1598005384-f9c00b8492d7f4330216974bac4e6cb9 (811204), страница 19
Текст из файла (страница 19)
В более серьезных разработках нуждеются высокотемпературные АТ (при температурах 800оС и выше). Емкости дпя теплоносителя и собственно теплообменники, способные выдерживать тякие температуры, довольно дороги. При использовднии прямой схемы, когда терлообмен осуществляется между теплоносителем и ТАМ (например, керемика), емкость АТ должна выдерживать высокое давление горячего газа, Предстоит поиск новых решений с целью создания высокотемпературных ТАС. С~~ням аз вариантов может быть комбинированная ТАС, состоящая из АТ и теплопровода.
Тугоплавкие шарики из слож ных оксидов (40% ЯО1, 20% МйО, 35% СаО и 5% А(103) поцают' в солнечный теплоприемник, где они плавятся и затем перекачиваются в емкость АТ (рис. 19 и 20). При отборе тедла расплев подается в теплообменник высокого дввления. В нем расплав распыляется в поток рабочего газа под высоким давлением и отдает ему тепло, а сам затвердевает.
Нагретый гзз поступает в турбину, а твердый расплав в виде шариков оствется на дне теплообменника. Эта система экономически обоснована, но некоторьш ее бззовые принципы еще нуждаются в проработке к подтверждении работоспособности. Другой вариант совдепия выскотемпературной ТАС - иопользоваиие принципа накопления энергии с помощью тепло- емкости н терлоты фазового превращения ТАМ. Например, ТАМ удерживается в пористой керамической матрице за счет капиллярных сил. Эксперименты подтвержцеют, что в твких матрицах при температуре 700оС удерживвется до 65% расплава солей (щелочных карбонетов). Гибкость технологии изготовления нвтрия, например в вице композиннонньж твблеток, кирпичей и т.п.
позволит исключить теплообменные ' трубчвтые поверхности благодвря осуществлению прямого контакта теплоносителя и ТАМ. Однако это направпение требует дзльнейших исследований о целью докззвтельств технологических и экономических преимуществ и вьивлеиия ограничений данного метода аккумулирования тепла. ТАС, реелизуемые иа основе МОФ, обладают двумя недостатками с зкономической точки зрения.
Во-первых, стоимость ТАМ в большинстве случаев много выше стоимости традиционных теплоемкостных материелов (вода, камни и т.ц.), Во-вторых, лз-за вышеупомянутых особенностей оргаииззлии подводе и особенно отвода тепле от МОФ требуется развитая поверхность теплообмеиа, в это, как правкло, связано с ростом стоимости АТ. Поэтому ТАС, в кототых теплообмен осуществляется в результате прямого контакта МОФ и тепло- 93 Рис 21. Теплоаккумулируюший модуль на основе скрытой теплоты фазового преврашениьч 1 - коннектор вхопа и выхода; 2 — фазоизменяюший материал (смесь солей ХаОН-НаК01]] 3 - пикет труб носителя является одним из перспективных иаправиииий в ре шенин пенной проблемы. Однако это не исключает изучение поугнх типов АТ на оонове МОф.
В частности, привлекает внимание новый тип АТ на основе МОф, котерый может работать совместно с приемником, производяшим насышенный пар, и участвовать в производстве технологического тепла. На рис. 21 представлен модуль АТ с МОф (104]. Емкость АТ выполнена в вине прямоугольного бака из утпероцистой стали с внешней изоляцией, сопержашей пять трубчатых сборок. Каждая из них состоит иэ ] 15 отдельных труб, выполненных в вице змеевиков. Последние поцперживеются каналами из углеропистой стали и раэпелеиы каналами из алюминия, которые служат для повышения теплопровопности. В качестве ТАМ используется солевая омесь, с - ш иэ 18.5% Х КОЗ и 81*5%Неон.
с ера урой плавления 256 С. Акиумулируюший моцуль заряжается от па ра, который коипенсируется при температуре 288 С. При раоз ряпке мопуль АТ генерирует сухой пар с температурой 232 С Теплопроизвопительнооть АТ состевляет 19 МВт ' ч. Дия сов~ дания такой ТАС . требуется проработать ее отпельные элемен- ты и узлы (104].
Перспективной областью применения ТАС препставлявтся иснольэование солнечной энергии пля производства тепла и хо лола. В отчете по заказу министерства энергетики США при- валена информания о 300 пействуюших в США и Канапе тепло. и холопоаккумулируюших установках, К наиболее распростра- ненныь] ТАМ~ относятся вола, лед, песок, кирпич. Вода и песок используются в 88% всех установок в США: вона под павле нием — в 55% вопяных теплоаккумулируюших установок и в 75% установок с комбинированным производством тепла и хо лона (28].
В (50] предложен аккумулятор солнечной энергии, выпол- ненный в виде устройства, в котором тверпые аккумулирующие частицы омываются нагреваемым теплоносителем (газом) сни- зу вверх Частицы находятся во взвешенном состоянии, а в стенке сосуда, явлюошегося также поглотителем солнечной энергии, препусмотрено не менее оаного отверстия, через ко- торое солнечное излучение прохопит в полость, В заявке (94] аккумулятор представляет собой закрытый и заполненный жидким ТАМ сооуп емкостью в несколько ты- сяч литров.
Внутренний объем его разпелен по высоте на несколько эон, в которых расположены теплообменники, соепи- иенные треххоповыми вентилями с циркуляционным контуром, по которому к ним попвопится нагретый теплоноситель. В ка честве жидкого ТАМ могут использоваться воны, растворы различных солей и т.п. В каждой иэ упомянутой зон имеются теплообменники пля отвоаа запасенного тепла к потребителю. Предусмотрен также теплообменник, размещенный в сосуде АТ, который соединен с вопогрейным котлом и теплонасосной У м.
э ~Р1 б Р ~ р* г ти сосуда. Температура воды от нижней к верхней зоны из- меняется от 40 по 80 С, По (130] воде, нагреваемая' в коллекторе солнечной энер- гии, подается в зависимости от ее температуры в верхнюю нли в нижнюю часть АТ. Регулируюший клапан пропускает во- лу от коллектора к АТ, если температура ее превосходит рас- четную, Иначе она прохолит через байпас с ограничением рао- хопа, Другой регулируюший клапан направляет волу в олин из пвух патрубков также в зависимости от ее температуры.
Пат- рубки, снабженные расширителями, нахопятся опии в нижней, пругой в верхней части АТ. Скорость выхода воды из патруб- йов снижается в такой степени, что она не вызывает интенс ного перемешивания сне~в. Вола отбирается из верхней части АТ с температурой 27оС и лопается в его нижнюю часть.
В последние годы активно вепутся гакже исследования по изученшо процессов и тепловых эффектов обратимых химических реакций и воэможности создания термохиьшческнх АТ. В работе [78) рассматриваются перспективы использования таких АТ в системах бытового обслуживания. При осушествлении энпотермической реакции расхопуется солнечная или пругой вип энергии (атомное, сбросное тепло и т,п,), В отопительных установках выпеляемое при экзотермической обратной реакции тепло служит пля нагрева волы. В [35) лаются,свепения о перопективности способа аккумулирования тепла на основе каталитических обратимых химических реакций гипрогенизации пиклогексана с т~п~о~ым эфф~кт~м в 206 хДжумоль. Досто~н~т~а этой системы: высокая степень обратимости, высокая плотность аккуыулирования энергии, легкое разделение продуктов реакции, возможность аккумулирования энергии в периоп времени от суток до сезона.
Тепло запасается при температуре от 470 до 770 К и отводится (гипрогенизация) от 423 по 723К. В ряде работ предлагаются способы и различные решении по разработке термохимического АТ . В [92) патентуетси способ и устройство пля аккумулирования тепла с помошыо гипратов сопи, Первичный теплоноситель при температуре 163-204 С пропускают через рекуперативный теппообмепник о в бункере, который заполнен гнпратом соли ( Са$04'9,55 20). В результате дегипрауапнн, прохопяшей с поглошением тепла, вода испариется и пары удаляются из бункера. При гипратэции вола подается в бункер и выделяемое тепло передается вторичному теплоносителю (например, воздух), пропускаемому через бункер, при температуре 107-163 С. Вода при гипрэ- о талии побавляется в количестве 6,6% от массы СаБ04, Гако термохимический АТ может использоваться на СЭУ.
Паралле но ему рекоменпуется применять второй вопяной АТ с теплообменником, выполняюшим роль конденсатора пера, выаэляем го при пегипратации с температурным уровнем 100-107 С. Применение вениного АТ впвое повьппает аккумулирукаиую сп собность всей системы, а также КПД- В [87) разработан способ пля аккумулирования тепла, преимушественно на солнечных и геотермапьных установках, и устройство для его осушествлени;ь Этот:пособ основан на тепловом эффекте химической реакции гнпратацня — пегипрата- ция гипратных солей многовалентных металлов (алюминия, бериллия, магния, железа, кальция и цинка) на основе хислот типа соляной и серной. Тепловой эффект составляет от 488 а -;2510 кДж/кг или 1,38 7,23 ГДж/м . Устройство иьюет 3 две мопификации, которые различаются по типу теплоносите- ля: воздух, жидкие углевопоропы.
Наряду с отмеченными предлагаются термохимические АТ, основанные на использовании абсорбционных свойств газов, обратимых реакций получения гипрата, причем реакции выде- ления вопорода н образования гидрата осушествляются попере- менно при отначке насосом водорода или гипрата.
Прополжает ся поиск новых решений на основе обратимых химических реак- ций, позволяюших преополеть ряп трудностей и недостатков, присушнх термохимическим АТ (выпеление и хранение газов, низкая теплота конпенсации газов, высокая стоимость сосуаов пня хранения неконденсируемых газов и пр,). Однако рассмот ренные решения [35, 78)свипетельствуют о перспективности таких АТ пля их использования не только в солнечной энерге- тике, 46 По зе ~е те оа то ы сол е ной эне гии Аккумулирование солнечной энергии в ПТА разрабатывается на основе слепуюших способов: 1) глубокие скважины с закачкой волы; 2) глубинные скважины с барботированным слоем жипкости; 3) теппообменная твердая засыпка в изолированной попземной полости; 4) система концентрических труб, пропуваемых воздухом в теплоизолированной попземной полости [ 91) .
Разработки ПТА солнечной энергии ведутся практически во всех развитых капиталистических странах. Заслуживают внимания достижения в этой области в Швеции. В рамках национальной программы по освоению энергетических ресурсов разработан проект теплоснабжения группы коттеджей с помошью солнечной энергии и теплонасосных установок. используюших тепло нагрйтых,грунтовых воп.
Система спроектирована аля условий района г, Ландскруна (Южная Швеция). Первоначально она намечалась для краткосрочного аккумулирования тепла, в послепуюшем - для сезонного. Для етого планируется провепение экспериментов с целью определення возможности создания сезонного ПТА [71). В скальных породах на глубине 30 м (Швеция) сооружен сезонный ПТА солнечной энергии емхостью 100 тыс.м, Его годовая энергоемкость 5500 МВт ° ч, что 3 эквивалентно 550 т мазута.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
