Всего на сайте:
248 тыс. 773 статей

Главная | Электроника

Теплоаккумулирование на солнечных энергоустановках  Просмотрен 288

 

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.

 

 

Условия и факторы, определяющие метод и способ аккумулирования тепла на солнечных энергетических установках (СЭУ)

 

Метод теплоаккумулирования зависит от технологических характеристик и стоимостных показателей ТАС и режимных условий работы СЭУ. Стоимость ТАС определяется непосредственными капитальными затратами на АТ, ТАМ, используемый для накопления энергии Ктам, и в оборудование (Коб), обеспечивающее подвод и отвод тепла от АТ (в том числе теплообменники, насосы, трубопроводы, арматура, контрольно-измерительная аппаратура и автоматические устройства, а также другие приспособления, обслуживающие и обеспечивающие работу ТАС).

Общая стоимость ТАС определяется количеством запасаемой. энергии Эт, величина которой зависит от длительности цикла заряда:

Ктас = Эт (Кат + Ктам) + Коб.

Значение Ктас по ряду проектов составляет от 5 до 15-20% от капиталовложений в СЭУ. Учитывая, что ТАС может обеспечивать выдачу запасаемой энергии на разном уровне мощности, следует иметь в виду два обстоятельства. В тех случаях, когда ТАС относительно дешевая, то может быть оправдана выдача энергии за больший промежуток времени. Это фактически означает работу СЭУ в режиме постоянной нагрузки, т.е. в базисном режиме. Если ТАС относительно дороже, то более вероятно использование СЭУ в режиме выдачи повышенной мощности, т.е. возврат накопленной энергии от ТАС за более короткий промежуток, что соответствует использованию СЭУ в переменном режиме. В свою очередь нужно учитывать, что на затраты на ТАС характеристики ее могут оказывать более заметное влияние, чем сам процесс накопления тепла. Например, чем выше потери в ТАС, тем дороже отпускаемая энергия от ТАС. Поэтому, когда затраты на потери энергии в ТАС соизмеримы (или выше) с затратами собственно на ТАС, то использование таких аккумулирующих систем будет ограниченным или даже нецелесообразным.

Другой важной характеристикой ТАС является температурный потенциал запасенного тепла. Для СЭУ предназначенных для отпуска тепла, температура на ее выходе определяется температурой теплопотребителя. В этом случае рассматриваются два типа ТАС: первый тип, когда ТАМ является одновременно и теплоносителем, что исключает необходимость применения зарядного теплообменника. При этом температура аккумулируемого и отпускаемого тепла практически одна и та же, независимо от того, отпускается ли оно непосредственно от теплоприемника или от аккумулятора. Второй тип ТАС предполагает передачу тепла от теплоприемника к ТАМ через теплообменник. В этом случае либо тепло, отпускаемое от ТАС, будет отводиться с пониженной температурой, либо в период заряда аккумулятора теплоприемник должен работать при более высокой температуре. Помимо этого, температурный уровень тепла, отводимого от аккумулятора, будет зависеть от вида технологии его накопления (физическое тепло, тепло обратимых фазовых превращений или обратимых химических реакций). Эти виды различаются по количеству запасаемого тепла в единице объема и объему аккумулирующего материала. При физическом наиболее простом и доступном методе тепло воспроизводится при низкой температуре, а из-за низкой плотности запасенного тепла для его хранения требуются большие емкости, поэтому в тепловом отношении этот метод уступает по эффективности двум другим видам технологии теплоаккумулирования. Однако в АТ на основе обратимых фазовых превращений или химических реакций температура подвода и отвода может ограничиваться свойствами либо теплоаккумулирующего материала (ТАМ), либо конструкционных материалов оболочек контейнеров (капсул), в которых осуществляется складирование тепла.

Независимо от характера температурного ограничения в ТАС от уровня воспроизводимого тепла будут зависеть и затраты непосредственно на СЭУ. Например, из-за снижения температуры отвода тепла от ТАС по условиям термостабильности ТАМ или по причине его коррозионного воздействия на оболочку капсул уменьшается тепловая экономичность СЭУ, и, как следствие, для отпуска заданного количества тепловой или электрической энергии требуется увеличить теплопроизводительность СЭУ и поверхность солнечных отражателей-концентраторов. Отсюда и стоимость СЭУ возрастает. Причем влияние этих ограничений на стоимость СЭУ будет тем заметнее, чем больше энергии будет воспроизводиться (отпускаться) теплоаккумулирующей системой, и особенно заметным это влияние будет для базисной СЭУ.

Важной характеристикой ТАС является удельная энергоемкость, которая является функцией свойств ТАМ, кинетики процессов подвода и отвода тепла и схемы преобразования и передачи запасаемой энергии потребителю. При высокой удельной энергоемкости, обусловленной свойствами ТАМ, заметно уменьшается емкость АТ, а при несложной технологии его изготовления дешевле обходится и сооружение ТАС.

Таким образом, учет вышерассмотренных факторов позволит в каждом конкретном случае выбрать наиболее рациональную и эффективную ТАС, способную выдавать тепло требуемого качества, На практике выбор способа аккумулирования тепла и характеристик АТ должен решаться с позиции экономичности в целом объединенной системы СЭУ и АТ, которая обеспечивала бы выдачу наиболее дешевой энергии и заданного качества и количества.

В перспективе наряду с отмеченными факторами, когда роль СЭУ и других типов энергоустановок на основе нетрадиционных возобновляемых источников энергии (ветер, градиент температур в среде и между средами и т.п.) при наличии в ее технологическом цикле ТАС в энергосистеме возрастет, надо учитывать системный фактор, в зависимости от которого будет происходить изменение режима работы и структуры оборудования генерирующих мощностей в энергосистеме.

 

Предыдущая статья:АККУМУЛИРОВАНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СКРЫТОЙ ТЕПЛОТЫ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ Следующая статья:Экспериментальные разработки аккумуляторов тепла для солнечных энергетических установок и основные результаты исследований
page speed (0.0145 sec, direct)