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.