Тепловое аккумулиров ание энергии

Системы аккумулирования для энергетических установок

3.1.1. Классификация систем

Основные варианты систем аккумулирования для энерге­тических установок показаны на рис. 3.1. По аналогии с гид­равлическими системами аккумулирования в основу класси­фикации положено деление на безнасосные и насосные си­стемы аккумулирования энергии.

Безнасосные системы аккумулирования получают энергию для зарядки из теплового цикла энергетической установки. В верхней части рис. 3.1 показаны четыре безнасосные си­стемы аккумулирования:

a) система аккумулирования энергии посредством сжатых газов, в частности, для газотурбинных циклов;

b) система аккумулирования с регенеративным подогре­вом питательной воды паровых циклов;

c) система аккумулирования тепла первичного цикла для тепловых энергетических установок с раздельными теплооб-

Рис. 3.1. Основные варианты си­стем теплового аккумулирования для энергоустановок.

I — безнасосные системы аккумулиро­вания; II — насосные системы аккуму­лирования. / — первичная энергия; 2 — преобразование энергии; 3 — механи­ческая энергия; 4 — электрическая энергия.

менным и рабочим циклами (аналогично тому, как это де­лается в солнечных теплоэнергетических установках);

d, е) системы аккумулирования тепла в рабочем цикле посредством аккумулирования насыщенного или перегретого пара и высокотемпературного аккумулирования тепла в газо­вых турбинах.

Дальнейшая классификация безнасосных систем аккумули­рования связана с выделением двух групп:

— включенные в энергоустановку системы аккумулирова­ния с установкой базисной нагрузки, которая способна по­крыть такую нагрузку без использования систем аккумулиро­вания, или с основной турбиной для базисной нагрузки и от­дельной пиковой турбиной, или с основной турбиной, способ­ной нести повышенную нагрузку, которая покрывает также и пиковую нагрузку);

— безнасосные системы аккумулирования с отдельным преобразователем энергии (парогенератором) и отдельным двигателем (турбиной для пиковой нагрузки).

Кроме того, следует отличать аккумулирование с постоян­ными параметрами, при котором аккумулирующая среда от­бирается из процесса и вводится в него из аккумулятора в од­
ной и той же точке цикла (так называемое «обратимое акку­мулирование»), от аккумулирования с переменными парамет­рами, при котором ввод среды осуществляется в другой точке (ниже по потоку), или со значительно более низкими пара­метрами.

Насосные системы аккумулирования заряжаются с по­мощью электрической или механической энергии. В нижней части рис. 3.1 показаны насосные системы аккумулирования: /) система пневматического аккумулирования с отдельным аккумулятором теплоты сжатия или без него;

g, h) системы аккумулирования с использованием процес­са теплового насоса (например, с паровым компрессором), с верхним (g) и нижним (Л) аккумуляторами; один из них, например нижний, может быть заменен окружающей средой.

Насосные системы аккумулирования заряжаются обычно от электрической сети и поэтому могут быть подключены в любом месте сети. Таким образом, они могут и не входить в состав энергетической установки. Были предложены также входящие в состав энергоустановки насосные системы акку­мулирования, заряжаемые механической энергией от газовой или паровой турбины.

Верхний аккумулятор обычно имеет параметры (давление, температуру) выше параметров окружающей среды, тогда как параметры нижнего примерно такие же, как и у окру­жающей среды, которая, таким образом, может служить ниж­ним аккумулятором (системы аккумулирования с тепловым источником). Насосные системы аккумулирования могут быть спроектированы и так, что окружающая среда используется в качестве верхнего аккумулятора, тогда как параметры ниж­него аккумулятора выбираются много ниже, чем у окружаю­щей среды (системы аккумулирования с низкотемпературным теплоприемником). В этом случае тепло для процесса отби­рается из окружающей среды, а нижний (низкотемператур­ный) аккумулятор отбирает отработанное тепло и нагревает­ся [3.1]. Как отмечалось в разд. 2.3.1, плотность запасаемой эксергии таких систем с «отрицательной эксергией» может быть весьма высока (в пределе бесконечна при О К).

Рассмотренная выше классификация важна для оценки эффективности системы аккумулирования, мощности и ско­рости зарядки и разрядки, для выбора режима работы, а также для контроля функционирования.