Тепловое аккумулиров ание энергии
Тепловое аккумулирование с расширением
Аккумулятор этого типа аналогичен системе аккумулирования со скользящим давлением, в которой рабочий сосуд заполнен насыщенной водой (объем пара может быть даже меньше, чем в ней). Трубопровод, через который происходит разрядка, находится в нижней части сосуда. Если разрядный клапан открыт, то горячая вода под давлением выходит из резервуара по линии 7 (рис. 2.2); при этом объем пара в резервуаре увеличивается. Дополнительное количество пара образуется за счет испарения небольшой части воды, что приводит к некоторому снижению давления.
Зарядка системы осуществляется подачей горячей воды под давлением, которая в начальный период испаряется; этот пар сжимается и позднее частично конденсируется. Несмотря на некоторые (эксергетические) потери смешения, может оказаться предпочтительнее вести зарядку при постоянном давлении одновременно как недогретой горячей водой через линию 10, так и паром через линию 11.
Системы аккумулирования с расширением до сих пор использовались в ракетах (гл. 8), в эжекторах сверхзвуковых аэродинамических труб периодического действия и в нагнетателях замкнутых систем горячей воды. Кроме того, были предложены применения таких систем [2.9] для перегрева аккумулированного пара и очень больших резервуаров давления (вследствие низкого перепада температур во время зарядки и разрядки).
Уравнение (2.20), которое справедливо для аккумулирования со скользящим давлением, может быть использовано
и для оценки аккумулирующей емкости. Однако в данном случае энтальпия потока массы разрядки —это энтальпия насыщенной воды h' а не насыщенного пара:
|
|
(2.26)
Плотность запасаемой энергии в системах с расширением показана на рис. 2.3—2.5 штриховыми линиями.
Массовый расход на единицу емкости резервуара в таких системах (рис. 2.3) значительно выше, чем в системах аккумулирования со скользящим давлением; плотности потока энергии (рис. 2.4) и эксергии (рис. 2.5) одинаковы, а циклические изменения давления и температуры значительно меньше. Вслед за разрядкой водой при почти постоянном давлении может последовать разрядка паром, содержащим некоторое количество конденсата, до более низкого давления.
На рис. 2.6 показаны зависимости массы, энтальпии и эксергии на выходе, а также давления разрядки (температуры) от давления зарядки для случая полной разрядки горячей водой.
Интересным случаем, хотя и имеющим малую практическую ценность, является разрядка водой сосуда аккумулятора, заполненного паром под высоким давлением, между критической точкой CR (22,1 МПа) и точкой EW (конец разрядки водой на рис. 2.3—2.5). При этом конденсируется большее количество воды, чем вытекает через линию разрядки; таким образом, в начальный период разрядки уровень воды растет. Расход воды через разрядную магистраль и образование воды в процессе конденсации выравниваются в точке EW. Координаты этой точки могут быть найдены из уравнения (2.26), если принять, что
|
(2.27-2.30) (2.3ҐГ (2.32) |
|
/2ВХ - 0, dQ - 0, /^вых ^ » ^ак ^ • Из уравнения (2.7) следует dmaK (ti — и") = так du". С учетом уравнения баланса объемов maKv" = Как, |
которое в дифференциальной форме записывается как
|
. [ і 1111 m| 11-і 11 t. i.11| 11 І і M 111111 11111—і—і L.| 11 l| і і і і і 11111. її ij и2212 0,001 0,01°'O20,05 0,1 0,2°’30,5 1 2 3 5 В 10 15 20 |
p, МПа *-
Рис. 2.6. Выход массы, энтальпии и эксергии аккумулятора расширительного типа и интервале между полностью заряженным (т/ = 0) и полностью разряженным ({/ = 1,0) состояниями.
1 — выход массы; 2 — выход энергии; 3 — выход эксергии; ^ — температура а начале разрядки, #к—температура в конце разрядки горячей водой Пример: начало разрядки pH=ss60 МПа, *н=275 °С; конец разрядки рк—4,05 МПа, /к=аг251 9С. Выход массы 738 кг/м3, энергии 862 МДж/м3, эксергии 245 МДж/м
уравнение (2.31) дает
dmaKv" = — maK dv". (2.34)
Сравнивая (2.34) и (2.31), окончательно получаем условие существования точки EW:
du"l(h' - и") = - dv"/v". (2.35)
Это условие удовлетворяется примерно при 21,2 МПа (370 °С).
