XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Аккумулирование тепловой энергии (АТЭ) происходит благодаря широкому спектру технологий. В зависимости от конкретной технологии, оно дает возможность хранить и использовать избыточную тепловую энергию в течение нескольких часов, дней или даже нескольких месяцев в масштабах, характерных для использования отдельными пользователями, строительства (в том числе – крупномасштабного), использования в рамках округа, города или региона. Примеры использования – балансировка спроса на энергию между дневным и ночным временем, хранение летнего тепла для отопления зимой или зимнего холодного воздуха для кондиционирования воздуха.

Аккумулирование солнечной энергии - это самые активно применяемые системы солнечного отопления, могут хранить энергию сроком от нескольких часов до нескольких дней. Однако, наблюдается рост числа мощностей, использующих сезонное аккумулирование тепловой энергии (САТЭ), что позволяет хранить солнечную энергию летом, чтобы использовать ее для отопления помещений в зимний период. Солнечное сообщество Дрэйк Лэнлинг из провинции Альберта в Канаде сейчас научилось использовать 97 % солнечной энергии круглый год, что является рекордом, ставшим возможным только благодаря использованию САТЭ. Использование как скрытой, так и явной теплоты также возможно в высокотемпературных системах приема солнечной тепловой энергии. Различные эвтектические смеси металлов типа Алюминия и Кремния (AlSi12) предлагают высокую точку плавления для эффективного производства пара, в то время как глиноземные смеси на основе цемента предлагают хорошие свойства хранения тепла.

Аккумулирование тепла в различных энергосистемах ориентировано в первую очередь на отопление и горячее водоснабжение. Применение аккумуляторов тепла в водонагревательной системе позволяет приспосабливать ее к условиям спроса на горячую воду, изменяющегося в течение суток. Применение различных способов накопления тепловой энергии при использовании солнечных энергетических установок позволяет также преодолеть проблему, обусловленную суточной периодичностью и непостоянством поступления солнечной энергии. Даже в условиях безоблачного неба необходимое количество энергии при соответствующей температуре теплоносителя можно получить только на протяжении нескольких часов до и после полудня. Например, солнечные энергетические установки, предназначенные для отопления помещений, поддерживают температуру теплоносителя на уровне 60 °С лишь около трех часов в сутки. Поскольку в подобных системах периоды потребления и получения энергии не совпадают, накапливать ее необходимо в одни периоды суток, а использовать — в другие.

Предложение по повышению энергоэффективности

Изобретение относится к системе аккумулирования тепловой энергии, содержащей аккумулятор (2) энергии, обладающий вертикальным температурным градиентом, и внутреннюю комбинированную холодильно -нагревательную машину (15). Данная машина адаптирована для выведения энергии, соответствующей первой температуре, из аккумулятора энергии с одновременным возвратом энергии, соответствующей, после подогрева, второй, более высокой температуре, и энергии, соответствующей, после охлаждения, третьей, более низкой температуре.

Область техники

Изобретение относится к системе аккумулирования тепловой энергии, содержащей аккумулятор энергии, обладающий вертикальным температурным градиентом, и внутреннюю комбинированную холодильно - нагревательную машину.

Уровень техники

В настоящее время обеспечение электроэнергией осуществляется, в основном, путем ее генерирования с помощью турбин. Подача электричества в электрическую сеть необходимо постоянно балансировать по отношению к суммарному потреблению электричества и любым потерям в сети. Появление дисбаланса влияет на частоту сети таким образом, что перепроизводство энергии приводит к повышению частоты, а недостаточное производство - к понижению частоты относительно стандартной частоты 50 Гц. Определенное балансирование обеспечивается за счет допущения небольших отклонений частоты сети. Если отклонение становится слишком большим, сеть выходит из строя.

Производство электричества можно разделить на две основные части: генерирование базовой мощности и мощности, следующей за нагрузкой. Базовая мощность генерируется при постоянной производительности и обеспечивается, например, атомными электростанциями, теплоэлектростанциями, работающими на угле или на газе, или системами, вырабатывающими тепло или электроэнергию.

Для стабилизации частоты у 50 Гц огромное значение имеет возможность немедленного регулирования (т.е. регулирования отклонений в течение секунд) вращающейся массы в синхронных генераторах/турбинах.

Таким образом, одно из преимуществ описанной системы аккумулирования тепловой энергии состоит в возможности оптимизировать аккумулирование энергии путем осуществления выбора температурных уровней, с которых должна выводиться энергия, учитывающего конкретные условия в сети и в аккумуляторе энергии в заданный период времени.

Альтернативное функционирование компрессоров в режимах как последовательного, так и параллельного соединения может потребовать использования компрессоров различного размера в зависимости от количества компрессорных блоков, соединяемых последовательно. В такой схеме компрессоры могут быть подключены к единственному общему двигателю. Альтернативно, возможно применение компрессоров одинакового размера, но в этом случае последовательное соединение потребует регулировки относительных скоростей компрессора и двигателя. Для этой цели могут быть использованы различные решения, например механические шестерни или регулирование частоты электродвигателей. Вместо электродвигателей можно использовать гидравлические двигатели или паровые турбины.