АККУМУЛИРОВАНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СКРЫТОЙ ТЕПЛОТЫ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ

Теплоаккумулирование на солнечных энергоустановках

 

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

· AT - аккумулятор тепла

· АФП - аккумулятор тепла фазового перехода

· ГТУ - газотурбинная установка

· МОФ - материал с обратимыми фазами

· ПВА - пароводяной аккумулятор тепла

· ПТА - подземный теплоаккумулятор

· ПЭУ - пиковая энергоустановка

· СПГ - солнечный парогенератор

· СТЭС - солнечно-топливная электростанция

· СЭС - солнечная электростанция

· СЭУ - солнечная энергетическая установка

· ТАМ - теплоаккумулирующий материал

· ТАС - теплоаккумулирующая система

· ТПГ - топливный парогенератор

· ТЭС - тепловая электростанция

· ФЭП - фотоэлектрический преобразователь

· ЦП - центральный приемник

 

Разработка аккумулятора тепла (АТ) для солнечной энергетической установки (СЭУ) должна производиться в зависимости от их назначения. При этом должны учитываться факторы, определяющие выбор метода и способа аккумулирования солнечной энергии.

 

Общие положения разработки аккумуляторов тепла на солнечных энергетических установках (СЭУ)

 

Солнечная энергетическая установка (СЭУ) должна обеспечивать непрерывную выработку электроэнергии при изменяющейся интенсивности солнечного облучения, в том числе и при его отсутствии. При этом технологический процесс в элементах и агрегатах солнечной энергетической установки в нормальных и аварийных условиях должен обеспечивать надежную работу СЭУ.

Исходя из этих требований проблема надежности солнечной энергетической установки решается в двух направлениях: установкой либо обычного топливного парогенератора (ТПГ), либо аккумулятора тепловой энергии. Первое направление следует рассматривать как этап на пути создания СЭС; но в связи с существующей тенденцией непрерывного роста стоимости органического топлива со временем основным решением проблемы надежного энергообеспечения от СЭУ будет теплоаккумулирование.

Учитывая важность аккумулирования тепла в США и в других развитых капиталистических странах, были созданы национальные программы по исследованию и разработке систем теплового аккумулирования с цепью выявления приемлемых из числа существующих технологий и возможности создания новых типов АТ для СЭУ. Выбор метода и способа аккумулирования тепла на солнечной энергетической установке определяется типом солнечных установок, и, в первую очередь, зависит от схемы концентрации солнечной энергии и назначения СЭУ. Каждая система включает отражающие поверхности для концентрации солнечных лучей на ограниченную площадь теплоприемника, в котором лучистая энергия преобразуется в тепло и используется в паросиловом или в другом технологическом цикле (процессе).

В зарубежных странах разработка аккумулирующей системы для СЭУ, как правило, осуществляется в несколько этапов. На первом этапе изучается технологическая гибкость теплоаккумулирующей системы (ТАС) проводятся лабораторные эксперименты. Выявляются условия и требования к конструктивному исполнению ТАС и для наиболее перспективной системы на втором этапе проводятся более обширные эксперименты, которые в состоянии подтвердить работоспособность натурных образцов. На последующем этапе ТАС подключается к серийной или к экспериментальной СЭУ. На этом этапе завершается подтверждение работоспособности ТАС, и она доводится до состояния готовности включения в состав будущих и действующих солнечных энергетических установок.

До последнего времени почти все разработки в области теплоаккумулирования тепла в США проводились под руководством министерства энергетики США. Оно также принимало участие в ряде проектов, проводимых в других странах под наблюдением Международного агентства энергетики или под руководством правительств отдельных стран. Общие разработки ведутся по созданию ТАС в Италии, ФРГ, Франции, Японии, Великобритании, а также в других странах. В данном разделе выполнен аналитический обзор состояния проведенных и проводимых в СССР и за рубежом основных исследовательских разработок по созданию, освоению и эксплуатации ТАС в электроэнергетике и прежде всего в связи с созданием СЭУ. Рассмотрены факторы, определяющие выбор соответствующего метода аккумулирования тепла для конкретного применения. Рассматриваются отдельные решения и применения ТАС, дается краткое описание результатов экспериментальных исследований, направленных на совершенствование технологий теплоаккумулирования, и освещаются перспективные разработки, намечаемые на ближайшую перспективу.

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Опыт эксплуатации первых экспериментальных СЭС показал их достаточную надежность. На отдельных СЭС показатели превзошли проектные. Например, в Барстоу (США) при максимальной проектной мощности 10 000 кВт на испытаниях зарегистрирована максимальная мощность 11 400 кВт.

Единичная мощность СЭС башенного типа лимитируется главным образом высотой башни. При высоте башни 250-300 м мощность единичного модуля СЭС может достигать 100 000 кВт.

Таким образом, технический барьер на пути создания крупных СЭС промышленного уровня мощности сегодня можно считать преодоленным. Однако предстоит преодолевать другой, не менее трудный барьер - экономический. Он обусловлен тем, что построенные в последние годы СЭС при современных ценах на топливо неконкурентоспособны с традиционными ТЭС и АЭС. Необходимо снизить удельные капитальные затраты на их сооружение по крайней мере на порядок. Одной из причин высоких удельных затрат на сооружение СЭС является их уникальность, при постройке которых пока не используются преимущества серийного специализированного производства.

Предстоит разорвать заколдованный круг: пока СЭС обходятся дорого, нельзя развернуть специализированное серийное производство оборудования, а пока не будет организовано такое производство - оборудование для СЭС будет обходиться многократно дороже. Для этого важно выявить возможности повышения экономической эффективности СЭС. Они сводятся в основном к следующему: рациональное размещение СЭС в районах с высокой плотностью солнечного излучения, оптимизация поля гелиостатов с преимущественным расположением зеркал в наиболее эффективной северной части поля, выбор оптимальной высоты башни, повышение параметров рабочего тела, использование солнечных приемников полостного типа, оптимизация систем аккумулирования.

Важным средством повышения эффективности СЭС является применение и таких широко известных и хорошо зарекомендовавших себя способов, как промежуточной перегрев пара и регенеративный подогрев питательной воды.

Использование результатов исследований только в перечисленных направлениях позволяет увеличить количество энергии, получаемой с каждого квадратного метра зеркальной поверхности гелиостатов, в 5,5-6,5 раза по сравнению с первой СЭС-5, построенной в Крыму.

Принимая во внимание тенденцию неуклонного удорожания первичных топливно-энергетических ресурсов и имеющиеся реальные возможности снижения удельных затрат при переходе на серийное специализированное производство оборудования, можно ожидать, что уже в обозримой перспективе СЭС промышленного уровня мощности могут стать экономически эффективными.

Научно-технический прогресс в этой области связан с дальнейшими исследованиями в целях совершенствования тепловых технологических схем, выбором эффективных теплоносителей, в том числе для систем теплового аккумулирования, разработкой головных образцов и совершенствованием технологии изготовления нестандартизированного гелиотехнического оборудования, созданием эффективных систем автоматического управления технологическими процессами СЭС.

Важным этапом на пути развития солнечной электроэнергетики является освоение полномасштабного опытно-промышленного модуля СЭС мощностью до 100 000 кВт. На первом этапе вряд ли целесообразно строительство автономных СЭС. Более оправданным является создание солнечных пристроек к действующим или строящимся ТЭС. В этом случае отпадает необходимость в сооружении машинного зала, силовой установки, электротехнического хозяйства и других общестанционных сооружений, что позволит создать крупномасштабные СЭУ с меньшими издержками и при более благоприятных условиях. В то же время полученная в солнечном приемнике энергия может быть полезно использована в цикле ТЭС как для выработки дополнительной энергии, так и для повышения топливной экономичности ТЭС. Накопленная в аккумуляторах горячей воды солнечная энергия может эффективно заменить регенеративной подогрев питательной воды в часы максимальных нагрузок ТЭС.

Такой путь позволит выиграть время и ускорит решение широкого комплекса научно-технических проблем создания экономически эффективных СЭС. Одновременно при этом могут постепенно решаться и вопросы создания материально-технической и машиностроительной базы для развертывания в перспективе серийного производства оборудования для СЭС. Однако и в этом случае из-за ограниченного числа часов солнечного сияния целесообразно комбинированное использование СЭС совместно с гидравлическими, ветроэлектрическими, гидроаккумулирующими, воздушно-аккумулирующими или геотермическими электростанциями.

За рубежом также продолжаются интенсивные исследования в области крупномасштабной солнечной энергетики. Когда в США было начато строительство очередной СЭС мощностью 43 000 кВт в Южной Калифорнии, удельные капитальные вложения в нее были уже втрое ниже, чем в станцию мощностью 10 000 кВт, построенной в Барстоу в 1983 г.

Как бы ни была сложна проблема создания крупных экономически эффективных СЭС, нет непреодолимых препятствий на пути ее решения. Наступила пора создания материально-технической базы для планомерного освоения неиссякаемой по потенциальным ресурсам и экологически чистой солнечной энергии.

 

· Оптические системы СЭС

· Тепловые схемы СЭС

· Комбинированные СЭС

 



 

 



ПОДМЕНЮ СЭС

· СЭС

· Виды СЭС

· Типы СЭС

· Плюсы и минусы СЭС

· Фотоэлементы

· Солнечные элементы

· Аэростатные СЭС

· Мобильные СЭС

· Солнечная энергетика

· Солнечная термальная энергетика

· Обзор технологий СЭС

· Развитие электроустановок СЭС

· Техника солнечной энергии

· Оптические системы СЭС

· Тепловые схемы СЭС

· Комбинированные СЭС

· Теплоаккумулирование на СЭС

· Использование энергии Солнца

· Существующие гелиоустановки

· Преобразователи солнечной энергии

· Фотоэлектрические преобразователи (ФЭП)

· Гелиоэлектростанции

· Солнечный коллектор

· Химические преобразователи солнечной энергии

· Космические солнечные электростанции

· Автомобиль на солнечных батареях

· Солнечная энергетика в России и на Украине

· Изобретения, основанные на солнечной энергии

· Плюсы и минусы солнечной энергетики

· Солнце и солнечная энергия

· Использование солнечной энергии

Содержание

Введение

Глава 1. Физические основы для создания теплового аккумулятора

Глава 2. Жидкостные тепловые аккумуляторы

Глава 3. Тепловые аккумуляторы с твёрдым теплоаккумулирующим материалом.

Глава 4. Аккумуляторы тепла, основанные на фазовых переходах.

Глава 5. Конструкция ТА фазового перехода.

Введение

Сейчас во всем мире идет повсеместная экономия сырьевых ресурсов. Ученые многих стран пытаются решить эту проблему различными методами, в том числе и с помощью применения альтернативных источников энергии. К ним можно отнести такие виды, как использование водных ресурсов малых рек, морских волн, гейзеров и даже отходов производства и бытового мусора.

Но возникает проблема сохранения полученной энергии. Например, тепловую энергию, полученную в солнечной водонагревательной установке, можно сохранить в тепловом аккумуляторе, и использовать в темное время суток.

Тепловые аккумуляторы известны человечеству с глубокой древности. Это и горячая зола, куда наши предки закапывали продукты для их тепловой обработки, и горячие камни, которые накаливали на огне. Утюг, который нагревают на огне, а затем гладят им,— тепловой аккумулятор. Накаленные камни, которые мы поливаем водой (квасом, пивом) в парилках,— тоже аккумулятор тепла. Термобигуди, которые кипятят в воде, а затем с их помощью делают прическу,— тоже тепловые аккумуляторы, причем достаточно совершенные, основанные на аккумулировании плавлением.

Итак, каждое тело, нагретое выше температуры окружающей среды, можно считать аккумулятором тепла. Это тело способно, охлаждаясь, производить работу, а, следовательно, обладает энергией.

Список использованной литературы

1. Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (курс лекций) © Кафедра теплоэнергетических систем, 2006

2. Гулиа Н. В. Накопители энергии. – М.,1980г.

3. Левенберг В.Д. и др. Аккумулирование тепла. 1991г.

4. Пугач Л.И. нетрадиционная энергетика, возобновляемые источники.

5. http://www.rodniki.bel.ru/dom/elgen0.htm

6. http://www.seu.ru/programs/ecodom/book/index.htm

·

АККУМУЛИРОВАНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СКРЫТОЙ ТЕПЛОТЫ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ

При использовании теплового эффекта, который возникает в результате нагревания или охлаждения воды или гравия, количество получаемого тепла невелико относительно объема теплового аккумулятора. Недостаток обычного теплового аккумулирования в том, что оно требует значительного пространства, и по мере отдачи тепла температура аккумулятора понижается. Существуют такие вещества, у которых при фазовых превращениях - плавлении, испарении и кристаллизации - выделяется так называемая скрытая теплота фазового перехода, причем количество выделяющейся теплоты достаточно велико. Как видно из самого названия "скрытая теплота", в процессе фазового превращения вещества его температура не меняется, т.е. весь процесс идет при определенной температуре. Если, например, взять воду, то для получения 1 кг воды из снега при температуре 0°С требуется 80 ккал тепла, для испарения 1 кг воды при 100°С необходимо 540 ккал. В процессе испарения выделяется много тепла, но при этом наблюдаются большие изменения в объеме вещества, так что этот процесс нельзя осуществлять в тепловом аккумуляторе. Можно использовать лишь скрытую теплоту плавления.

РИС. 2.39. АККУМУЛЯТОР ТЕПЛА ИЗ ГРАВИЯ, РАЗМЕЩЕННЫЙ ПОД ПОЛОМ И ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЙ ДЛЯ ОБОГРЕВА ДОМА ЧЕРЕЗ ПОЛ

1 - вход воздуха (отверстие 200×400 с автоматической крышкой); 2 - выход воздуха (отверстие 200×400 с ручной крышкой); 3 и 4 - слой гравия; 5 - цементный блок с трубопроводом; 6 - отопление через пол

РИС. 2.40. ВИДЫ АККУМУЛЯТОРОВ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ СКРЫТУЮ ТЕПЛОТУ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ

а - форма панелей; б - цилиндры; в - полиэтиленовые трубы, применяемые в пассивных системах использования солнечного тепла; г - трубы; д - шары со сквозными каналами для воздуха; е - капсулы

Аккумулирование скрытой теплоты очень удобно для системы солнечного отопления. Температура фазовых переходов выбирается невысокой, подходящей для отопления домов. Подбираются вещества, у которых плавление происходит при температурах от 30 до 50°С. При их плавлении выделяется много тепла и обходится оно дешевле. Если добиться стабильности используемых веществ и применять меры по технике безопасности при работе с ними, можно получить надежный аккумулятор на основе скрытой теплоты фазового перехода. Попытки получения дешевого аккумулятора скрытой теплоты делались и раньше. Известно, что 30 лет назад профессор Мария Телкес из Делаварского Университета (США) проводила исследования в этом направлении.

В настоящее время на практике используются два вида веществ для аккумуляторов данного тепла: хлорид кальция и сульфат натрия (глауберова соль). Хлорид кальция имеет точку плавления 29°С, тепловой эффект фазового перехода из твердого в жидкое состояние составляет 42 ккал/кг (при плотности 1,622 кг/м³). В лучшем случае в веществе, претерпевающем фазовый переход, аккумулируется такое же количество тепла, как в воде, занимающей 1/7 объема этого вещества при ее нагреве на 10°С.

Карта сайта



Все об электростанциях



· Главная

· Меню сайта

· Электростанции (ЭС)

· Нетрадиционная энергетика

· Оборудование

· Разное

· Видео

· Магазин



 



12345678910Следующая ⇒

Поделиться: