Питання енергозбереження та енергоефективності викликають все більший інтерес з кожним роком у всьому світі. Акумулювання енергії дозволяє зберегти енергію і забезпечити резерв в разі раптового припинення роботи основного джерела енергії. Розглянуто види акумулювання енергії і способи їх застосування у всіх сучасних сферах діяльності людини.
Ключові слова: акумулювання, теплової накопичувач, енергоефективність, енергозбереження, опалення.
Енергетика є однією з провідних галузей сучасного господарства. В даний час одним з ключових напрямків розвитку сучасної економіки є енергоефективність.
Теплове акумулювання - це хімічні або фізичні процеси, які дозволяють накопичувати тепло в тепловому акумуляторі. Тепловий акумулятор складається з резервуара для зберігання, акумулюючої середовища (робочого тіла), пристроїв для зарядки і допоміжного обладнання. Одним із способів заощадження енергії є використання так званих акумуляторів енергії (теплових накопичувачів). Подібні установки здатні зберегти енергію і забезпечити резерв в разі раптового припинення роботи системи опалення.
Основною метою акумулювання енергії є подолання, згладжування невідповідностей між подачею енергії споживачу та його реальними потребами. Ще одним важливим завданням акумулювання енергії є вирівнювання вироблення енергії, тобто зменшення подачі в період пікових навантажень і заповнення провалів тоді, коли енергія майже не використовується.
Теплові накопичувачі (акумулятори), як правило, працюють на принципі накопичення - виділення внутрішньої енергії. Це досягається за рахунок хімічних або фізичних процесів всередині акумулятора. Наприклад, за рахунок нагрівання, охолодження рідких або твердих тіл, плавлення та інших оборотних реакцій. [1-2]
Не можна обійти стороною так само питання економічної доцільності, так як акумулювання енергії дозволяє значно зменшити витрати споживача. Простий приклад осередку теплового накопичувача наведено на малюнку 1.
Навколо каналу з протікає по ньому теплоносієм розташоване теплоакумулююче речовина. При заряді температура теплоносія на вході в накопичувач більше температури на виході з нього. Протікаючи по каналу і остигаючи, гарячий теплоносій віддає енергію теплоакумулююча матеріалу.
Мал. 1. Розрахункова схема теплового накопичувача з однофазним теплоакумулюючі матеріалом
Накопичення енергії відбувається за рахунок теплоємності, температура матеріалу зростає. При розряді температура теплоносія на вході в накопичувач менше температури на виході з нього. Протікаючи по каналу, холодний теплоносій нагрівається за рахунок охолодження теплоакумулюючого матеріалу. Температура матеріалу знижується. [3]
За акумулюючої середовищі можна встановити таку класифікацію акумуляторів тепла:
- пряме акумулювання (теплообмін і акумулювання відбуваються в одному середовищі)
- непряме акумулювання (тільки теплообмін, процес може протікати з фазовим переходом і без)
- сорбційне (Ця інформація базується на здатності деяких речовин абсорбувати гази з виділенням тепла)
На сьогоднішній день існує велика кількість різних видів акумуляторів енергії: парові, рідинні, з електронагрівальних елементом, пневматичні, з ковзаючим тиском, з постійним тиском.
Застосування теплових накопичувачів вразлічних галузях
Найпоширенішим і звичним для нас прикладом теплового накопичувача в житлово-комунальному господарстві є накопичувальний водонагрівач. Подібна установка знайшла широке застосування в будинках, квартирах, дачах, а так само в промислових будівлях, громадських центрах і т. Д. І т. П. Пристрій таких водонагрівачів одночасно дуже просте і економічно ефективне.
Але в житлово-комунальному господарстві основними споживачами теплової енергії є системи опалення будівель. У разі опалення приміщень застосовується акумулювання з використанням тепла фазового переходу (заморожування води при 0 ° С). У країнах, де витрати на охолодження влітку дуже високі й співставні з витратами на опалення в літній час, доцільно застосовувати акумулювання за допомогою льоду. Це дозволяє отримати подвійний ефект від системи опалення. Можливості застосування теплових накопичувачів в житлово-комунальному господарстві активно обговорюються в Європі і США.
Ще одним сучасним прикладом теплового накопичувача є паливний двигун на сонячній енергії. Він застосовується переважно в авіаційній і космічній техніці. Робота сонячного теплового двигуна забезпечується підведенням енергії за допомогою зовнішньої концентрує системи до поглинаючої поверхні приймача двигуна. Робоче тіло двигуна протікає всередині приймача і нагрівається. Поступаючи потім в звичайне реактивне сопло, воно розширюється і створює тягу [3-5].
Термодинамічний цикл сонячного термічного двигуна наведено на малюнку 2.
Мал. 2. Ідеальний термодинамічний цикл сонячного термічного двигуна
Області застосування сонячних термічних двигунів:
- переклад супутників з низьких навколоземних орбіт на геостаціонарні
- очищення космічного сміття
- польоти до орбіт інших планет Сонячної системи, включно до орбіти Марса (двигуни потужністю 1-5 МВт);
- підтримання орбіт довгострокових орбітальних станцій (двигуни потужністю 10-20 кВт).
Акумулятори енергії так само широко застосовуються в суднобудуванні. Пасажирські малотоннажні судна, які здійснюють перевезення на морських і озерних лініях, як правило, мають дизельні енергетичні системи. В даному випадку, головне метою їх роботи є забезпечення бортових споживачів тепловою енергією необхідної якості і в достатній кількості. Так як пуск суднового дизеля повинен відбуватися в деяких випадках при температурі не нижче + 15-20 градусів Цельсія, то відповідно необхідний підігрів дизеля при низьких температурах. Для цієї мети можуть застосовуватися різні установки, наприклад, додаткові котли і водоводяні холодильники. Для підігріву акумулятора доцільно використовувати накопичене раніше відводиться тепло самого дизеля. Це дозволяє відмовитися від додаткової витрати пально-мастильних матеріалів. Економія залежить від умов експлуатації і може становити від сотень кілограмів до кількох тонн.
Застосування теплового накопичувача енергії дозволяє знизити не тільки витрата паливно-мастильних матеріалів, але також загальна кількість шкідливих речовин, що викидаються в навколишнє середовище при роботі дизеля.
Дорожні і транспортні засоби з акумуляторами теплоти. Теплове акумулювання в транспортних засобах є окремим випадком акумулювання енергії для отримання додаткової потужності там, де на додаток до тимчасового невідповідності також виникає і локальне невідповідність між подачею і споживанням енергії. Визначальним фактором застосування акумулятора в транспортних засобах є його обсяг і маса. Теплові та пневматичні накопичувачі в транспортних засобах застосовуються поряд з електромеханічними, маховикові накопичувачами кінетичної енергії і акумуляторами палива.
У промислових установках для короткочасного акумулювання енергії широко застосовуються твердотільні регенератори і акумулятори пар (гаряча вода). Так само можу використовуватися накопичувачі, що працюють на енергії води нормального або підвищеного тиску. Основою завданням акумуляторів енергії в промисловості є не стільки безпосередня економія енергії, скільки зниження споживання енергії ззовні, особливо в разі установок з комбінованою виробленням електрики і тепла. [3-8]
Системи теплового акумулювання енергії знайшли широке застосування в енергетичних установках, промисловості, житлово-комунальному господарстві та транспортних засобах. Інтерес до них зростає як в західних країнах, так і в Росії. Так як питання енергоефективності та енергозбереження завжди залишаються актуальними, основні принципи акумулювання енергії знайдуть своє застосування і в майбутніх технологіях.
Основні терміни (генеруються автоматично). акумулювання енергії, акумуляторів енергії, теплового накопичувача, Акумулювання енергії, теплової енергії, акумулювання енергії, теплових накопичувачів, Акумулятори теплової енергії, види акумулювання енергії, завданням акумулювання енергії, житлово-комунальному господарстві, теплового акумулювання енергії, метою акумулювання енергії, теплового накопичувача енергії, теплових накопичувачів енергії, короткочасного акумулювання енергії, випадок акумулювання енергії, Акумулятори енергії, основне джерело енерг ії, принципи акумулювання енергії.
Ключові слова