Тепловое аккумулиров ание энергии
Тепловое аккумулирование в солнечных энергетических установках
7.6.1. Общие соображения
По сравнению с тепловыми энергоустановками, потребляющими топливо, солнечные энергоустановки обладают некоторыми. специфическими особенностями, которые делают целесообразным применение совмещенных систем теплового аккумулирования [7.26].
а) Аккумулирование, аналогичное хранению топлива, здесь невозможно. Регулирование подвода солнечной энергии было бы возможно (например, путем дефокусировки солнечных элементов), но в противоположность установкам на органическом топливе это влечет за собой энергетические потери и поэтому не применяется.
б) Как и для ветряных, приливных и гидравлических электростанций, поступление первичной энергии здесь изменяется в соответствии с суточным и годовым циклами и, кроме того, зависит от погодных условий. Это означает, что неравномерен не только график потребления, но и график выработки. Вследствие этого необходимость в аккумулировании энергии возрастает, за исключением того редкого случая, когда оба графика согласуются. Разрядка теплового аккумулятора может быть связана не только с пиком потребления, но и с дефицитом выработки энергии (низкая или нулевая инсоляция), а зарядка оказывается возможной не только при низком потреблении, но и при избыточном поступлении солнечной энергии. Таким образом, тепловое аккумулирование солнечной энергии будет служить для сглаживания не только пиков, но и провалов.
в) Во многих практических случаях не только подводимая мощность, но и работа системы отдачи тепла теплоприемнику имеют циклический или случайный характер. В особенности
Рис. 7.23. Возможности балансировки нагрузки в солнечной энергетической установке. |
это относится к установкам с воздушным охлаждением (работа градирен паросиловых установок). Это общий недостаток многих теплоэнергетических установок, для которых пики энергопотребления соответствуют дневному времени (т. е. высоким температурам окружающего воздуха). Однако при использовании тепловых аккумуляторов это становится преимуществом солнечных установок, если часть потребления мощности смещена в сторону вечерних и ночных часов (т. е. в сторону более низкой температуры и, следовательно, более высокой эффективности).
г) Система кратковременного теплового аккумулирования необходима во многих климатических зонах для компенсации влияния на солнечную энергоустановку внезапных метеорологических изменений, таких, как появление облачности. Для таких случаев достаточна емкость аккумулирования, составляющая около получаса полной нагрузки.
д) В некоторых солнечных энергоустановках применяется дополнительный первичный теплообменный контур. Первичной средой могут быть теплообменное масло, расплавы солей (HITEC) или жидкий щелочной металл (например, натрий). Эти вещества пригодны также в качестве высокотемпературной аккумулирующей среды. Схема двухконтурной установки с совмещенным тепловым аккумулированием показана на рис. 7.23.
е) Аккумулирование с использованием одной только питательной воды для солнечных паровых энергоустановок неприемлемо, поскольку при этом в период отсутствия солнечного излучения паровая турбина будет получать не пар, а подогретую воду.
ж) Коэффициент использования солнечных энергоустановок без теплового аккумулирования довольно низок (•~3000 ч/год в пустынном климате, ~2000 ч/год в юго-восточных штатах США и в средиземноморском климате и ~ 1000 ч/год в условиях Центральной Европы). За счет теплового аккумулирования коэффициент использования всех остальных компонентов солнечной энергоустановки может быть повышен. Таким образом, расчет и компоновка солнечных элементов или панелей, турбины и аккумулятора представляют собой интересную оптимизационную задачу [7.26].