Глава 6 АККУМУЛИРОВАНИЕ ЭНЕРГИИ
Обозначения:
А —площадь поперечного сечения;
В — ширина слоя;
с — удельная теплоемкость;
d — диаметр;
Е — энергия;
F — площадь поверхности теплообмена;
G — массовый расход;
h — удельная энтальпия; показатель мощности водоносного массива;
Н — глубина залегания слоя;
I — функция Бесселя первого рода;
К — конструктивный параметр; проницаемость;
I — полутолщина блока;
т — пористость;
М — расход теплоносителя;
N — количество циклов;
Nn — функция Бесселя второго рода;
р — давление;
г — радиус; текущая координата;
R — расстояние между скважинами;
s — удельная энтропия;
S — площадь поверхности частиц в единице объема;
t, Т — температура;
V— объем;
Q — тепловой поток;
w — скорость;
W — скорость фильтрации;
х, у, ζ — компоненты декартовых координат;
α — коэффициент теплообмена; безразмерная характеристика породы;
β — сжимаемость пористых блоков; расходное паросодержание;
δ — показатель раскрытости трещины;
ξ — концентрация;
θ — температурный напор;
λ — теплопроводность;
μ — коэффициент динамической вязкости;
ν — коэффициент кинематической вязкости;
р — плотность;
τ — время;
φ — коэффициент технико-экономического совершенства;
ω — период аккумуляции.
Критерий подобия
Fo — Фурье
Индексы·.
А — аккумулятора, аккумулирующего; в — воды; д — действительной; ж — жидкости; и — источника; м — массива; п — пустот; потребителя; | пт — поступающего; |
6.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Эффективным средством энергосбережения является аккумулирование энергии, особенно при развитии альтернативной энергетики на базе возобновляемых источников энергии.
Одна из причин, ограничивающих использование нетрадиционных источников энергии, заключается в нестабильности их работы. В особенности это относится к энергии солнечного излучения и к энергии ветра. Отсюда и нестабильность энергетических характеристик систем, использующих возобновляемые источники энергии. Поэтому надежные и эффективные системы аккумулирования энергии не только обеспечат стабильное энергоснабжение потребителей, но и повысят коэффициент использования энергии за счет накопления пиковой и низкопотенциальной энергии, которая не может быть использована потребителем без соответствующих ее превращений.
Следовательно, проблема наиболее эффективного аккумулирования энергии и изыскания средств, повышающих технические характеристики аккумуляторов, является, несомненно, актуальной. Она представляет особый интерес для сельскохозяйственной энергетики из-за специфических особенностей последней: неравномерность во времени потребления энергии и существенная разбросанность потребителей теплоты.
Применение теплового аккумулятора (ТА) позволяет повысить на 30...50 % эффективность использования возобновляемых источников энергии. Наиболее целесообразным при этом является подключение таких источников к тепловым аккумуляторам в схеме с использованием внепиковой электроэнергии.
Назначение аккумулятора, а именно обеспечение процессов накопления, хранения и выработки тепловой энергии в соответствии с требованиями потребителя, определяет как конструктивные особенности его, так и физические процессы, протекающие в теплоаккумулирующем материале.
В зависимости от способа технической реализации различают ТА с прямым аккумулированием теплоты, когда аккумулирующий материал является и теплоносителем, и ТА с косвенным аккумулированием, которое происходит при использовании различных теплоаккумулирующих и теплопередающих сред. Применяют также системы, включающие оба типа аккумулирования теплоты.
В процессе аккумулирования и отдачи теплоты изменяется энтальпия материала ТА. Это может происходить как с изменением температуры материала, так и без изменения его температуры, что имеет место в процессе фазового превращения.
В реальном процессе плотность запасаемой энергии при аккумулировании меньше теоретической, что вызвано потерей теплоты при зарядке, хранении и разрядке, а также необратимым выравниванием поля температур.
Отношением реального и теоретического значений запасаемой энергии определяется эффективность теплового аккумулятора. Плотность запасаемой энергии, КПД процесса аккумулирования и принятый способ аккумулирования определяют объем и массу аккумулятора.
Помимо конструктивных решений необходимы оптимизация основных характеристик ТА, изыскание путей повышения его эффективности. Для этого используют решение системы уравнений, описывающих процессы в тепловом аккумуляторе. Такие решения позволяют определить температуры в объеме ТА, изменение температуры теплоносителя на выходе из ТА и, следовательно, эффективность аккумулирования теплоты.
