Глава 8. Аккумулирование энергии

8.1. Необходимость процессов аккумулирования энергии

Такие особенности возобновляемых источников, как низкая интенсивность и рассеяность, позволяют отнести их в разряд децентрализованного потребления. Более того, энергию от этих источников не нужно будет передавать на большие расстояния, так как источники уже распределены территориально. Тем не менее, некоторые виды источников можно с успехом использовать в централизованных системах (например, крупные гидроузлы). В связи с этим следует рассмотреть и механизмы крупномасштабного перераспределения энергии.

Так как полезность устройств для преобразования возобновляемой энергии основана на переработке независимых от нас естественных потоков, существует проблема приведения в соответствие выработки энергии и потребности в ней в рамках временнóго спроса, то есть в выравнивании скорости потребления энергии. Последнее изменяется во времени в масштабах месяцев (например, для обогрева зданий в зонах умеренного климата), дней (например, для искусственного освещения), и даже секунд (в моменты включения крупных нагрузок). В противоположность энергетике на истощаемом топливе получаемая из окружающей среды мощность возобновляемых источников нам не подконтрольна. У нас есть только выбор: либо подгонять нагрузку к интенсивности, доступной для преобразования возобновляемой энергии, либо накапливать энергию для последующего использования. Существуют различные способы аккумулирования энергии: химические, тепловые, электрические – в форме потенциальной или кинетической энергии. Далее с некоторой детализацией рассмотрим различные формы аккумулирования, с тем, чтобы пользователь сам мог выбрать подходящий способ для конкретной ситуации. Подробнее см. источники [41, 42].

Эффективность аккумулирования может оцениваться в различных единицах измерения – в мегаджоулях на рубль, в мегаджоулях на кубический метр или в мегаджоулях на килограмм.

Первая оценка обычно решающая, но ее бывает труднее всего получить. Вторая приобретает значение, когда пользователь ограничен определенным пространством (например, необходимо разместить устройство в здании определенного размера). Третья предпочтительна в том случае, когда решающей оказывается масса (например, космические аппараты или самолеты).

Аккумуляторы энергии могут выполняться как в виде отдельных установок, так и в виде аккумулирующих электростанций.

Независимо от цикла аккумуляции представляют существенный интерес следующие аккумуляторы: гидравлические аккумулирующие электростанции, тепловые, воздушные, емкостные, индуктивные и водородные; часто водородное аккумулирование называют химическим, так как водород можно получать различными способами. Несколько особняком стоит аккумулирование электроэнергии с помощью электрических аккумуляторов.

8.2. Тепловые аккумуляторы

Аккумуляторы теплоты существуют в виде следующих типов: паровые (АП), пароводяные (ПВА), горячей воды – питательной или сетевой (АПВ, АСВ) и фазового перехода.

Наиболее широкое применение в большой энергетике нашли аккумуляторы типа ПВА Рутса (рис. 8.1). Аккумулятор заряжается за счет конденсации аккумулированного пара 4 в объеме более холодной воды, хранящейся в водяном баке 8 ПВА, что приводит к повышению его давления и температуры.

Н

Рис. 8.1. Схема теплового аккумулятора ПВА Рутса

адежная конденсация поступающего пара, а так же циркуляция воды и ее быстрый прогрев, обеспечиваются диффузором 7. При разряде ПВА паровое пространство 1, объединенное с корпусом 6 и водяным баком 8, черезразрядные сопла Лаваля 2 , 3, 5 и паропровод, давление в котором ниже, чем давление горячей воды в ПВА, соединяется с потребителем пара. В результате давление в баке снижается, и вода оказывается перегретой по отношению к состоянию ее насыщения при пониженном давлении пара, что приводит к резкому вскипанию и испарению части воды.

ПВА обычно заряжают в ночное время. Для этого подается острый пар от парогенератора или отработавшего пара из отборов турбин, что приводит к уменьшению выработки электроэнергии (снижению мощности генератора). Разряд ПВА происходит в часы пиков нагрузки. Для этого запасенный пар срабатывается в специальной пиковой турбине, соединенной с генератором, или пар подается в основную турбину, что позволяет увеличить мощность генератора против той, которую он развивает в нормальных условиях при использовании пара от своего парового котла. Внешний вид, конструкция и стоимость тепловых аккумуляторов напрямую зависят от желаемой длительности хранения теплоты.

В настоящее время значительно возрос интерес к использованию тепловой аккумуляции в атомной энергетике. Предложено множество схем использования их на АЭС. Для аккумулирования энергии возобновляемых источников этот тип не применяется.