Аккумулирование тепловой энергии реферат

Обновлено: 05.07.2024

Эффективность работы энергосистемы может быть повышена за счет аккумулирования избытков энергии в периоды снижения потребления (ночное время) и ее использования в часы максимального потребления (дневное время). Эта проблема особенно актуальна для возобновляемой энергетики. Энергия, вырабатываемая возобновляемыми источниками энергии, в значительной степени зависит от погодных условий, поэтому существует проблема приведения в соответствие выработки энергии и потребности в ней в рамках временного спроса, т. е. в выравнивании скорости потребления энергии.

В настоящее время применяются следующие способы аккумулирования энергии:

тепловые;
химические;
электрические;
в форме потенциальной или кинетической энергии.

Тепловое аккумулирование – это физический или химический процесс, посредством которого происходит накопление тепла в аккумуляторе энергии. Тепловыми аккумуляторами (ТА) называют устройства, обеспечивающие протекание обратимых процессов накопления, хранения и отдачи тепловой энергии в соответствии с нуждами потребителя.

Классификация тепловых аккумуляторов по физическим принципам аккумулирования:

теплоемкостные (TEA) (камень, вода, гравий и т. п.);
аккумуляторы с фазовым переходом (АФП) (переход с жидкого в твердое состояние и наоборот, аккумулирование теплоты плавления, например, эвтектических солей и др.);
термохимические аккумуляторы (ТХА) (принцип работы ТХА основан на аккумулировании энергии, которая поглощается и освобождается при разрыве и создании молекулярных связей в полностью обратимых химических реакциях (например, глауберовая соль).

Аккумулирование электрической энергии. Осуществляется чаще всего с помощью электрических аккумуляторов (рис. 1, а) и топливных ячеек (рис. 1, б), а также, например, в гидроэнергетике в виде запасов воды в водохранилище (рис. 1, в).

Рис. 1. Способы аккумулирования электрической энергии

Классификация аккумуляторов осуществляется по типу используемого электролита:

кислотные (например, свинцово-кислотный аккумулятор),
щелочные (никель-цинковый аккумулятор, никель-кадмиевый аккумулятор);
солевые (цинк-хлорный аккумулятор).

Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в сернокислотной среде (рис. 2).

Рис. 2. Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов

Топливные элементы. Топливный элемент преобразует химическую энергию топлива непосредственно в электрическую, минуя промежуточную стадию сжигания (рис. 3).

Так как преобразование тепло–работа здесь отсутствует, эффективность топливных элементов не подпадает под ограничение второго закона термодинамики, как это происходит в обычных системах топливо–тепло–работа–электроэнергия. Теоретически КПД преобразования химической энергии в электрическую может достигать 100 % (реально 40 %).

Рис. 3. Схема (а) и общий вид (б) топливного элемента (hydrogen fuel cell – водородный топливный элемент (ячейка)

Аналогично аккумулятору топливный элемент имеет два электрода, разделенных электролитом, переносящим ионы, а не электроны (см. рис. 3, а). Водород (или другой преобразуемый компонент) подводится к положительному электроду, а кислород (или воздух) – к отрицательному. В результате катализа на пористом аноде молекулы водорода разлагаются на водородные ионы и электроны. Ионы Н + мигрируют через электролит (обычно кислота) к катоду, где соединяются с электронами, поступающими через внешнюю цепь, и с кислородом, образуя воду.

Топливные элементы являются незаменимым аккумулятором и источником электрической энергии для удаленных и мобильных объектов (полярные и космические станции). Вода, получаемая в результате электрохимических реакций в топливном элементе, может использоваться для употребления (космические станции).

В настоящее время разработаны и применяются системы аккумулирования энергии от возобновляемых источников с помощью топливных элементов. Как видно из рис. 4 электрическая энергия, генерируемая солнечными батареями (или ветроэнергетическими установками), используется для получения водорода (методом электролиза), который накапливается в специальных емкостях, и подается в топливные ячейки для получения электрической энергии в периоды максимального потребления энергии (или в ночное время, когда отсутствует солнечное излучение).

Рис. 4. Принцип аккумулирования и использования солнечной энергии: photovoltaic array – фотоэлектрическая батарея; hydrogen storage – аккумулятор водорода; oxygen – кислород; fuel sell – топливная ячейка

В настоящее время для аккумулирования электрической энергии используются также конденсаторы большой мощности (десятки, сотни Фарад) – суперконденсаторы (рис. 5). Такую большую емкость электрических конденсаторов позволяют обеспечить последние достижения в области нанотехнологий. Работы в этой области проводятся и в нашей стране (Институт тепло- и массообмена НАН Беларуси).

Рис. 5. Общий вид суперконденсаторов ведущих мировых производителей

Аккумулятором тепла называется устройство (или совокупность устройств), обеспечивающее обратимые процессы накопления, хранения и выработки тепловой энергии в соответствии с требованиями потребителя.
Процессы аккумулирования тепла происходят путем изменения физических параметров теплоаккумулирующего материала и за счет использования энергии связи атомов и молекул веществ.

Работа содержит 1 файл

Аккумуляторы.doc

Министерство Аграрной Политики Украины

Таврический Государственный Агротехнологический Университет

Реферат по теме:

Аккумуляторы тепловой энергии

Мелитополь, 2011

Виды аккумуляторов

Процессы аккумулирования тепла происходят путем изменения физических параметров теплоаккумулирующего материала и за счет использования энергии связи атомов и молекул веществ.

Исходя из первого закона термодинамики для незамкнутой системы постоянного химического состава характеристики аккумуляторов тепла зависят от изменения массы, объема, давления, энтальпии и внутренней энергии материала, а также различных их комбинаций.

В зависимости от технической реализации используется прямее аккумулирование тепла, когда аккумулирующий материал является одновременно и теплоносителем, косвенное аккумулирование — при различных теплоаккумулирующих и теплопередающих средах, а также различные виды симбиоза названных случаев.

Изменение энтальпии теплоаккумулирующего материала (ТАМ) может происходить как с изменением его температуры, так и без такового — в процессе фазовых превращений (например, твердое — твердое, твердое — жидкое, жидкое — пар).

Тепловые аккумуляторы реализуют, как правило, несколько элементарных процессов.

На современном этапе развития науки и техники существует возможность реализации практически любого известного принципа аккумуляции тепла. Целесообразность использования каждого принципа определяется наличием положительного эффекта, в первую очередь, экономического, достижение которого возможно при минимальной стоимости аккумулятора. Она определяется при прочих равных условиях массой и объемом теплоаккумулирующего материала, необходимого для обеспечения заданных параметров процесса.

В реальном процессе аккумулирования тепла плотность запасаемой энергии оказывается существенно ниже теоретического значения вследствие потерь тепла, выравнивания поля температур, потерь при заряде и разряде. Отношение реального и теоретического значений плотности запасаемой энергии и определяет эффективность теплового аккумулятора.Одним из важнейших показателей, определяющих возможность и целесообразность аккумулирования тепла, является способность выделять энергию в количествах, необходимых потребителю. При прямом аккумулировании тепла это достигается практически всегда. Показатели таких аккумуляторов слабо зависят от вырабатываемой мощности, которая определяется расходом ТАМ и ограничивается только конструктивными и прочностными требованиями.

При косвенном аккумулировании повышение вырабатываемой мощности увеличивает градиент температур и ТАМ, что приводит либо к увеличению поверхности теплообмена, либо к неполному использованию запаса тепла. В любом случае это снижает эффективность аккумулирования.

В настоящее время известно большое многообразие видов и конструкций тепловых аккумуляторов с зернистым ТАМ, обусловленное широким спектром областей применения аккумуляторов тепла. Множество методов и способов аккумулирования приводит к различным техническим и конструктивным решениям (рис. 1):

- тепловые аккумуляторы с твердым ТАМ;

- тепловые аккумуляторы с плавящимся ТАМ;

- жидкостные аккумуляторы тепла;

- паровые аккумуляторы тепла;

- тепловые аккумуляторы с электронагревательным элементом.

Рис. 1. Основные типы тепловых аккумуляторов с твердым теплоаккумулирующим материалом:

а – с пористой матрицей; б, в – канальные; г, д – подземные с вертикальными и горизонтальными каналами; е – в водоносном горизонте;

1 – вход теплоносителя; 2 – теплоизоляция; 3 – разделительная решетка; 4 – ТАМ; 5 – опоры; 6 – выход теплоносителя; 7 – разделение потоков; 8 – индуктор; 9 – водоносный слой; 10 – водонепроницаемый слой.

Традиционно рассматриваются тепловые аккумуляторы с неподвижной или подвижной матрицами [1]. Использование неподвижной матрицы обеспечивает максимальную простоту конструкции, но требует больших масс ТАМ. Кроме этого, температура теплоносителя на выходе из аккумулятора изменяется в течение времени, что требует дополнительной системы поддержания постоянных параметров путем перепуска.

Канальные тепловые аккумуляторы широко применяются в системах электро-, теплоснабжения, использующих внепиковую энергию. Теплоаккумулирующий материал (шамот, огнеупорный кирпич и т. п.) нагревается в периоды минимального потребления электроэнергии, что позволяет выравнивать графики загрузки электростанций. Пропуская холодный воздух через матрицу можно производить обогрев помещений. Аккумуляторы данного типа производятся за рубежом серийно для индивидуальных и малосемейных домов.

Особым типом канальных тепловых аккумуляторов с твердым ТАМ являются тепловые графитовые аккумуляторы, используемые в качестве источника энергии в автономных энергоустановках. Температура их нагрева может достигать 3 500 К, что обеспечивает приемлемые массогабаритные характеристики установки. Подземные аккумуляторы тепла с горизонтальными каналами применяются для аккумуляции тепла и его использования в течение 2-4 месяцев.

Аккумуляторы тепла в водоносных горизонтах используются для аккумуляции количества тепла, достаточного для теплоснабжения небольшого поселка в течение года. Здесь в качестве ТАМ используется водопроницаемый слой земли, в который в режиме заряда через скважину закачивается горячая вода, а в режиме разряда через другую скважину закачивается холодная вода. Вследствие отсутствия поверхностей теплообмена данный тип тепловых аккумуляторов обеспечивает наилучшие экономические характеристики среди подземных аккумуляторов тепла. Очевидно, что недостатками таких видов аккумуляторов являются сложность проектирования для конкретного вида водоносного горизонта, большие энергетические затраты на прокачку теплоносителя.

Использование подвижной матрицы предполагает применение тепловых аккумуляторов, как правило, в виде вращающегося регенератора, устройств с падающими шарами и т. п. Такие аккумуляторы применяются в аппаратах регенерации тепловой энергии, и вследствие малой продолжительности рабочего цикла они имеют небольшие конструктивные размеры. Для тепловых аккумуляторов с подвижной матрицей характерна постоянная температура газа на выходе. Основные показатели аккумуляторов тепла с твердым ТАМ определяются в зависимости от их конструктивных решений и назначения. При этом принимаются допущения о равномерности распределения потоков теплоносителей по площади матрицы, независимости свойств ТАМ и теплоносителей от температуры и ряд других.

При использовании теплоты плавления некоторых веществ для аккумулирования теплоты обеспечивается высокая плотность запасаемой энергии, небольшие перепады температур и стабильная температура на выходе из теплового аккумулятора. Несмотря на это, большинство ТАМ в расплавленном состоянии являются коррозионно-активными веществами, в большинстве своем имеют низкий коэффициент теплопроводности, изменяют объем при плавлении и относительно дороги. В настоящее время известен достаточно широкий спектр веществ, обеспечивающих температуру аккумуляции от 0 до 1 400 °C. Необходимо отметить, что широкое применение тепловых аккумуляторов с плавящимся ТАМ сдерживается, прежде всего, соображениями экономичности создаваемых установок. При небольших рабочих температурах (до 120 °C) рекомендуется применение кристаллогидратов неорганических солей, что связано в первую очередь с использованием в качестве ТАМ природных веществ. Для реального применения рассматриваются только вещества, не разлагающиеся при плавлении либо растворяющиеся в избыточной воде, входящей в состав ТАМ.

Использование органических веществ полностью снимает вопросы коррозионного разрушения корпуса, обеспечивает высокие плотности запасаемой энергии, достаточно хорошие технико-экономические показатели. Однако в процессе работы теплового аккумулятора с органическими ТАМ происходит снижение теплоты плавления вследствие разрушения протяженных цепочек молекул полимеров. Из-за низкого коэффициента теплопроводности органических ТАМ требуется создание и применение развитых поверхностей теплообмена, что, в свою очередь, накладывает конструктивные ограничения на использование теплового аккумулятора.

При рабочих температурах от 500 до 1 600 °C применяются, как правило, соединения и сплавы щелочных и щелочноземельных металлов [1, 4]. Существенным недостатком применения соединений металлов принято считать низкий коэффициент теплопроводности, коррозионную активность, изменение объема при плавлении. Для защиты от химической коррозии очевидно необходимо подобрать конструкционные материалы или ингибиторы коррозии, обеспечивающие заданный срок службы теплового аккумулятора. Перспективно использовать смеси и сплавы органических и неорганических веществ, позволяющие обеспечивать необходимые значения температур плавления и большие сроки службы. Применение разнообразных теплоаккумулирующих материалов требует разработки надежных конструктивных решений, направленных на максимальное использование положительных качеств ТАМ и исключение их недостатков (рис. 2).

Размещение ТАМ в капсулах (рис. 2а) обеспечивает высокую надежность конструкции, позволяет создавать развитую поверхность теплообмена, компенсировать (при использовании гибких капсул) изменение объема в процессе фазовых переходов. Однако вследствие низкой теплопроводности ТАМ необходимо большое число капсул малого размера, что приводит к большой трудоемкости изготовления теплового аккумулятора. Поэтому целесообразным является применение капсульных тепловых аккумуляторов в случаях малых тепловых потоков, отводимых теплообменной поверхностью.

Расположение ТАМ в межтрубном пространстве кожухотрубного теплообменника (рис. 2б) обеспечивает рациональное использование внутреннего объема теплового аккумулятора и применение традиционных технологий изготовления теплообменных аппаратов. Однако при такой конструкции затруднено обеспечение свободного расширения ТАМ, вследствие чего понижена надежность аккумулятора в целом.

Рис. 2. Основные типы тепловых аккумуляторов фазового перехода:

а – капсульный; б – кожухотрубный; в, г – со скребковым удалением ТАМ; д – с ультразвуковым удалением ТАМ; е, ж – с прямым контактом и прокачкой ТАМ; з, и – с испарительно-конвективным переносом тепла;1 – жидкий ТАМ; 2 – твердый ТАМ; 3 – поверхность теплообмена; 4 – корпус теплового аккумулятора; 5 – теплоноситель; 6 – граница раздела фаз; 7 – частицы твердого ТАМ; 8 – промежуточный теплообменник; 9 – паровое и жидкостное пространства для теплоносителя.

Самым технологически сложным и дорогим элементом теплового аккумулятора традиционной конструкции является теплообменная поверхность. Вследствие низких коэффициентов теплопроводности большинства плавящихся ТАМ, в настоящее время предложены различные способы уменьшения поверхности теплообмена путем соскребания ТАМ (рис. 2в, 2г), путем ультразвукового либо электрогидравлического разрушения затвердевшего ТАМ (рис. 2д). Указанные выше способы позволяют существенно снизить величину термического сопротивления теплообменной поверхности, но в то же время они в несколько раз увеличивают нагрузки на конструктивные элементы аккумулятора.

Известно, что лучшим вариантом теплообменной поверхности является ее полное отсутствие, т. е. непосредственный контакт теплоаккумулирующего материала и теплоносителя. Очевидно, что в этом случае необходимо подбирать как теплоаккумулирующие материалы, так и теплоносители по признакам, обеспечивающим работоспособность конструкций. Теплоаккумулирующие материалы в этом случае должны отвечать следующим требованиям [1, 4]:

- кристаллизоваться отдельными кристаллами;

- иметь большую разность плотностей твердой и жидкой фаз;

- быть химически стабильными;

- не образовывать эмульсий с теплоносителем.

Теплоносители подбираются по следующим признакам:

- химическая стабильность в смеси с ТАМ;

- большая разница плотностей по отношению к ТАМ;

- малая способность к вспениванию;

- и ряд других требований, вытекающих из особенностей конструкции.

При использовании более плотного теплоносителя, чем твердый ТАМ, реализуется схема, изображенная на рис. 2е. В процессе работы аккумулятор заполнен смесью теплоаккумулирующего материала и теплоносителя. В верхнюю часть теплового аккумулятора подается жидкий теплоноситель, который попадает на поверхность ТАМ, охлаждает (нагревает) его и отводится из нижней части аккумулятора. За счет меньшей плотности жидкой фазы ТАМ, по сравнению с твердой, его закристаллизовавшиеся частицы опускаются в нижнюю часть аккумулятора. В дальнейшем происходит постепенное заполнение всего объема закристаллизовавшимися ТАМ. При использовании теплоносителя с плотностью, меньшей плотности ТАМ, реализуется схема, изображенная на рис. 2ж. Распыл теплоносителя происходит в нижней части аккумулятора. В процессе всплытия капель теплоносителя ТАМ нагревается либо охлаждается и одновременно интенсивно перемешивается. Очевидно, основными недостатками приведенных способов контакта ТАМ и теплоносителя являются потребности в постороннем источнике энергии для прокачки и необходимость тщательной фильтрации теплоносителя с целью препятствия уносу частиц ТАМ.

Вопросы энергосбережения и энергоэффективности вызывают все больший интерес с каждым годом во всем мире. Аккумулирование энергии позволяет сберечь энергию и обеспечить резерв в случае внезапного прекращения работы основного источника энергии. Рассмотрены виды аккумулирования энергии и способы их применения во всех современных сферах деятельности человека.

Ключевые слова: аккумулирование, тепловой накопитель, энергоэффективность, энергосбережение, отопление.

Энергетика является одной из ведущих отраслей современного хозяйства. В настоящее время одним из ключевых направлений развития современной экономики является энергоэффективность.

Тепловое аккумулирование — это химические или физические процессы, которые позволяют накапливать тепло в тепловом аккумуляторе. Тепловой аккумулятор состоит из резервуара для хранения, аккумулирующей среды (рабочего тела), устройств для зарядки и вспомогательного оборудования. Одним из способов сбережения энергии является использование так называемых аккумуляторов энергии (тепловых накопителей). Подобные установки способны сберечь энергию и обеспечить резерв в случае внезапного прекращения работы системы отопления.

Основной целью аккумулирования энергии является преодоление, сглаживание несоответствий между подачей энергии потребителю и его реальными потребностями. Еще одной важной задачей аккумулирования энергии является выравнивание выработки энергии, то есть уменьшение подачи в период пиковых нагрузок и заполнение провалов тогда, когда энергия почти не используется.

Тепловые накопители (аккумуляторы), как правило, работают на принципе накопления — выделения внутренней энергии. Это достигается за счет химических или физических процессов внутри аккумулятора. Например, за счет нагревания, охлаждения жидких или твердых тел, плавления и других обратимых реакций. [1–2]

Нельзя обойти стороной так же вопрос экономической целесообразности, так как аккумулирование энергии позволяет значительно уменьшить затраты потребителя. Простой пример ячейки теплового накопителя приведен на рисунке 1.

Вокруг канала с протекающим по нему теплоносителем расположено теплоаккумулирующее вещество. При заряде температура теплоносителя на входе в накопитель больше температуры на выходе из него. Протекая по каналу и остывая, горячий теплоноситель отдает энергию теплоаккумулирующему материалу.

Рис. 1. Расчетная схема теплового накопителя с однофазным теплоаккумулирующим материалом

Накопление энергии происходит за счет теплоемкости, температура материала возрастает. При разряде температура теплоносителя на входе в накопитель меньше температуры на выходе из него. Протекая по каналу, холодный теплоноситель нагревается за счет остывания теплоаккумулирующего материала. Температура материала понижается. [3]

По аккумулирующей среде можно установить следующую классификацию аккумуляторов тепла:

– прямое аккумулирование (теплообмен и аккумулирование происходят в одной среде)

– косвенное аккумулирование (только теплообмен, процесс может протекать с фазовым переходом и без)

– сорбционное (основано на способности некоторых веществ абсорбировать газы с выделением тепла)

На сегодняшний день существует большое количество разных видов аккумуляторов энергии: паровые, жидкостные, с электронагревательным элементом, пневматические, со скользящим давлением, с постоянным давлением.

Применение тепловых накопителей вразличных отраслях

Самым распространенным и привычным для нас примером теплового накопителя в жилищно-коммунальном хозяйстве является накопительный водонагреватель. Подобная установка нашла широкое применение в домах, квартирах, дачах, а так же в промышленных зданиях, общественных центрах и т. д. и т. п. Устройство таких водонагревателей одновременно очень простое и экономически эффективное.

Но в жилищно-коммунальном хозяйстве основными потребителями тепловой энергии являются системы отопления зданий. В случае отопления помещений применяется аккумулирование с использованием тепла фазового перехода (замораживание воды при 0°С). В странах, где затраты на охлаждение летом очень высоки и соизмеримы с затратами на отопление в летнее время, целесообразно применять аккумулирование посредством льда. Это позволяет получить двойной эффект от системы отопления. Возможности применения тепловых накопителей в жилищно-коммунальном хозяйстве активно обсуждаются в Европе и США.

Еще одним современным примером теплового накопителя является топливный двигатель на солнечной энергии. Он применяется преимущественно в авиационной и космической технике. Работа солнечного теплового двигателя обеспечивается подведением энергии с помощью внешней концентрирующей системы к поглощающей поверхности приемника двигателя. Рабочее тело двигателя протекает внутри приемника и нагревается. Поступая затем в обычное реактивное сопло, оно расширяется и создает тягу [3–5].

Термодинамический цикл солнечного термического двигателя приведен на рисунке 2.

Рис. 2. Идеальный термодинамический цикл солнечного термического двигателя

Области применения солнечных термических двигателей:

– перевод спутников с низких околоземных орбит на геостационарные

– очистка космического мусора

– полеты до орбит других планет Солнечной системы, включительно до орбиты Марса (двигатели мощностью 1–5 МВт);

– поддержание орбит долговременных орбитальных станций (двигатели мощностью 10–20 кВт).

Аккумуляторы энергии так же широко применяются в судостроении. Пассажирские малотоннажные суда, осуществляющие перевозки на морских и озерных линиях, как правило, имеют дизельные энергетические системы. В данном случае, главное целью их работы является обеспечение бортовых потребителей тепловой энергией необходимого качества и в достаточном количестве. Так как пуск судового дизеля должен происходить в некоторых случаях при температуре не ниже +15–20 градусов Цельсия, то соответственно необходим подогрев дизеля при низких температурах. Для этой цели могут применяться различные установки, например, дополнительные котлы и водоводяные холодильники. Для подогрева аккумулятора целесообразно использовать накопленное ранее отводимое тепло самого дизеля. Это позволяет отказаться от дополнительного расхода горюче-смазочных материалов. Экономия зависит от условий эксплуатации и может составлять от сотен килограммов до нескольких тонн.

Применение теплового накопителя энергии позволяет снизить не только расход горюче-смазочных материалов, но также общее количество вредных веществ, выбрасываемых в окружающую среду при работе дизеля.

Дорожные и транспортные средства с аккумуляторами теплоты. Тепловое аккумулирование в транспортных средствах представляет собой частный случай аккумулирования энергии для получения дополнительной мощности там, где в дополнение к временному несоответствию также возникает и локальное несоответствие между подачей и потреблением энергии. Определяющим фактором применения аккумулятора в транспортных средствах являются его объем и масса. Тепловые и пневматические накопители в транспортных средствах применяются наряду с электромеханическими, маховичными накопителями кинетической энергии и аккумуляторами топлива.

В промышленных установках для кратковременного аккумулирования энергии широко применяются твердотельные регенераторы и аккумуляторы пар (горячая вода). Так же могу использоваться накопители, работающие на энергии воды нормального или повышенного давления. Основой задачей аккумуляторов энергии в промышленности является не столько непосредственная экономия энергии, сколько снижение потребления энергии извне, особенно в случае установок с комбинированной выработкой электричества и тепла. [3–8]

Системы теплового аккумулирования энергии нашли широкое применение в энергетических установках, промышленности, жилищно-коммунальном хозяйстве и транспортных средствах. Интерес к ним растет как в западных странах, так и в России. Так как вопросы энергоэффективности и энергосбережения всегда остаются актуальными, основные принципы аккумулирования энергии найдут свое применение и в будущих технологиях.

Основные термины (генерируются автоматически): тепловой накопитель, жилищно-коммунальное хозяйство, аккумулирование энергии, накопитель, солнечный термический двигатель, теплоаккумулирующий материал, тепловая энергия, тепловое аккумулирование, тепловой аккумулятор, фазовый переход.

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.

Содержание

Ключевые слова
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.
Заключение
Список литературы

Прикрепленные файлы: 1 файл

бренер срм1 (моя).docx

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.

В данной работе раскрыта тема систем аккумулирования тепла в электроэнергетике в насосном и безнасосном исполнении. Данная тема очень актуальна на данный момент, так как аккумулирование тепла является одним из источников дешевой энергии как в быту так и в промышленности.

Аккумулятор тепла, теплоаккумулирующие материалы, подвижная матрица, неподвижная матрица, пористая матрица,

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 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.

Глава 1.Физические основы для создания теплового аккумулятора

Тепловые аккумуляторы реализуют, как правило, несколько элементарных процессов.

Одним из важнейших показателей, определяющих возможность и целесообразность аккумулирования тепла, является способность выделять энергию в количествах, необходимых потребителю. При прямом аккумулировании тепла это достигается практически всегда. Показатели таких аккумуляторов слабо зависят от вырабатываемой мощности, которая определяется расходом ТАМ и ограничивается только конструктивными и прочностными требованиями.

Глава 2. Жидкостные тепловые аккумуляторы

К числу наиболее простых и надежных устройств аккумулирования тепла, несомненно, относятся жидкостные ТА, что связано с совмещением функций теплоаккумулирующего материала теплоносителя. Вследствие этого аккумуляторы такого типа особенно широко применяются для бытовых целей, в схемах различных электростанций (АЭС, АТЭЦ, солнечные и др.). В настоящее время применяются несколько основных конструктивных исполнений жидкостных ТА. Двухкорпусной ТА характеризуется раздельным хранением горячего и холодного ТАМ. В процессе зарядки один корпус заполняется горячим ТАМ, а другой – опорожняется. При работе горячий ТАМ подается потребителю и, отработав, попадает в корпус холодного ТАМ. Основным достоинством такого исполнения ТА является изотермичность каждого из корпусов и, как следствие, отсутствие в них термических напряжений и потерь, энергии на нагрев — охлаждение. Очевидно также, что объем корпусов используется нерационально и почти вдвое превышает объем ТАМ. Такое принципиальное решение целесообразно при большой разнице температур горячего и холодного ТАМ, особенно в случаях использования солевых ТАМ и жидких металлов.

Рис. 2. Основные типы жидкостных аккумуляторов тепла (магистрали показаны в режиме разряда): а — двухконтурный; б — многокорпусный; в — вытеснительный; с — со скользящей температурой ТАМ; 1 — горячий ТАМ; 2 — холодный ТАМ; 3– потребитель; 4 — единый корпус; 5 — уровень жидкости; 6 — промежуточный теплоноситель.

С целью более рационального использования объема аккумулятора предложен многокорпусный вариант, в котором используется несколько корпусов с горячим ТАМ и один пустой (холодный). По мере разрядки заполняется сначала этот корпус, а затем освобождающиеся горячие по мере их опорожнения. Это приводит к появлению термических напряжений и потерь на нагрев во всех корпусах, кроме одного.

Наиболее рационально используется объем теплового аккумулятора в случае применения единого корпуса, заполненного в начале процесса горячим ТАМ.

Конструктивное исполнение жидкостного теплового аккумулятора во многом определяется свойствами теплоаккумулирующего материала. В настоящее время наиболее широко применяются вода и водные растворы солей, высокотемпературные органические и кремнийорганические теплоносители, расплавы солей и металлов.

В диапазоне рабочих температур 0. 100 оС вода является лучшим жидким ТАМ как по комплексу теплофизических свойств, так и по экономическим показателям. Дальнейшее повышение рабочей температуры воды связано с существенным ростом давления, что усложняет проектирование корпуса, повышает его стоимость. С целью обеспечения низких рабочих давлений ТАМ используются различные высокотемпературные теплоносители. При этом возникают проблемы подбора конструкционных материалов теплового аккумулятора и системы в целом, применения специальных устройств, предотвращающих отвердение ТАМ на всех режимах эксплуатации, герметизации ТА и ряд других.

Кроме этого, использование наиболее распространенного вытеснительного типа ТА связано с комплексом конструктивных и эксплуатационных мероприятий, обеспечивающих минимальные потери энергии.

С целью снижения потерь от смешения горячего и холодного объемов ТАМ используются различные устройства, обеспечивающие снижение скорости потока жидкости, выходящего и входящего в патрубок до нескольких сантиметров в секунду, и равномерное распределение ТАМ по всему сечению аккумулятора.

Читайте также: