stringtranslate.com

Сезонное хранение тепловой энергии

Сезонное накопление тепловой энергии ( СТЭС ), также известное как межсезонное накопление тепловой энергии , [1] представляет собой хранение тепла или холода на период до нескольких месяцев. Тепловую энергию можно собирать всякий раз, когда она доступна, и использовать ее тогда, когда это необходимо, например, в противоположное время года. Например, тепло от солнечных коллекторов или отходящее тепло от оборудования для кондиционирования воздуха можно собирать в жаркие месяцы для использования в целях обогрева помещений, когда это необходимо, в том числе в зимние месяцы. Отходящее тепло промышленных процессов аналогичным образом можно хранить и использовать гораздо позже [2] или естественный холод зимнего воздуха можно хранить для кондиционирования воздуха в летнее время. [3] [4]

Магазины СТЭС могут обслуживать системы централизованного теплоснабжения, а также отдельные здания или комплексы. Среди сезонных хранилищ, используемых для отопления, расчетные пиковые годовые температуры обычно находятся в диапазоне от 27 до 80 °C (от 81 до 180 °F), а разница температур, возникающая в хранилище в течение года, может составлять несколько десятков градусов. В некоторых системах используется тепловой насос для зарядки и разгрузки накопителя в течение части или всего цикла. Для охлаждения часто используются только циркуляционные насосы.

Примеры централизованного теплоснабжения включают солнечное сообщество Drake Landing , где наземное хранилище обеспечивает 97% годового потребления без тепловых насосов , [5] и датское прудовое хранилище с повышением мощности. [6]

СТЭС-технологии

Существует несколько типов технологии STES, охватывающих широкий спектр применений: от отдельных небольших зданий до общественных сетей централизованного теплоснабжения. Как правило, эффективность увеличивается, а удельная стоимость строительства снижается с увеличением размера.

Подземное хранилище тепловой энергии

UTES (подземное хранилище тепловой энергии), в котором средой хранения могут быть геологические пласты, начиная от земли или песка и заканчивая твердой коренной породой или водоносными горизонтами.
Технологии UTES включают в себя:

Наземные и наземные технологии

Конференции и организации

Программа Международного энергетического агентства по энергосбережению посредством хранения энергии (ECES) [28] [29] проводит раз в три года глобальные энергетические конференции с 1981 года. Первоначально конференции были сосредоточены исключительно на STES, но теперь, когда эти технологии стали зрелыми, появились и другие темы, такие как материалы с фазовым переходом. (PCM) и хранение электрической энергии также рассматриваются. С 1985 года каждая конференция имеет в конце названия «запас» (для хранения); например EcoStock, ThermaStock. [30] Они проводятся в различных местах по всему миру. Последними были InnoStock 2012 (12-я Международная конференция по хранению тепловой энергии) в Лериде, Испания [31] и GreenStock 2015 в Пекине. [32] EnerStock 2018 пройдет в Адане, Турция, в апреле 2018 года. [33]

Программа IEA-ECES продолжает работу ранее созданного Международного совета по хранению тепловой энергии , который с 1978 по 1990 год выпускал ежеквартальный информационный бюллетень и первоначально спонсировался Министерством энергетики США. Первоначально информационный бюллетень назывался «Информационный бюллетень ATES», а после того, как технология BTES стала реальной, он был изменен на « Информационный бюллетень STES». [34] [35]

Использование СТЭС для небольших зданий с пассивным отоплением.

Небольшие здания с пассивным отоплением обычно используют почву, прилегающую к зданию, в качестве низкотемпературного сезонного накопителя тепла, который в годовом цикле достигает максимальной температуры, аналогичной среднегодовой температуре воздуха, с понижением температуры 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, [36] если понижение температуры не превышает естественную способность к солнечному восстановлению тепла. Такие системы хранения работают в узком диапазоне температур хранения в течение года, в отличие от других описанных выше систем СТЕС, для которых рассчитаны 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 термически изолированной, защищенной от влаги почве и от нее в качестве сезонного метода хранения тепла для отопления помещений, а также прямую проводимость в качестве механизма возврата тепла. В одном методе, «пассивном годовом накоплении тепла» (PAHS), [37] окна здания и другие внешние поверхности улавливают солнечное тепло, которое передается путем проводимости 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. [38] [39]

Другой метод, «годовая геотермальная солнечная энергия» (AGS), использует отдельный солнечный коллектор для улавливания тепла. Собранное тепло передается в накопительное устройство (почва, гравийный слой или резервуар для воды) либо пассивно за счет конвекции теплоносителя (например, воздуха или воды), либо активно за счет его перекачки. Этот метод обычно реализуется при мощности, рассчитанной на полгода обогрева.

Ряд примеров использования солнечной тепловой энергии со всего мира включают в себя: Suffolk One — колледж в Восточной Англии, Англия, который использует тепловой коллектор из труб, закопанных в зоне поворота автобуса, для сбора солнечной энергии, которая затем сохраняется в 18 скважины глубиной каждые 100 метров (330 футов) для использования в зимнем отоплении. Солнечное сообщество Drake Landing в Канаде использует солнечные тепловые коллекторы на крышах гаражей 52 домов, которые затем хранятся в массиве скважин глубиной 35 метров (115 футов). Земля может нагреваться до температуры более 70 °C, что затем используется для пассивного обогрева домов. Схема успешно работает с 2007 года. В Бредструпе, Дания, около 8000 квадратных метров (86 000 квадратных футов) солнечных тепловых коллекторов используются для сбора около 4 000 000 кВтч в год, которые аналогичным образом хранятся в массиве скважин глубиной 50 метров (160 футов). .

Жидкостная инженерия

Архитектор Матьяш Гутай [40] получил грант ЕС на строительство дома в Венгрии [41] , в котором в качестве коллекторов тепла используются обширные заполненные водой стеновые панели и резервуары с подземными резервуарами для хранения тепла. В конструкции используется микропроцессорное управление.

Небольшие здания с внутренними резервуарами для воды СТЕС

В ряде домов и небольших многоквартирных домов было продемонстрировано сочетание большого внутреннего резервуара для воды для хранения тепла с установленными на крыше солнечными тепловыми коллекторами. Температуры хранения 90 °C (194 °F) достаточно для обеспечения как горячей воды для бытового потребления, так и отопления помещений. Первым таким домом был MIT Solar House #1, построенный в 1939 году. В 1989 году был построен восьмиквартирный жилой дом в Обербурге , Швейцария , с тремя резервуарами общей емкостью 118 м 3 (4167 кубических футов), которые хранят больше тепла, чем здание требует. С 2011 года этот дизайн воспроизводится в новых зданиях. [42]

В Берлине «Дом с нулевым потреблением энергии» был построен в 1997 году в рамках демонстрационного проекта МЭА Task 13 по созданию энергоэффективного жилья. Он хранит воду при температуре до 90 °C (194 °F) в резервуаре объемом 20 м 3 (706 кубических футов), расположенном в подвале . [43]

Похожий экземпляр был построен в Ирландии в 2009 году в качестве прототипа. Сезонный солнечный аккумулятор [ 44] состоит из резервуара объемом 23 м 3 (812 куб. футов), наполненного водой, [45] который был установлен в земле и хорошо изолирован со всех сторон для хранения тепла от вакуумированных солнечных трубок в течение года. Система была установлена ​​в качестве эксперимента для обогрева первого в мире стандартизированного сборного пассивного дома [46] в Голуэе, Ирландия . Цель состояла в том, чтобы выяснить, будет ли этого тепла достаточно, чтобы устранить необходимость в электричестве в и без того высокоэффективном доме в зимние месяцы.

Благодаря усовершенствованиям в остеклении здания с нулевым отоплением теперь возможны без сезонного хранения энергии.

Использование СТЕС в теплицах

СТЭС также широко применяется для обогрева теплиц. [47] [48] [49] ATES — это тип хранилища, обычно используемый для этого приложения. Летом теплица охлаждается грунтовыми водами, закачиваемыми из «холодного колодца» в водоносный горизонт. При этом вода нагревается и возвращается в «теплый колодец» водоносного горизонта. Когда теплице требуется тепло, например, для продления вегетационного периода, вода забирается из теплого колодца, охлаждается, выполняя функцию обогрева, и возвращается в холодный колодец. Это очень эффективная система естественного охлаждения , в которой используются только циркуляционные насосы и не используются тепловые насосы.

Годовая геосолнечная энергия

Годовая геосолнечная энергия (AGS) обеспечивает пассивное солнечное отопление даже в холодных и туманных районах севера с умеренным климатом. Он использует землю под зданием или вокруг него в качестве тепловой массы для обогрева и охлаждения здания. После расчетной теплопроводной задержки в 6 месяцев тепло возвращается или удаляется из жилых помещений здания. В жарком климате воздействие холодного ночного неба зимой на коллектор может привести к охлаждению здания летом.

Шестимесячная термическая задержка обеспечивается примерно тремя метрами (десятью футами) грязи. Заглубленная изоляционная юбка шириной шесть метров (20 футов) вокруг здания защищает от дождя и таяния снега грязь, которая обычно находится под зданием. Грязь обеспечивает лучистый обогрев и охлаждение через пол или стены. Термосифон перемещает тепло между грязью и солнечным коллектором . Солнечный коллектор может представлять собой отсек из листового металла на крыше или широкую плоскую коробку на склоне здания или холма. Сифоны могут быть изготовлены из пластиковой трубы и переносить воздух. Использование воздуха предотвращает утечки воды и коррозию, вызванную водой. Пластиковая труба не корродирует во влажной земле, в отличие от металлических воздуховодов.

Системы отопления AGS обычно состоят из:

Обычно требуется несколько лет, чтобы накопившаяся земляная масса полностью разогрелась от местной температуры почвы на глубине (которая широко варьируется в зависимости от региона и ориентации участка) до оптимального осеннего уровня, при котором она может обеспечить до 100% нагрева. требования к жилому пространству в зимний период. Эта технология продолжает развиваться, и изучается ряд ее вариантов (включая устройства с активным возвратом). Рассылка, где чаще всего обсуждается это нововведение, — «Органическая архитектура» на Yahoo.

Эта система почти исключительно развернута в Северной Европе. Одна система была построена в Дрейк-Лендинге в Северной Америке. Более поздняя система — это строящийся энергонейтральный дом «Сделай сам» в Коллинсвилле, штат Иллинойс, который будет полагаться исключительно на годовую солнечную энергию для кондиционирования.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Вонг, Билл; Снейдерс, Аарт; МакКлунг, Ларри (2006). «Недавние применения межсезонного подземного хранения тепловой энергии в Канаде». Конференция IEEE EIC по изменению климата 2006 г. EIC Технология изменения климата, 2006 IEEE. стр. 1–7. дои : 10.1109/EICCCC.2006.277232. ISBN 1-4244-0218-2. S2CID  8533614.
  2. ^ Андерссон, О.; Хэгг, М. (2008), «Результат 10 – Швеция – Предварительный проект сезонного аккумулятора тепла для ITT Flygt, Эммабода, Швеция» (PDF) , Результат 10 – Швеция – Предварительный проект сезонного аккумулятора тепла для ITT Flygt, Эммабода , Швеция , IGEIA – Интеграция геотермальной энергии в промышленные применения, стр. 38–56 и 72–76, заархивировано из оригинала (PDF) 11 апреля 2020 г. , получено 21 апреля 2013 г.
  3. ^ аб Паксой, Х.; Снейдерс, А.; Стайлз, Л. (2009 г.), «Система холодного хранения тепловой энергии водоносного горизонта в колледже Ричарда Стоктона» (PDF) , Система холодного хранения тепловой энергии водоносного горизонта в колледже Ричарда Стоктона , EFFSTOCK 2009 (11-й международный) - Хранение тепловой энергии для эффективности и устойчивости, Стокгольм, заархивировано из оригинала (PDF) 12 января 2014 г. , получено 22 апреля 2013 г.{{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  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. ^ Аб Вонг, Билл (28 июня 2011 г.), «Солнечное сообщество Drake Landing» (PDF) , Солнечное сообщество Drake Landing , Конференция IDEA/CDEA District Energy/CHP 2011, Торонто, стр. 1–30, заархивировано из оригинала (PDF) ) 10 сентября 2016 г. , дата обращения 21 апреля 2013 г.
  6. ^ аб Витруп, Санне (14 июня 2015 г.). «Verdens største damvarmelager indviet i Vojens». Ингениёрен . Архивировано из оригинала 19 октября 2015 года.
  7. ^ Зейбт, П.; Кабус, Ф. (2003), «Хранение тепловой энергии водоносного горизонта в Германии» (PDF) , Хранение тепловой энергии водоносного горизонта в Германии , Американский астрономический...
  8. ^ Снейдерс, А. (30 июля 2008 г.), «Развитие технологий и основные применения ATS в Европе» (PDF) , Развитие технологий и основные применения ATES в Европе , Сохранение для живого сообщества (Управление по охране природы Торонто и региона), Торонто, Канада{{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  9. ^ Годшалк, М.С.; Бакема, Г. (2009 г.), «20 000 систем ATES в Нидерландах в 2020 г. – важный шаг на пути к устойчивому энергоснабжению» (PDF) , 20 000 систем ATES в Нидерландах в 2020 г. – важный шаг на пути к устойчивому энергоснабжению , EFFSTOCK 2009 ( 11-я Международная конференция) – Хранение тепловой энергии для эффективности и устойчивости, Стокгольм{{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  10. ^ Мидттомме, К.; Рамстад, Р. (2006 г.), «Статус UTES в Норвегии» (PDF) , Статус UTES в Норвегии , EcoStock 2006 (10-е международное мероприятие) – Хранение тепловой энергии для эффективности и устойчивости, Помона, Нью-Джерси{{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  11. ^ Стене, Дж. (19 мая 2008 г.), «Крупномасштабные системы геотермальных тепловых насосов в Норвегии» (PDF) , Крупномасштабные системы геотермальных тепловых насосов в Норвегии , Семинар МЭА по тепловым насосам, Приложение 29, Цюрих{{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  12. ^ Хеллстрем, Г. (19 мая 2008 г.), «Крупномасштабное применение геотермальных тепловых насосов в Швеции» (PDF) , Крупномасштабное применение геотермальных тепловых насосов в Швеции , Семинар МЭА по тепловым насосам, Приложение 29, Цюрих{{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  13. ^ «Межсезонная теплопередача». Icax.co.uk.​ Проверено 22 декабря 2017 г.
  14. ^ "Термальные банки". Icax.co.uk.​ Проверено 22 декабря 2017 г.
  15. ^ «Отчет Агентства автомобильных дорог о межсезонной теплопередаче» . Icax.co.uk.​ Проверено 22 декабря 2017 г.
  16. ↑ Крисоферсон, Элизабет Г. (исполнительный продюсер) (19 апреля 2009 г.). Green Builders (отрывок из интервью с Линн Стайлз) (телепроизводство). ПБС.
  17. ^ Нуссбикер-Люкс, Дж. (2011), «Солнечная тепловая энергия в сочетании с централизованным отоплением и сезонным накоплением тепла» (PDF) , Солнечная тепловая энергия в сочетании с централизованным отоплением и сезонным накоплением тепла , Симпозиум OTTI Thermische Solarenergie, Бад-Штаффельштайн{{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  18. ^ «Канадское солнечное сообщество устанавливает новый мировой рекорд по энергоэффективности и инновациям» (пресс-релиз). Природные ресурсы Канады. 5 октября 2012 года . Проверено 21 апреля 2013 г. «Солнечное сообщество Drake Landing (веб-страница)» . Проверено 21 апреля 2013 г.
  19. ^ Мишель, Ф.А. (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 повышения эффективности и Устойчивое развитие, Стокгольм{{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  20. ^ Холмс, Л. (29 сентября 2011 г.), «Долгосрочный опыт работы с центральным солнечным теплоснабжением», Долгосрочный опыт работы с солнечным централизованным теплоснабжением , Международный семинар SDH, Феррара, IT, заархивировано из оригинала 8 марта 2020 г. , получено 22 апреля 2013 г.{{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  21. ^ Состояние Зеленого (без даты). Крупнейшее в мире теплохранилище в Войенсе. «Огромное хранилище будет эксплуатироваться как межсезонное хранилище тепла, что позволит солнечной котельной отдавать в сеть более 50% годового производства тепла. Остальную часть тепла будут производить 3 газовых двигателя и электрический котел мощностью 10 МВт. , абсорбционный тепловой насос и газовые котлы.»
  22. ^ Информационный бюллетень SDH (Солнечное централизованное отопление) (2014). Крупнейшую в мире солнечную электростанцию ​​построят в Войенсе, Дания. 7 июня 2014 г.
  23. ^ Виттруп, Санне (23 октября 2015 г.). «Данские сольтехнологии модные записи». Ингениёрен .
  24. ↑ Виттруп, Санне (26 сентября 2014 г.). «Her er verdens største varmelager og Solfanger». Ингениёрен .
  25. ↑ Эпп, Бербель (17 мая 2019 г.). «Сезонное хранение тепла в яме: ориентировочная стоимость 30 евро/м³».
  26. ^ Мангольд, Д. (6 февраля 2010 г.), «Перспективы хранения солнечного тепла и тепла в ЦТК» (PDF) , Перспективы хранения солнечного тепла и тепла в ЦТК , Euroheat and Power + COGEN Europe, Брюссель{{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  27. ^ Хелльстрем, Г. (18 мая 2006 г.), «Рынок и технологии в Швеции», Рынок и технологии в Швеции (PDF) , 1-й семинар Groundhit, стр. 23[ постоянная мертвая ссылка ]
  28. ^ Программа МЭА ECES (2009). «Домашняя страница».
  29. ^ Паксой, С. (2013), Программа энергосбережения Международного энергетического агентства за счет хранения энергии с 1978 года (PDF) , IEA ECES, заархивировано из оригинала (PDF) 10 июня 2015 г.
  30. ^ Норделл, Бо; Гелин, С. (2009), 30 лет хранения тепловой энергии - обзор конференций IEA ECES (PDF) , IEA ECES, заархивировано из оригинала (PDF) 1 сентября 2013 г.
  31. ^ Программа МЭА ECES (2012). «Интернет-страница Инносток 2012» .
  32. ^ Программа IEA ECES (2013), 2015 г. - Введение 13-й конференции ECES, заархивировано из оригинала 10 июня 2015 г.
  33. ^ Программа IEA ECES (2017), Предстоящие мероприятия
  34. ^ «Информационный бюллетень ATES и архив информационного бюллетеня STES» . 2012.[ постоянная мертвая ссылка ]
  35. ^ «Указатель информационного бюллетеня ATES и информационного бюллетеня STES» (PDF) . 2012.[ постоянная мертвая ссылка ]
  36. ^ ICAX (веб-страница, без даты). Среднегодовая температура воздуха определяет температуру в земле.
  37. ^ EarthShelters (веб-страница, без даты). Улучшение Земного Убежища. Глава 1 в: Пассивное ежегодное накопление тепла – улучшение конструкции земляных укрытий. Архивировано 3 декабря 2010 г. в Wayback Machine.
  38. ^ Гири, Д. 1982. Солнечные теплицы: подземные.
  39. ^ Хаит, Дж. 1983. Пассивное ежегодное накопление тепла — улучшение конструкции земляных укрытий.
  40. ^ «Жидкая инженерия - к новой устойчивой модели архитектуры и города | Матьяс Гутай» . Академия.edu. 1 января 1970 года . Проверено 22 декабря 2017 г.
  41. ↑ Парк, Фиби (21 июля 2016 г.). «Познакомьтесь с человеком, который строит дома из воды – CNN». Edition.cnn.com . Проверено 22 декабря 2017 г.
  42. ^ Солнце и энергия ветра (2011). Концепция солнечного дома распространяется. Архивировано 10 ноября 2013 г. в Wayback Machine .
  43. ^ Хестнес, А.; Гастингс, Р. (редакторы) (2003). Дома на солнечной энергии: стратегии, технологии, примеры. стр. 109-114. ISBN 1-902916-43-3 . 
  44. ^ «Скандинавские дома - Исследования - Проект сезонного хранения солнечной энергии с Ольстерским университетом» . www.scanhome.ie .
  45. ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 26 июня 2011 года . Проверено 17 декабря 2010 г.{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
  46. ^ «Статьи Construct Ireland - Пассивное сопротивление» . Архивировано из оригинала 3 октября 2006 года.
  47. ^ Паксой Х., Тургут Б., Бейхан Б., Дасган Х.Ю., Эвлия Х., Абак К., Боздаг С. (2010). Greener Greenhouses. Архивировано 25 ноября 2011 г. в Wayback Machine . Всемирный энергетический конгресс. Монреаль 2010.
  48. ^ Тургут Б., Дасган Х.Ю., Абак К., Паксой Х., Эвлия Х., Боздаг С. (2008). Применение аккумулирования тепловой энергии водоносного горизонта в тепличном климате. Международный симпозиум по стратегиям обеспечения устойчивости защищенного земледелия в условиях мягкого зимнего климата. Также: EcoStock 2006. стр. 143–148.
  49. ^ См. слайд 15 Снейдерса (2008) выше.

Внешние ссылки