stringtranslate.com

Сезонное хранение тепловой энергии

Сезонное хранение тепловой энергии ( STES ), также известное как межсезонное хранение тепловой энергии , [1] представляет собой хранение тепла или холода в течение периодов до нескольких месяцев. Тепловую энергию можно собирать, когда она доступна, и использовать, когда это необходимо, например, в противоположный сезон. Например, тепло от солнечных коллекторов или отработанное тепло от оборудования для кондиционирования воздуха можно собирать в жаркие месяцы для отопления помещений, когда это необходимо, в том числе в зимние месяцы. Отработанное тепло от промышленных процессов можно аналогичным образом хранить и использовать гораздо позже [2], или естественный холод зимнего воздуха можно хранить для кондиционирования воздуха летом. [3] [4]

Накопители STES могут обслуживать системы централизованного теплоснабжения, а также отдельные здания или комплексы. Среди сезонных накопителей, используемых для отопления, проектные пиковые годовые температуры обычно находятся в диапазоне от 27 до 80 °C (от 81 до 180 °F), а разница температур, возникающая в накопителе в течение года, может составлять несколько десятков градусов. Некоторые системы используют тепловой насос для загрузки и разрядки накопителя в течение части или всего цикла. Для охлаждения часто используются только циркуляционные насосы.

Сорбция и термохимическое хранение тепла считаются наиболее подходящими для сезонного хранения из-за теоретического отсутствия потерь тепла между зарядкой и разрядкой. [5] Однако исследования показали, что фактические потери тепла в настоящее время, как правило, значительны. [6]

Примерами централизованного теплоснабжения являются Drake Landing Solar Community , где подземное хранилище обеспечивает 97% годового потребления без тепловых насосов , [7] и датское прудовое хранилище с повышением температуры. [8]

СТЭС-технологии

Существует несколько типов технологии STES, охватывающих ряд приложений от отдельных небольших зданий до сетей централизованного теплоснабжения. Как правило, эффективность увеличивается, а удельная стоимость строительства уменьшается с размером.

Подземное хранение тепловой энергии

UTES (подземное хранилище тепловой энергии), в котором средой хранения могут быть геологические слои от земли или песка до твердых коренных пород или водоносных горизонтов.
Технологии UTES включают в себя:

Наземные и надземные технологии

Конференции и организации

Программа Международного энергетического агентства по энергосбережению посредством хранения энергии (ECES) [30] [31] проводит трехгодичные глобальные энергетические конференции с 1981 года. Первоначально конференции были сосредоточены исключительно на STES, но теперь, когда эти технологии стали зрелыми, рассматриваются и другие темы, такие как материалы с изменяющимися фазами (PCM) и хранение электроэнергии. С 1985 года каждая конференция имела «stock» (для хранения) в конце своего названия; например, EcoStock, ThermaStock. [32] Они проводятся в разных местах по всему миру. Последними были InnoStock 2012 (12-я Международная конференция по хранению тепловой энергии) в Лериде, Испания [33] и GreenStock 2015 в Пекине. [34] EnerStock 2018 пройдет в Адане, Турция, в апреле 2018 года. [35]

Программа IEA-ECES продолжает работу более раннего Международного совета по хранению тепловой энергии , который с 1978 по 1990 год выпускал ежеквартальный информационный бюллетень и изначально спонсировался Министерством энергетики США. Первоначально информационный бюллетень назывался ATES Newsletter, а после того, как BTES стала возможной технологией, он был изменен на STES Newsletter. [36] [37]

Использование СТЭС для небольших зданий с пассивным отоплением

Небольшие пассивно отапливаемые здания обычно используют почву, прилегающую к зданию, в качестве низкотемпературного сезонного хранилища тепла, которое в годовом цикле достигает максимальной температуры, аналогичной средней годовой температуре воздуха, при этом температура понижается для отопления в более холодные месяцы. Такие системы являются особенностью проектирования зданий, поскольку необходимы некоторые простые, но существенные отличия от «традиционных» зданий. На глубине около 20 футов (6 м) в почве температура естественным образом стабильна в пределах круглогодичного диапазона, [38] если понижение не превышает естественной способности к солнечному восстановлению тепла. Такие системы хранения работают в узком диапазоне температур хранения в течение года, в отличие от других систем STES, описанных выше, для которых предназначены большие годовые перепады температур.

Две основные технологии пассивного солнечного строительства были разработаны в США в 1970-х и 1980-х годах. Они используют прямую теплопроводность к и от термически изолированной, защищенной от влаги почве в качестве сезонного метода хранения для отопления помещений, с прямой теплопроводностью в качестве механизма возврата тепла. В одном методе, «пассивное годовое хранение тепла» (PAHS), [39] окна здания и другие внешние поверхности улавливают солнечное тепло, которое передается посредством теплопроводности через полы, стены, а иногда и крышу, в прилегающую термически буферную почву. Когда внутренние помещения холоднее, чем среда хранения, тепло передается обратно в жилое помещение. [40] [41]

Другой метод, «ежегодная геотермальная солнечная энергия» (AGS), использует отдельный солнечный коллектор для сбора тепла. Собранное тепло доставляется в накопительное устройство (почву, гравийный слой или резервуар для воды) либо пассивно за счет конвекции теплоносителя (например, воздуха или воды), либо активно путем его перекачивания. Этот метод обычно реализуется с мощностью, рассчитанной на шесть месяцев отопления.

Вот несколько примеров использования солнечного теплового хранилища со всего мира: Suffolk One, колледж в Восточной Англии, который использует тепловой коллектор из трубы, зарытой в зоне разворота автобусов, для сбора солнечной энергии, которая затем хранится в 18 скважинах глубиной 100 метров (330 футов) каждая для использования в зимнем отоплении. Drake Landing Solar Community в Канаде использует солнечные тепловые коллекторы на крышах гаражей 52 домов, которая затем хранится в массиве скважин глубиной 35 метров (115 футов). Земля может достигать температуры свыше 70 °C, которая затем используется для пассивного отопления домов. Схема успешно реализуется с 2007 года. В Бредструпе, Дания, около 8000 квадратных метров (86 000 квадратных футов) солнечных тепловых коллекторов используются для сбора около 4 000 000 кВт·ч/год, которые аналогичным образом хранятся в ряде скважин глубиной 50 метров (160 футов).

Жидкостная инженерия

Архитектор Матьяс Гутай [42] получил грант ЕС на строительство дома в Венгрии [43] , в котором используются обширные водонаполненные стеновые панели в качестве тепловых коллекторов и резервуаров с подземными емкостями для хранения тепла. В конструкции используется микропроцессорное управление.

Небольшие здания с внутренними резервуарами для воды STES

Ряд домов и небольших многоквартирных домов продемонстрировали сочетание большого внутреннего водяного бака для хранения тепла с установленными на крыше солнечными тепловыми коллекторами. Температуры хранения 90 °C (194 °F) достаточно для обеспечения как горячей водой для бытовых нужд, так и отопления помещений. Первым таким домом был MIT Solar House #1, построенный в 1939 году. Восьмиквартирный жилой дом в Обербурге , Швейцария, был построен в 1989 году с тремя баками, хранящими в общей сложности 118 м 3 (4167 кубических футов), которые хранят больше тепла, чем требуется зданию. С 2011 года эта конструкция теперь воспроизводится в новых зданиях. [44]

В Берлине в 1997 году был построен «Дом с нулевым потреблением тепловой энергии» в рамках демонстрационного проекта по жилью с низким потреблением энергии МЭА Task 13. Он хранит воду при температуре до 90 °C (194 °F) внутри бака объемом 20 м3 ( 706 кубических футов) в подвале . [45]

Похожий пример был построен в Ирландии в 2009 году в качестве прототипа. Сезонное солнечное хранилище [46] состоит из резервуара объемом 23 м 3 (812 куб. футов), заполненного водой, [47] который был установлен в земле, сильно изолирован со всех сторон, для хранения тепла от вакуумированных солнечных трубок в течение года. Система была установлена ​​в качестве эксперимента для отопления первого в мире стандартизированного сборного пассивного дома [48] в Голуэе, Ирландия . Цель состояла в том, чтобы выяснить, будет ли этого тепла достаточно, чтобы исключить необходимость в электричестве в и без того высокоэффективном доме в зимние месяцы.

Благодаря усовершенствованию остекления теперь возможно строительство зданий с нулевым отоплением без сезонного хранения энергии.

Использование СТЭС в теплицах

STES также широко используется для отопления теплиц. [49] [50] [51] ATES — это тип хранилища, который обычно используется для этого применения. Летом теплица охлаждается грунтовой водой, закачиваемой из «холодного колодца» в водоносном горизонте. Вода нагревается в процессе и возвращается в «теплый колодец» в водоносном горизонте. Когда теплице требуется тепло, например, для продления вегетационного периода, вода забирается из теплого колодца, охлаждается, выполняя свою функцию обогрева, и возвращается в холодный колодец. Это очень эффективная система свободного охлаждения , которая использует только циркуляционные насосы и не использует тепловые насосы.

Годовой гео-солнечный

Годовая геосолнечная система (AGS) обеспечивает пассивное солнечное отопление даже в холодных, туманных северных умеренных районах. Она использует землю под или вокруг здания в качестве тепловой массы для обогрева и охлаждения здания. После расчетной, кондуктивной тепловой задержки в 6 месяцев тепло возвращается в жилые помещения здания или удаляется из них. В жарком климате выставление коллектора на холодное ночное небо зимой может охладить здание летом.

Шестимесячная тепловая задержка обеспечивается примерно тремя метрами (десятью футами) земли. Шестиметровая (20 футов) закопанная юбка изоляции вокруг здания не дает дождю и талому снегу попадать в землю, которая обычно находится под зданием. Земля обеспечивает лучистое отопление и охлаждение через пол или стены. Тепловой сифон перемещает тепло между землей и солнечным коллектором. Солнечный коллектор может представлять собой отсек из листового металла на крыше или широкую плоскую коробку на стороне здания или холма. Сифоны могут быть сделаны из пластиковой трубы и переносить воздух. Использование воздуха предотвращает утечки воды и коррозию, вызванную водой. Пластиковая труба не подвержена коррозии во влажной земле, как металлические воздуховоды.

Системы отопления AGS обычно состоят из:

Обычно требуется несколько лет, чтобы земляной массив хранилища полностью прогрелся от локальной температуры почвы на глубине (которая сильно различается в зависимости от региона и ориентации участка) до оптимального уровня осенью, при котором он может обеспечить до 100% потребностей в отоплении жилого помещения в течение зимы. Эта технология продолжает развиваться, и изучается ряд ее вариаций (включая устройства с активным возвратом). Рассылка, где это нововведение обсуждается чаще всего, называется "Organic Architecture" на Yahoo.

Эта система почти исключительно развернута в Северной Европе. Одна из систем была построена в Drake Landing в Северной Америке. Более поздняя система — это самодельный энергонейтральный дом, который строится в Коллинсвилле, штат Иллинойс, и который будет полагаться исключительно на Annualized Solar для кондиционирования.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Вонг, Билл; Снайдерс, Аарт; МакКлунг, Ларри (2006). «Недавние межсезонные применения подземного хранения тепловой энергии в Канаде». Конференция IEEE EIC по изменению климата 2006 г. Технология изменения климата EIC, IEEE 2006 г. стр. 1–7. doi :10.1109/EICCCC.2006.277232. ISBN 1-4244-0218-2. S2CID  8533614.
  2. ^ Андерссон, О.; Хэгг, М. (2008), «Документ 10 — Швеция — Предварительный проект сезонного хранилища тепла для ITT Flygt, Эммабода, Швеция» (PDF) , Документ 10 — Швеция — Предварительный проект сезонного хранилища тепла для ITT Flygt, Эммабода, Швеция , IGEIA — Интеграция геотермальной энергии в промышленные приложения, стр. 38–56 и 72–76, архивировано из оригинала (PDF) 11 апреля 2020 г. , извлечено 21 апреля 2013 г.
  3. ^ ab Paksoy, H.; Snijders, A.; Stiles, L. (2009), "Система холодного хранения тепловой энергии водоносного слоя в колледже Ричарда Стоктона" (PDF) , Система холодного хранения тепловой энергии водоносного слоя в колледже Ричарда Стоктона , EFFSTOCK 2009 (11-я международная) - Хранение тепловой энергии для эффективности и устойчивости, Стокгольм, архивировано из оригинала (PDF) 12 января 2014 г. , извлечено 22 апреля 2013 г.{{citation}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
  4. ^ Гелин, С.; Норделл, Б. (1998), «Испытание на термический отклик – измерения тепловых свойств в твердых породах на месте» (PDF) , Испытание на термический отклик – измерения тепловых свойств в твердых породах на месте , Avdelningen for vattenteknik. Лулео, Технический университет Лулео
  5. ^ N'Tsoukpoe, K. Edem; Liu, Hui; Le Pierrès, Nolwenn; Luo, Lingai (1 декабря 2009 г.). «Обзор долгосрочного сорбционного хранения солнечной энергии». Renewable and Sustainable Energy Reviews . 13 (9): 2385–2396. doi :10.1016/j.rser.2009.05.008. ISSN  1364-0321.
  6. ^ N'Tsoukpoe, Kokouvi Edem; Kuznik, Frédéric (1 апреля 2021 г.). «Проверка реальности долгосрочного термохимического хранения тепла для бытовых применений». Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 139 : 110683. Bibcode : 2021RSERv.13910683N. doi : 10.1016/j.rser.2020.110683. ISSN  1364-0321.
  7. ^ ab Wong, Bill (28 июня 2011 г.), "Drake Landing Solar Community" (PDF) , Drake Landing Solar Community , IDEA/CDEA District Energy/CHP 2011 Conference, Toronto, стр. 1–30, архивировано из оригинала (PDF) 10 сентября 2016 г. , извлечено 21 апреля 2013 г.
  8. ^ аб Витруп, Санне (14 июня 2015 г.). «Verdens største damvarmelager indviet i Vojens». Ингениёрен . Архивировано из оригинала 19 октября 2015 года.
  9. ^ Seibt, P.; Kabus, F. (2003), «Хранение тепловой энергии водоносных горизонтов в Германии» (PDF) , Хранение тепловой энергии водоносных горизонтов в Германии , American Astronomical...
  10. ^ Снайдерс, А. (30 июля 2008 г.), «Развитие технологий ATES и основные области их применения в Европе» (PDF) , Развитие технологий ATES и основные области их применения в Европе , Сохранение живого сообщества (Управление по охране природы Торонто и региона), Торонто, Канада{{citation}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
  11. ^ Godschalk, MS; Bakema, G. (2009), «20 000 систем ATES в Нидерландах в 2020 году — важный шаг на пути к устойчивому энергоснабжению» (PDF) , 20 000 систем ATES в Нидерландах в 2020 году — важный шаг на пути к устойчивому энергоснабжению , EFFSTOCK 2009 (11-я Международная) — Хранение тепловой энергии для эффективности и устойчивости, Стокгольм{{citation}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
  12. ^ Мидттёмме, К.; Рамстад, Р. (2006), «Статус UTES в Норвегии» (PDF) , Статус UTES в Норвегии , EcoStock 2006 (10-я международная выставка) – Хранение тепловой энергии для эффективности и устойчивости, Помона, Нью-Джерси{{citation}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
  13. ^ Стене, Дж. (19 мая 2008 г.), «Крупномасштабные системы геотермальных тепловых насосов в Норвегии» (PDF) , Крупномасштабные системы геотермальных тепловых насосов в Норвегии , Семинар IEA Heat Pump Annex 29, Цюрих{{citation}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
  14. ^ Хеллстрём, Г. (19 мая 2008 г.), «Масштабное применение геотермальных тепловых насосов в Швеции» (PDF) , Крупномасштабное применение геотермальных тепловых насосов в Швеции , Семинар IEA Heat Pump Annex 29, Цюрих{{citation}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
  15. ^ "Межсезонная теплопередача". Icax.co.uk . Получено 22 декабря 2017 г. .
  16. ^ "Thermal Banks". Icax.co.uk . Получено 22 декабря 2017 г. .
  17. ^ «Отчет о межсезонном теплообмене Агентства автомагистралей». Icax.co.uk . Получено 22 декабря 2017 г. .
  18. ↑ Кристоферсон, Элизабет Г. (Исполнительный продюсер) (19 апреля 2009 г.). Green Builders (фрагмент интервью с Линн Стайлз) (Телевизионное производство). PBS.
  19. ^ Nussbicker-Lux, J. (2011), "Солнечная тепловая энергия в сочетании с централизованным отоплением и сезонным хранением тепла" (PDF) , Солнечная тепловая энергия в сочетании с централизованным отоплением и сезонным хранением тепла , Симпозиум OTTI Thermische Solarenergie, Бад-Штаффельштайн{{citation}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
  20. ^ "Canadian Solar Community Sets New World Record for Energy Efficiency and Innovation" (пресс-релиз). Natural Resources Canada. 5 октября 2012 г. Получено 21 апреля 2013 г. "Drake Landing Solar Community (веб-страница)" . Получено 21 апреля 2013 г.
  21. ^ Мишель, ФА (2009), «Использование заброшенных горных выработок для хранения тепловой энергии в Канаде» (PDF) , Использование заброшенных горных выработок для хранения тепловой энергии в Канаде , Конференция Effstock (11-я Международная) – Хранение тепловой энергии для эффективности и устойчивого развития, Стокгольм{{citation}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
  22. ^ Холмс, Л. (29 сентября 2011 г.), «Долгосрочный опыт использования солнечного централизованного отопления», Долгосрочный опыт использования солнечного централизованного отопления , Международный семинар SDH, Феррара, штат IT, архивировано из оригинала 8 марта 2020 г. , извлечено 22 апреля 2013 г.{{citation}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
  23. ^ State of Green (без даты). Крупнейшее в мире хранилище тепловой энергии в Военсе. «Огромное хранилище будет работать как межсезонное хранилище тепла, позволяя солнечной тепловой установке поставлять в сеть более 50% годового производства тепла. Остальное тепло будет вырабатываться 3 газовыми двигателями, электрическим котлом мощностью 10 МВт, абсорбционным тепловым насосом и газовыми котлами».
  24. ^ Информационный бюллетень SDH (Solar District Heating) (2014). Крупнейшая в мире солнечная отопительная установка будет построена в Военсе, Дания. 7 июня 2014 г.
  25. ↑ Виттруп, Санне (23 октября 2015 г.). «Датские сольтехнологии модные записи». Ингениёрен .
  26. ↑ Виттруп, Санне (26 сентября 2014 г.). «Her er verdens største varmelager og Solfanger». Ингениёрен .
  27. ^ Эпп, Бербель (17 мая 2019 г.). «Сезонный накопитель тепла в яме: ориентировочная стоимость 30 евро/м³».
  28. ^ Мангольд, Д. (6 февраля 2010 г.), «Перспективы использования солнечной тепловой энергии и аккумулирования тепла в ЦТХ» (PDF) , Перспективы использования солнечной тепловой энергии и аккумулирования тепла в ЦТХ , Euroheat and Power + COGEN Europe, Брюссель{{citation}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
  29. ^ Хеллстрём, Г. (18 мая 2006 г.), «Рынок и технологии в Швеции», Market and Technology in Sweden (PDF) , 1-й семинар Groundhit, стр. 23[ постоянная мертвая ссылка ]
  30. ^ Программа IEA ECES (2009). "Домашняя страница".
  31. ^ Paksoy, S. (2013), Международное энергетическое агентство, Программа энергосбережения посредством хранения энергии с 1978 года (PDF) , IEA ECES, архивировано из оригинала (PDF) 10 июня 2015 г.
  32. ^ Норделл, Бо; Гелин, С. (2009), 30 лет хранения тепловой энергии — обзор конференций МЭА ECES (PDF) , МЭА ECES, архивировано из оригинала (PDF) 1 сентября 2013 г.
  33. ^ Программа IEA ECES (2012). "Веб-страница Innostock 2012".
  34. ^ Программа МЭА ECES (2013), 2015 г. — Введение в 13-ю конференцию ECES, архивировано с оригинала 10 июня 2015 г.
  35. ^ Программа IEA ECES (2017), Предстоящие события
  36. ^ "Архив информационных бюллетеней ATES и STES". 2012.[ постоянная мертвая ссылка ]
  37. ^ «Индекс информационных бюллетеней ATES и STES» (PDF) . 2012.[ постоянная мертвая ссылка ]
  38. ^ ICAX (веб-страница, без даты). Среднегодовая температура воздуха определяет температуру в почве.
  39. ^ EarthShelters (веб-страница, без даты). Улучшение Earth Shelter. Глава 1 в: Пассивное ежегодное хранение тепла – Улучшение конструкции Earth Shelter Архивировано 3 декабря 2010 г. на Wayback Machine
  40. ^ Geery, D. 1982. Солнечные теплицы: под землей.
  41. ^ Хайт, Дж. 1983. Пассивное ежегодное хранение тепла — улучшение конструкции земляных укрытий.
  42. ^ "Жидкостная инженерия - на пути к новой устойчивой модели для архитектуры и города | Матьяс Гутай". Academia.edu. 1 января 1970 г. Получено 22 декабря 2017 г.
  43. ^ Парк, Фиби (21 июля 2016 г.). «Познакомьтесь с человеком, который строит дома с помощью воды — CNN». Edition.cnn.com . Получено 22 декабря 2017 г. .
  44. ^ Солнце и энергия ветра (2011). Концепция солнечного дома распространяется Архивировано 10 ноября 2013 г. на Wayback Machine .
  45. ^ Хестнес, А.; Хастингс, Р. (ред.) (2003). Дома на солнечной энергии: стратегии, технологии, примеры. стр. 109-114. ISBN 1-902916-43-3 . 
  46. ^ "Scandinavian Homes - Research - Проект сезонного хранения солнечной энергии совместно с Университетом Ольстера". www.scanhome.ie .
  47. ^ "Архивная копия" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 26 июня 2011 . Получено 17 декабря 2010 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)
  48. ^ "Construct Ireland Articles - Passive Resistance". Архивировано из оригинала 3 октября 2006 г.
  49. ^ Paksoy H., Turgut B., Beyhan B., Dasgan HY, Evliya H., Abak K., Bozdag S. (2010). Более зеленые теплицы Архивировано 25 ноября 2011 г. на Wayback Machine . Всемирный энергетический конгресс. Монреаль 2010.
  50. ^ Тургут Б., Дасган Х.Й., Абак К., Паксой Х., Эвлия Х., Боздаг С. (2008). Применение аккумулирования тепловой энергии водоносного слоя в климатизации теплиц. Международный симпозиум по стратегиям на пути к устойчивости защищенного земледелия в условиях мягкого зимнего климата. Также: EcoStock 2006. стр. 143-148.
  51. ^ См. слайд 15 Snijders (2008) выше.

Внешние ссылки