Отопление с теплоаккумулятором: Схема отопления с буферным баком и твердотопливным котлом

Теплоаккумулятор для системы отопления — основные преимущества. Жми!

Во многом это является следствием ошибок, допущенных задолго до постановки вопроса о рачительном использовании ресурсов и применении современных технологий строительства. А вот как быть с новыми, возведенными по всем современным канонам домов, неужели наступил предел развития?

Для большинства это так и останется риторическим вопросом, а вот для тех, кто решил воспользоваться действительно научными знаниями, а не выдержками из рекламных буклетов, стоит задуматься о включении в систему отопления нового элемента – теплоаккумулятора.

Как работает система отопления

Такой обоснованный акцент на энергоэффективность позволяет по-новому посмотреть на проблему теплоснабжения жилища, включающую в себя две основные задачи:

• отопление дома;
• горячее водоснабжение.

Новым путем экономии энергоресурсов в системе теплоснабжения здания сегодня выступает установка в системе отопления дополнительного оборудования, в функции которого входит аккумулировать тепловую энергию и постепенно ее расходовать.

Применение теплового аккумулятора в схеме приборов системы отопления, где основным источником энергии выступает твердотопливный котел, позволяет без дополнительных затрат провести снижение потребления топлива до 50% в отопительный сезон. Но это в будущем, а пока достаточно наглядно следует рассмотреть принцип работы этого устройства.

Принцип работы системы с твердотопливным котлом

Тепло, выделяемое при сжигании топлива, через теплообменник по трубопроводу поступает в регистры или батареи отопления, являющиеся по сути теми же теплообменниками, только не получающими тепло, а наоборот, отдающие его окружающим предметам, воздуху, в общем, нагревающему помещению.

Остывая, теплоноситель — вода в батареях, опускается вниз и снова перетекает в контур теплообменника котла, где опять нагревается. В такой схеме существует минимум два момента, связанных с большой, если не с огромной потерей тепла:

• прямое направление движения теплоносителя от котла к регистрам и быстрое остывание теплоносителя;
• небольшой объем теплоносителя внутри системы отопления, что не позволяет поддерживать стабильную температуру;
• необходимость постоянного поддержания стабильно высокой температуры теплоносителя в контуре котла.

Важно понимать, что такой подход иначе как расточительным назвать нельзя. Ведь при закладке топлива сначала при высокой температуре горения в помещениях воздух прогреется довольно быстро. Но, как только процесс горения прекратится, завершится и нагрев помещения, и как результат – снова понизится температура теплоносителя, и остынет воздух в помещении.

Использование теплоаккумулятора

Между котлом и трубопроводами устанавливается бак со многослойной теплоизоляцией. Ёмкость бака, а она рассчитывается таким образом, чтобы количество теплоносителя внутри бака было больше, чем в системе отопления, содержит теплоноситель, нагреваемый от котла.

Внутрь бака введены несколько теплообменников для системы отопления и для системы горячего водоснабжения. Нагретый от котла внутренний объем аккумулятора долгое время может поддерживать высокую температуру и постепенно отдавать ее для систем отопления и водоснабжения.

Но это самый примитивный вид теплового прибора. Стандартный, рассчитанный на действительно работу в условиях теплоснабжения отдельного дома, аккумулятор теплоты может иметь:

• внутренний объем от 350 до 3500 литров;
• верхний теплообменник системы горячего теплоснабжения;
• теплообменник системы отопления;
• приборы системы безопасности – клапанную группу, манометр, патрубки выхода воздуха;
• приборы системы контроля температуры, давления, предохранительные и обратные клапаны;
• технологические выходы стандартной для обвязки арматуры диаметров;
• высота бака с термооболочкой включает от 1,8 метра до 5,6 метра;
• диаметр от 0,7 до 1,8 метра.

Цена таких аккумуляторов зависит от многих факторов:

• материала изготовления бака;
• объема внутреннего бака;
• материала, из которого изготовлен теплообменник;
• фирмы изготовителя;
• комплекта дополнительного оборудования;

[advice]Замечание специалиста: рассчитать правильную работу всей системы отопления, начиная от ТТ котла и заканчивая диаметром парубков, в принципе можно и самостоятельно, но при этом следует учитывать, что мощность как котла, так и самой установки должна быть рассчитана на работу в условиях максимально низких температур в регионе.[/advice]

Более детальную информацию по этому вопросу сегодня можно найти на страницах интернет сайтов, как в текстовом виде, так и воспользовавшись услугами специализированных онлайн калькуляторов, ну и конечно в специализированных фирмах, занимающихся разработкой и установкой систем теплоснабжения.

Все управляется электроникой

Дом, в котором многие функции по содержанию и управлению системами берет на себя электроника, не обходится без участия электронных компонентов и работы системы отопления и водоснабжения с аккумулятором тепла.

Для поддержания стабильно комфортной температуры, необходимо не столько постоянное горение топлива в топке котла, сколько стабильное поддержание температуры в системе отопления. И с такой задачей вполне справляется электронное управление работой теплоаккумулятора.

Возможности платы управления:

• включит циркуляционный насос подачи теплоносителя системы отопления;
• для дополнительного нагрева теплоносителя в баке откроет заслонки или включит вентилятор турбонаддува котла;
• в экстренных случаях перекроет клапаны трубопроводов и прустит теплоноситель от котла напрямую в батареи, а уже потом начнет нагревать бак аккумулятора;
• перенаправит поток горячей воды с теплообменника котла в систему горячего водоснабжения или воспользуется нагревом в контуре бака.

Экономический эффект даже от включения в схему теплоснабжения аккумулятора тепла позволяет, как уже говорилось, до 50% снизить затраты на топливо в отопительный сезон, а если учитывать то, что цена на энергоносители постоянно растет, то такое вложение средств становится не просто выгодным, а уже обязательным для новостроек.

Смотрите видео, в котором пользователь очень подробно разъясняет схему устройства твердотопливного котла вкупе с теплоаккумулятором:

Система отопления с теплоаккумулятором | Идеи домашнего мастера

Post Views: 3 004

Система отопления с теплоаккумуляторм делает проживание в доме намного комфортнее. Как правило, теплоаккумулятор устанавливается с твердотопливным котлом и позволяет в разы увеличить объем теплоносителя в системе. Большая масса воды, нагретой в буферной емкости во время топки, будет отдавать тепло после истечения срока действия котла еще в течение нескольких часов.

При небольшом объеме теплоносителя  в системе отопления, спустя еще несколько часов после завершения топки котла, вода остается теплой или даже горячей, а потом наступает время, когда радиаторы становятся холодными, и тепловой комфорт в доме оставляет желать лучшего. Это значит, что для поддержания стабильной температуры в доме, особенно в холодные дни, приходится непрерывно поддерживать в котле горение дров или угля.

Идеальным решением данной проблемы является включение между котлом и отопительной системой буферной емкости. Это может быть обычный резервуар воды с емкостью, например 1000 л, имеющий четыре патрубка. Два патрубка служат для подсоединения твердотопливного котла, а два других – для отвода тепла в систему отопления.

Что же мешает повсеместно использовать теплоаккумуляторы? Одна из причин – это их высокая стоимость, превышающая иногда затраты на приобретение твердотопливного котла в несколько раз. Но и из этой ситуации есть выход – сделать емкость своими руками.

Простую и эффективно работающую конструкцию можно собрать из двух стальных бочек. Затраты практически нулевые, если не принимать во внимание расходы на сварочные электроды. Что касается приобретения бочек, то здесь каждый решает проблему индивидуально.

У бочек срезают верхние крышки и сваривают их в единую емкость. Затем остается приварить патрубки, установить емкость в систему отопления (как показано на фотографии) и теплоизолировать.

Котел запускается на полную мощность и через некоторое время, в зависимости от мощности котла, весь объем воды нагревается до 80-90 градусов.  После прекращения работы котла подача тепла в систему отопления осуществляется из буферной емкости в течение нескольких часов или дней, в зависимости от объема воды и погоды.

Наличие автоматического термостата на выходе буферной емкости позволяет дозировать подачу тепла и поддерживать постоянную температуру в доме. Такая система по своей эффективности не уступает газовым и электрическим системам отопления.

• эффективное сгорание топлива — благодаря работе котла в режиме номинальной мощности
• увеличение времени между загрузками топлива – загрузка выполняется два, а в лучшем случае, один раз в день
• сбалансированная температура в доме — тепло из буферной емкости высвобождается постепенно в течение дня.

Также следует отметить, что наличие теплоаккумулирующей емкости позволяет дополнительно:

• установить бойлер для получения горячей воды
• подключить коллектор солнечной системы топления – дополнительная экономия топлива
• сделать подогрев воды от электрокотла  в часы при низком тарифе на электричество.

В некоторых случаях в системе отопления без теплоаккумулятора просто не обойтись, например, при наличии теплого водяного пола.

Post Views:
3 004

🔥 Буферная ёмкость (теплоаккумулятор) Отопление дома, отопительные котлы и оборудование, дымоходы

Проверенные Котлы отопления

Магазин «Дом котлов» Время работы: Пн-Пт 9:00-18:00, Сб 10.00-15.00

Чат

Посоветоваться или купить приезжайте, звоните, пишите нам Чат он-лайн

Консультативный центр Дом котлов

Задолго до чека на котёл известно, что старый котёл пора менять, или проектируется, или строится новый дом. Всё чаще встаёт вопрос об установке 2-го котла в дом.

Теплоаккумуляторы, бойлеры … потребность в них понимается, а затем ощущается изначально. А вопросы монтажа и обвязки всегда вызывают массу сомнений.

Эти вопросы к нам поступали всегда, поэтому для профессиональных консультаций нами создан специальный Консультативный центр.

В любое время Вы можете позвонить с любым отопительным вопросам расчёта, выбора и установки.

Мы знаем, что от вопроса до покупки может проити и день, и год. Вам не будут навязывать что-либо, Вам бесплатно и профессионально ответят на ваши и смежные, зачастую скрытые вопросы.

Тел. Консультативного центра:

Фото с семинара монтажников отопительного оборудования по клапанам Afriso у нас в офисе в Минске yл. Гамарника 30 — Дом котлов

Здорово, что Вы взялись за тепло­аккумулятор (буферную ёмкость). Дома ровная температура + топи реже, носи меньше. А цену вернут дрова. Встроенный бойлер, если и он нужен, превратит её в копейки.

Покупка не сегодня – обращайтесь с вопросами, мы 20 лет монтируем котельные и посещаем заводы производителей в РБ и заграницей.

Цены у всех одинаковы в Минске, качество продаж – то же. Различия лишь в правильности выбора модели, ну и в монтажнике. Ваш Сергей Демидчик

Экскурсия на новый завод S-tank (Watermann) Белорусское — залог качественного

13. 06.2020 далее…

Обвязка котла с буферной емкостью (с теплоаккумулятором) схемы

02.02.2019 Подключение отопления через буферную емкость всё популярнее. Поэтому сегодня наша тема – это схема подключения твердотопливного котла с теплоаккумулятором. далее…

Как на дачу поставили теплоаккумулятор HFWT DUO

12.11.2018 История применения бака-аккумулятора для отопления и водоснабжения дачи. Отзыв на теплоаккумулятор С-танк от пользователя. далее…

Что такое буферная емкость и теплоаккумулятор?

27.08.2018 Занимаюсь более 17 лет отоплением, а одним из самых распространённых 🔑 вопросов у заказчиков сегодня всё стоит: А зачем?? Что такое буферная емкость? И надо ли $ её устанавливать 🔧 в систему отопления вместе с твердотопливным котлом? далее…

Хочу теплоаккумулятор с бойлером — как сэкономить?

27.07.2017 Статья % выгоды и ущерба от обвязки к котлу объединённого в 1 HFWT бойлера воды + теплоаккумулятора. + белорусский S-Tank в этом плане. И где такое в Минске купить. Данное оборудование производит достаточное количество воды, аккумулирует избытки тепла от подключенного источника и прекрасно экономит место. далее…

Теплоаккумулятор S-Tank — гордость белорусского производства! Отзывы на С-Танк

09.06.2016 На данный момент в Беларуси налажен выпуск 17-ти моделей баков теплоаккумуляторов емкостью от 300 литров до 5000 для топочных частных домов и котельных на производствах. Продукцию С-танк (S-Tank) этой компании оценили многие флагманы отечественного производства отопительных котлов. В линейке представлены модели, как простые баки, так и баки с 1 или 2 теплообменниками, со встроенными бойлерами, с теплообменниками из нержавеющей стали, баки из нержавеющей стали. Любой потребитель сможет найти приемлемый ва далее…

Какой теплоаккумулятор выбрать?

07.05.2015 На рынке представлено огромное количество тепловых аккумуляторов. Какой из них выбрать? Что подойдет конкретно вам? В статье описаны основные модели буферных емкостей. далее…

Здесь на сайте нашего интернет-магазина Дом котлов Минск можно выбрать и купить отопительные котлы газовые, твердотопливный или электрический, а также различное отопительное оборудование — бойлер, водонагреватель, теплоаккумулятор, буферная емкость, радиаторы отопления, дымоходы, трубы, гребенка и теплый пол — см. наш интернет-магазин в Беларуси «Котлы и отопление дома» цена и наличие. Мы выполним по вашему заказу необходимые работы — см. Монтаж отопления, обвязка котла, установка отопительного оборудования в Минске и по Беларуси, в том числе «под ключ».

Вам ведь нужны «дыры, а не дрель» – конечное качественное решение систем отопления дома?

С нами наши клиенты комфортно претворяют мудрость «доверяй и проверяй» – без «но». Те исполнители вашего замысла, кто разделяет ваши заботы и волнения в столь глобальном вопросе отопления дома – создают условия, чтобы Вы комфортно контролировали все шаги и детали, чтобы вам не приходилось доверять во всём, а доверие приростало с каждым этапом.

Доверить отопление дома Вы можете нам – у нас есть опыт и рекомендации наших клиентов. И мы уже с вами – сейчас – в момент поиска информации. Ведь для этого Вашего шага мы и сделали этот сайт, написали для Вас эти статьи из своего опыта.

Сделайте и следующий шаг в монтаже отопления с нами – позвоните или напишите нам.

Система отопления с тепловым аккумулятором

В быту теплоаккумуляторы применяются уже давно. Главным образом, теплоаккумулятор для системы отопления устанавливается вместе с тепловыми генераторами.

Тепловой аккумулятор в системе отопления при работе котла отдает некоторое количество тепла на нагрев дополнительного объема теплоносителя, который находится в большом баке. Поскольку теплоизоляция емкости хорошая, уровень потерь тепла не очень высокий.

Принцип работы устройства

Теплоаккумулятор для системы отопления служит, главным образом, для увеличения инерционности системы. С увеличением объема теплоносителя, растет количество тепла, накапливаемого им. То есть, теплоаккумулятор для котлов отопления – это отдельная емкость, врезаемая в контур отопительной системы.

Где использовать теплоаккумулятор для котлов отопления

Как мы отмечали ранее, система отопления с тепловым аккумулятором имеет гораздо большую инерцию. Время для нагрева теплоносителя требуется больше. Но и тепла он накапливает больше, а значит, отдает его на протяжении более длительного промежутка времени.

Также, если в систему установлен гидроаккумулятор для систем отопления, скачков давления в ней становится значительно меньше.

Теплоаккумулятор для котлов отопления рекомендуется использовать, когда котел потребляет твердое топливо, а обслуживать его регулярно не представляется возможным. Тогда система отопления с тепловым аккумулятором будет обеспечивать постоянную температуру в помещении, которое отапливается с ее помощью.

В случае если оплата за электричество вносится дифференцированно, а отопление при этом электрическое водяное, с использованием тепловых аккумуляторов накопить тепловую энергию можно тогда, когда стоит она меньше. И расходовать затем, выставив нагреватель на самую низкую мощность.

Врезка

Если циркуляция системы отопления принудительная, нет особой важности в том, где именно осуществляется врезка. Ведь от накопителя тепло подается насосом. Просто выбирается место, куда поместится гидроаккумулятор для систем отопления, габариты которого немаленькие.

Для обеспечения корректности работы системы, должны быть правильно расположены подключающие патрубки.

При условии естественной циркуляции, место, куда будет врезан аккумулирующий бак для системы отопления, выбирается более тщательно.

Распространенной ошибкой является совмещение теплового аккумулятора с расширительным баком, находящимся в верхней точке отопления. Из этого бака горячая вода, двигаясь по трубопроводу, остывает, а плотность ее увеличивается.

Аккумулятор располагается, как можно ближе к котлу, внизу на подающем трубопроводе.

Конструкция

По конструкции теплоаккумуляторы не очень сложные устройства. В принципе, это емкость, имеющая теплоизолированные стенки с патрубками, через которые производится подключение к системе отопления.

Таким образом, для того, чтобы емкость приспособить под аккумуляторы, особого опыта в сварке или слесарных работах не требуется.

Трудности, правда, появиться могут при расчете теплоизоляции стенок. Здесь лучше перестраховаться, то есть пусть лучше будут более толстыми, чем нужно, а не наоборот.

В некоторых моделях аккумуляторов есть дополнительные электронагревательные элементы. К некоторым можно подключить солнечные коллекторы. Но пока стоимость таких устройств слишком велика.

Тепловые аккумуляторы, которые могут работать на солнечных батареях, имеют отдельный замкнутый контур, в который эти батареи могут быть подключены. Тепло от солнца, которые аккумуляторы накопили за день, возвращается от них в другое время суток.

Наиболее широко аккумуляторы применяются в отопительных системах с электрическими или твердотопливными котлами.

В некоторых случаях от системы отопления, напротив, требуется быстрый набор и снижение температуры. Тогда большое количество теплоносителя, накапливающегося в аккумуляционных емкостях, лишь воспрепятствует быстрому нагреву и охлаждению. Также при этом не удастся точно регулировать температуру.

Установка теплового аккумулятора излишне, если отопление требуется в непродолжительный период времени. К примеру, когда работа котельной предназначается для обогрева сушилки, использующейся периодически. Тратить топливо бесцельно никому не хочется. Ведь незачем накапливать тепло, так как обогревать им можно будет уже пустое помещение.

Также использование аккумуляторов нецелесообразно, когда помимо отопления тепловая установка используется также для обогревания какого-нибудь технологического оборудования, и температурный режим должен меняться резко.

Теплоаккумулятор для котлов отопления — устройство, принцип работы

Теплоаккумулятор это устройство, способное накапливать тепловую энергию от источника тепла при ее избыточной выработке, а затем использовать ее запас в случае необходимости.

Источником тепла может быть котел отопления, печь, солнечный коллектор и т.д.

По сути, любое массивное тело, имеющее температуру больше абсолютного нуля, обладает запасом тепловой энергии. При этом запас накопленного тепла зависит от степени нагрева и массы тела.

Например, любое строение из кирпича, камня или бетонных блоков (материалов, способных накапливать тепло) представляет собой теплоаккумулятор, на непрерывную работу которого мало кто обращает внимания. А ведь именно благодаря запасу тепла, накопленному стенами дома, в нем прохладно жарким днем и тепло ночью при понижении температуры наружного воздуха, работает система естественной вентиляции, и нет резких скачков температуры при кратковременном отключении отопления или при проветривании.

Еще одним примером теплового аккумулятора является русская печь или любая другая печь отопления из камня или кирпича. При сжигании дров массив печи накапливает тепловую энергию, а затем, остывая, отдает ее в окружающее пространство.

Чем больше вес печи, тем большим запасом тепла она обладает и тем дольше может поддерживать комфортную температуру в помещении. Именно по этой причине традиционную русскую печь делают массивной, весом до полутора тонн и более, а протапливают ее периодически: один раз в сутки.

Традиционно для накопления тепла использовали камни или обожженный кирпич, но их применение оправданно только для печного отопления, применение которого в простых современных домах не всегда удобно. Для обогрева современного жилища чаще применяют не печи, а котлы отопления.

Каким котлам нужен тепловой аккумулятор?

Тепловой аккумулятор необходим только котлам, работающим периодически: угольным или дровяным. Котлы, работающие бесперебойно (газовые или электрические), снабженные системами непрерывной подачи топлива, котлы длительного горения в аккумуляции тепла не нуждаются.

Твердотопливные традиционные котлы нуждаются в периодической закладке дров, время полного сгорания топлива в них не более 3 часов. По окончании процесса горения теплоноситель в системе отопления не только остынет до температуры воздуха в помещении, но и в местах пограничной прокладки трубопровода (по полу, в подвале, на чердаке)  может перемерзнуть, образовав в системе отопления ледяные пробки, блокирующие циркуляцию воды.

В этих условиях речь идет уже не о комфортных условиях в доме, а о целостности и безопасности системы отопления. Основной задачей аккумуляции тепла в системах с твердотопливным котлом отопления является создание резерва тепловой энергии, использование которого в период простоя котла поможет избежать резкого падения температуры в помещении и избежать перемерзания теплоносителя.

Устройство теплового аккумулятора

Теплоаакумулятор для котла отопления должен быть удобным не только для накопления тепла, но и для его дальнейшего использования. Единственным веществом, пригодным для решения поставленной задачи, является теплоноситель. Это может быть вода или антифриз, помещенная в емкость внушительного размера,  включенную в отопительную систему.

Для сохранности тепла емкость дополнительно утепляют: обшивают минеральной ватой, фольгой, теплоизоляционными панелями, устанавливают на утепленное основание.

Объем теплоаккумулятора выбирают по принципу, чем больше, тем лучше, но обычно речь идет о емкости на 2-5 м3. Еще одно важное дополнение: резервуар должен быть герметичным, с двумя отверстиями: для подключения трубопровода.

Теплоаккумулятор включают в систему  отопления параллельно котлу по принципу прибора отопления с подключением и к подаче и к обратке. На подаче обязательно устанавливается запорная арматура, позволяющая менять направление движения теплоносителя, пуская его или только к приборам отопления, или только к теплоаккумулятору, или одновременно и туда и туда. Как правило, это трехходовой кран.

Как работает теплоаккумулятор в системе отопления?

При интенсивном горении дров в твердотопливном котле происходит максимальная выработка тепла, позволяющая нагреть не только радиаторы в доме, но и запас воды в аккумуляторе. После прогорания дров тепло от котла перестает поступать, но циркуляция теплоносителя в системе продолжается: холодная вода скатывается вниз, а в систему поступает более горячий теплоноситель из аккумулятора.

Обратная вода, возвращаясь в котел отопления, также проходит через аккумулятор. Если температура обратки выше температуры воды в емкости, то жидкость вней дополнительно подогревается за счет обратки. Если обратка холодная, то, напротив, происходит ее подогрев перед поступлением в котел, что позволяет снизить перепад температур между горячей котловой и холодной обратной водой.

Чем больше объем аккумулятора, тем дольше система может работать без «подзарядки».

Практическое применение

Теплоаккумулятор в системе отопления с твердотопливным котлом можно смело назвать настоящей находкой для ее владельцев. Именно это нехитрое устройство позволяет оставлять дом на несколько часов даже в условиях сильных морозов, не опасаясь за сохранность отопительной системы, спокойно спать ночью, не вскакивая к котлу для закладки новой порции дров и не опасаться о разрушении котла при поступлении в него слишком холодного теплоносителя.

Для управления работой системы отопления с теплоаккумулятором используется трехходовой кран.

С его помощью можно открыть движение горячего теплоносителя только к приборам отопления, что обычно делают при желании быстро прогреть помещение. Если в доме уже жарко, а котел продолжает работать, можно перекрыть подачу воды на радиаторы и направить ее только в теплоаккумулятор.

Для одновременного нагрева приборов отопления и теплоаккумулятора выбирается промежуточное положение крана.

Теплоаккумулятор и циркуляционный насос

Как правило, твердотопливные котлы используются в самотечных системах отопления. В этом случае теплоаккумулятор работает за счет естественной конвекции: по нижнему патрубку в него поступает холодный теплоноситель, а вверх устремляется более нагретая жидкость, поступающая к приборам отопления.

В системах с циркуляционным насосом теплоаккумулятор работает также, но здесь скорость движения теплоносителя задается насосом, что, несомненно, положительно сказывается на работе всей системы отопления.

О достоинствах и недостатках

Установка теплоаккумулятора делает работу системы отопления стабильной, исключая резкие перепады температуры не только в доме, но и в поступлении теплоносителя в котел.

Единственным недостатком теплоаккумулятора является его размер: небольшая емкость не позволяет накопить тепло и использовать его, а для резервуара большого объема не всегда можно найти достаточное количество места. Да и для установки емкости придется делать усиление фундамента или помещать ее в подвальное помещение.

Последние достижения в области аккумулирования тепловой энергии

По мере того как возобновляемые источники энергии все больше укрепляются в энергетической системе, важность хранения энергии в натуральном выражении будет возрастать. В связи с продолжающимся постепенным отходом от традиционных источников энергии базовой нагрузки разработка эффективных систем хранения энергии является обязательной.

Нравится вам это или нет, но структура энергетики США меняется. По данным Управления энергетической информации, с 2015 по 2016 год производство ископаемого топлива в США упало на 7%.Уголь, в частности, упал на 18%, достигнув самого низкого уровня с 1978 года. Даже объем природного газа, который в последние годы резко вырос из-за сланцевого бума, упал на 2% с 2015 по 2016 год.

Производство возобновляемой энергии, с другой стороны, увеличилось за этот период на 7%, причем почти четверть этого скачка приходится на ветровую и солнечную энергию.

Проблема с этим переходом, конечно, заключается в потере выработки энергии базовой нагрузки. Нации нужно электричество 24 часа в сутки, а не только когда светит солнце и дует ветер.К счастью, ответ на эту проблему известен. Возобновляемые источники энергии должны сочетаться с некоторыми формами хранения энергии, такими как батареи, гидроаккумуляторы или накопители тепловой энергии (TES, рисунок 1).

1. Времена меняются. По мере того, как структура энергетики США отходит от традиционных форм генерации с базовой нагрузкой, накопление тепловой энергии дает возможность возобновляемым источникам энергии заполнить образовавшуюся пустоту. Предоставлено: SolarReserve

На первый взгляд, идея TES довольно проста.Энергия сохраняется в виде тепла в той или иной форме для использования в будущем. Однако, если углубиться в варианты и приложения для TES, можно увидеть гораздо более сложную картину.

Накопитель тепловой энергии 101

Существует три основных типа систем TES, только один из которых имеет значительную коммерческую доступность в энергетическом секторе. По сравнению с другими вариантами, накопление явного тепла относительно недорогое и намного менее сложное. Скрытые системы хранения энергии и термохимические системы хранения являются дорогостоящими и пока еще в значительной степени экспериментальными.

Явное аккумулирование тепла. Наиболее широко используемая форма TES в секторе производства энергии — это физическое накопление тепла. В системе TES явного тепла жидкий или твердый накопитель, такой как вода, расплавленные соли, песок или камни, нагревается или охлаждается для накопления энергии.

Явное накопление тепла широко используется в приложениях для концентрированной солнечной энергии (CSP), где использование TES позволяет проекту производить электроэнергию достаточно долго после захода солнца (см. «Проект солнечной энергии Crescent Dunes, Тонопа, Невада» в POWER Выпуск декабрь 2016 г.).Обычно предпочтительной средой для установок CSP с TES являются расплавленные соли, которые могут выдерживать чрезвычайно высокие температуры.

Существует множество различных систем CSP, каждая из которых предъявляет уникальные требования к хранению энергии. В то время как прямая система TES с использованием расплавленных солей является жизнеспособной для системы опорной башни, подобной той, что используется в проекте Crescent Dunes (рис. 2), для проекта параболического желоба, вероятно, потребуется немного другая система TES. По данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), почти все новые действующие или строящиеся станции CSP оснащены системой TES.

Скрытое аккумулирование тепла. Скрытое накопление тепла не так широко используется в секторе производства энергии, но недавние разработки показали многообещающие результаты в некоторых областях применения.Скрытая аккумуляция тепла зависит от состояния среды хранения, например, от твердого до жидкого. Скрытые теплоносители часто называют материалами с фазовым переходом (PCM).

Хотя явное тепло является наименее дорогим вариантом TES, PCM предлагают преимущества, к которым стоит стремиться, если можно снизить затраты. Например, для хранения явного тепла требуются очень большие объемы носителя из-за низкой плотности энергии. PCM предлагают плотность энергии примерно в три раза больше.

Термохимический склад. Как следует из названия, термохимическое хранилище (TCS) использует химические реакции для хранения энергии. Системы TCS предлагают даже большую плотность энергии, чем PCM.

Практически все, что связано с TCS, стоит дорого. Например, IRENA указывает в кратком техническом описании, что стоимость оборудования термохимического реактора намного выше, чем стоимость материала для хранения, что не означает, что стоимость материала незначительна.

Применения в концентрированной солнечной энергии

CSP пришлось нелегко, так как его родственная технология, фотоэлектрическая (PV) солнечная энергия, переживала несколько хороших лет роста.По данным Ассоциации предприятий солнечной энергетики, рынок фотоэлектрических панелей вырос на 97% с 2015 по 2016 год, поскольку цены на фотоэлектрические панели упали почти на 20%. CSP, с другой стороны, не смог угнаться за снижением стоимости PV.

Чтобы оставаться конкурентоспособными с PV, CSP должен предложить что-то уникальное, и это было сделано в форме TES. «Для развития любой из этих технологий CSP требуется накопление тепла», — сказал в интервью POWER Ануп Матур, технический директор и основатель Terrafore Technologies.

Использование TES в CSP позволяет технологии когда-нибудь удерживать больший процент энергобаланса, поскольку фотоэлектрическая энергия и ветер в настоящее время не подходят для использования в качестве источников генерации базовой нагрузки. С TES завод CSP может работать 24 часа в сутки, что компания SolarReserve доказала своим проектом Crescent Dunes в Неваде.

Проект Crescent Dunes — это электростанция мощностью 110 МВт, расположенная в трех часах езды от Лас-Вегаса. Станция может похвастаться накопителем энергии на 1100 МВтч, который может обеспечить 10 часов электроэнергии при полной нагрузке.В пиковую нагрузку электростанция обеспечивает электроэнергией 75 000 домов.

Энергетическая башня из расплавленной соли проекта расположена в центре массивного поля зеркал или гелиостатов, направляющих свет на вершину башни (рис. 3). Как сообщил POWER генеральный директор SolarReserve Кевин Смит, зеркала нагревают накопитель энергии напрямую, что делает процесс более эффективным, чем другие системы, которые «подключаются». «Я думаю, что в мире солнечной тепловой энергии принято считать, что конфигурация башни с расплавленной солью является наиболее эффективным и рентабельным накопителем тепла для крупных предприятий.«Собранное тепло используется для производства пара, который, в свою очередь, приводит в действие турбогенератор.

Процесс SolarReserve закачивает расплавленную соль на верхнюю часть башни, где он нагревается, в полной мере используя уникальные свойства солей. Расплавленные соли, используемые SolarReserve, остаются твердыми до тех пор, пока они не нагреются до температуры около 450F, но когда они переходят в жидкую форму, они остаются в этом состоянии при температурах до 1050F. «Холодные» соли SolarReserve поддерживаются при температуре от 500 ° F до 550 ° F, что означает, что система TES компании имеет рабочий диапазон около 500 градусов.

Напротив, параболический желоб CSP выделяет тепло промежуточной жидкости, которая, в свою очередь, нагревает расплавленную соль. «Сложность этой технологии заключается в том, что [жидкость], которая используется для теплопередачи … имеет максимальную температуру, может быть, 700F или 750F.Таким образом, они работают в диапазоне от 550 ° F до 700 ° F, или 750 ° F, что составляет всего лишь около 200 градусов дельты, тогда как мы можем перенести дельту на 500 градусов в наши расплавленные соли. По сути, это означает, что мы вкладываем больше энергии в каждый фунт расплавленной соли », — сказал Смит. «Это в два или три раза больше энергии, чем хранится в солях».

Благодаря 10-часовому хранению, проект Crescent Dune может производить электричество 24 часа в сутки, хотя обычно он работает только 12–14 часов в сутки. Как правило, электростанция вырабатывает электроэнергию для NV Energy примерно от 10 а.м. до 22:00 (Рисунок 4) просто потому, что для большего этого он не нужен.

«На некоторых рынках, например, в Чили или на других рынках, они действительно хотят, чтобы такой проект выполнялся 24 часа в сутки.У США довольно разнообразное сочетание сил; Есть еще довольно много проектов по сжиганию угля и много ядерных, и эти объекты должны работать 24 часа в сутки », — отметил Смит.

Однако, поскольку структура энергопотребления страны продолжает меняться, SolarReserve прогнозирует, что Crescent Dunes могут работать в течение более длительного периода. «В долгосрочной перспективе большая часть [угля и ядерной энергии] будет выведена из эксплуатации, и, поскольку рынки США изменятся в долгосрочной перспективе, мы можем увидеть, что мы могли бы работать больше 24 часов в сутки.Но сейчас это скорее периоды пикового спроса: 8, 10, 12, 14 часов в день генерации и, как правило, ближе к вечеру », — сказал Смит.

Последствия для будущего

Хотя в настоящее время в области TES доминирует явная теплопередача, в PCM и TCS ведется много исследований и разработок. Один из таких проектов, инкапсулированный PCM, разработанный Terrafore Technologies, получил значительную поддержку со стороны Министерства энергетики и, возможно, находится на грани коммерциализации.

Как уже отмечалось, PCM имеют преимущество перед физическими накопителями тепла из-за их повышенной плотности энергии. Матур сказал, что лучший способ воспользоваться преимуществами PCM — это их инкапсулировать. Однако сделать это — непростая задача.

«Большая проблема инкапсуляции заключается в том, как инкапсулировать твердое тело, которое расширяется почти на 20%?» он сказал. «Это означает, что у вас должна быть капсула, подумайте о шаре, частично заполненном солью, как вы это сделаете? Вы не можете открыть его, заполнить часть и запечатать, потому что запечатывание становится проблемой.”

Ответ, согласно Матуру, — полимеры. «Я думал об этом, мечтал об этом, поэтому я сказал, почему мы не можем положить какой-то полимер поверх моей капсулы, на соль? Затем положите материал оболочки, затем нагрейте его, и тогда полимер исчезнет, ​​оставив после себя пустоту », — объяснил он. «Так что это дает ему объем расширения. Это химический способ создания пустоты внутри оболочки ».

Terrafore является улучшенной по сравнению с традиционной системой явного тепла, поскольку требует меньше материала для выполнения той же работы. Если для системы расплавленной соли, используемой в Crescent Dunes, требуется два больших резервуара, один для «холодной соли» и один для нагретой соли, то для системы Terrafore требуется только один резервуар и меньше материала.

Внутри резервуара складываются три разные соли. Вверху находятся соли с самой высокой температурой плавления, а внизу — соли с самой низкой точкой плавления, а в середине — слой солей со средней температурой плавления. В системе используется теплоноситель, который течет из солнечного ресивера в верхнюю часть резервуара, где затем протекает через сложенный слой капсул, нагревая их, в свою очередь, по мере того, как жидкость медленно остывает.Достигнув дна резервуара, теплоноситель перекачивается обратно в солнечный приемник.

Этот цикл продолжается до тех пор, пока не потребуется накопленная энергия, после чего жидкий теплоноситель перекачивается из резервуара в силовой блок, где вырабатывается пар для привода турбины.

В поисках подходящего совпадения

Матур не видит, что его процесс PCM будет принят в крупномасштабных проектах CSP, таких как Crescent Dunes, в ближайшем будущем, но он надеется, что в какой-то момент он сможет проникнуть в этот сектор. На данный момент он считает, что лучшее место для выхода его технологии на рынок — это распределенный CSP.

Матур полагает, что, работая в шведской компании, он, возможно, нашел подходящую пару. «Они разработали тарельчатую систему Стирлинга, которая может работать при температуре около 800–900 ° C, но работает точно так же, как фотоэлектрическая система — когда солнце светит, она вырабатывает электричество. Таким образом, они не могут быть конкурентоспособными с фотоэлектрической системой, потому что стоимость фотоэлектрической энергии настолько низка. Теперь, если они смогут использовать хранилище, они станут конкурентоспособными с точки зрения диспетчеризации », — сказал он.

В настоящее время SolarReserve довольна разработанной технологией. В настоящее время компания разрабатывает ряд проектов по всему миру, основанных на той же технологии, что и в Crescent Dunes. «Основная технология, которой является наша технология приемника, на самом деле не требует значительных изменений, когда мы перемещаемся из одного места в другое, — пояснил Смит.

Однако это не означает, что руководство компании непредвзято. «Мы внимательно следим за другими вариантами хранения тепла и другими материалами, которые мы можем использовать, — сказал Смит, — но сейчас мы действительно не видим ничего, что можно было бы сделать в ближайшем будущем на горизонте. коммерческий масштаб.”■

— Эбби Л. Харви — репортер POWER.

Каким образом достигается масштабирование аккумуляторов тепловой энергии?

Жизненно важная технология для обеспечения глубокого сокращения выбросов парниковых газов существует и хорошо работает, но до сих пор не получила широкого распространения.

Накопители тепловой энергии преуспели в этой области на протяжении десятилетий. Как показали такие компании, как Calmac и Ice Energy, предварительное охлаждение изолированной емкости с жидкостью может сократить расходы на электроэнергию и снизить пиковую нагрузку.В экспериментальном жилом комплексе в Канаде используются подземные накопители тепловой энергии, работающие от солнечной энергии летом, для удовлетворения потребностей в отоплении в холодные зимы Альберты.

Такие продукты решают проблему декарбонизации, с которой невозможно справиться одной только чистой электросетью. Здания потребляют 70 процентов электроэнергии, производимой в США, и выбрасывают 40 процентов выбросов углерода в стране. Любая целостная попытка решения проблемы изменения климата должна противодействовать использованию энергии в строительном секторе.

Профессор Стэнфорда Марк Джейкобсон, например, использует подземные хранилища тепла в качестве основы своей дорожной карты для декарбонизации всей энергосистемы США, поскольку это снижает общий спрос на электроэнергию и потребление газа для отопления. Когда этим летом группа ученых раскритиковала это исследование, они особо отметили, что полагаются на этот редко применяемый инструмент. Как вы можете спасти мир, утверждается в этом аргументе, с помощью технологии, реальное использование которой ограничено малоизвестным пилотным проектом в Альберте?

Аккумуляторный накопитель энергии сталкивается с препятствиями, связанными с его технологической новизной. Трудно убедить финансистов поддержать химический состав батарей, который не имеет большого времени работы и продается стартапом с ограниченным балансом. Несмотря на это, сектор находится на подъеме — GTM Research прогнозирует 22-кратное увеличение количества развернутых мегаватт-часов в США с 2016 по 2022 год.

Между тем, в отношении хранения тепловой энергии вопросы технологичности в значительной степени решены, но сегмент не поцарапал поверхность его потенциального воздействия. В самом деле, этот потенциал едва ли можно увидеть за пределами горстки компаний, которые сделали ставку на него и сформулировали свое видение с почти мессианским рвением.

«Я ожидаю, что тепловые будут больше, чем батареи, — сказал генеральный директор Ice Energy Майк Хопкинс, — потому что тепловые нагрузки — это большие нагрузки. Они представляют собой проблемные нагрузки; это нагрузки, которые не поддаются использованию аккумуляторов электроэнергии».

О росте популярности аккумуляторов написано много. Меньше внимания уделяется контингенту аккумуляторов тепла, но у них есть свои стратегии роста. Их успех может не только помочь коммунальным предприятиям в их стремлении сузить утиные изгибы и постоянно ползучие пики, но и сыграть центральную роль в сокращении выбросов углерода зданиями по всему миру.

Технология

Основная идея аккумулирования тепла — преобразование излишков электроэнергии в тепло или холод, которые можно использовать позже.

Этот процесс приобретает значение в масштабах всей сети в свете роста пикового спроса, который коммунальные предприятия по всей стране связывают с одновременным использованием их клиентами вечернего кондиционирования воздуха.

Аккумуляторные батареи могут удовлетворить этот спрос, но при этом возникают потери из-за неэффективности в обоих направлениях; это выбрасывание энергии. Материалы для хранения энергии термически дешевле, чем литий-ионные, и теоретически служат дольше.Основная технология — вода в пластиковом резервуаре.

Кроме того, если вы заморозите этот кусок льда ночью, когда и температура окружающей среды, и стоимость электричества падают, это потребует меньше энергии и денег, чем это делается в середине солнечного жаркого дня.

«Идея о том, что вы будете хранить энергию в виде батарей для кондиционеров, — действительно плохая идея», — сказал Хопкинс. «Что вы действительно хотите сделать, так это заставить эти тепловые нагрузки работать более эффективно. Включите охлаждение, когда это хорошее время для охлаждения.»

Ice Energy интегрирует свои технологии в системы кондиционирования воздуха, чтобы использовать нежелательную солнечную энергию в полдень или дешевую ночную электроэнергию для предварительного охлаждения дома перед вечерним пиком. Когда электричество стоит дороже или коммунальное предприятие изо всех сил пытается удовлетворить спрос, Ice Bear использует этот кусок льда, чтобы охладить здание, вместо того, чтобы потреблять электричество.

В то время как Ice Energy обслуживает коммерческий и жилой рынки, в основном в Калифорнии, Calmac применяет аналогичную технологию для огромных небоскребов и университетских городков. С 1980-х годов компания из Нью-Джерси обслужила более 4000 клиентов в 60 странах.

IceBank Calmac в действии: это группа резервуаров, в которых хранится холодная жидкость. (Изображение предоставлено Calmac)

Axiom Exergy применяет эту концепцию к продуктовым магазинам, сокращая счета за коммунальные услуги за поддержание прохлады в еде и создавая в течение нескольких часов резервное охлаждение на случай коротких отключений.

Горячие аккумуляторы тепла работают так же, как и холодные: используйте избыточную мощность, чтобы нагреть жидкость, а затем направьте ее в изолированный резервуар для хранения, пока она не понадобится для обогрева здания.

Сообщество Drake Landing Solar Community в Альберте, Канада, использует подземное централизованное теплоснабжение для хранения солнечной энергии в летнее время. В зимний сезон 2015-2016 гг. Община обеспечивала все потребности в отоплении за счет накопленной тепловой энергии; Таким образом она обеспечивала более 90 процентов потребностей в отоплении каждую из последних пяти зим.

В более редких вариантах технология позволяет преобразовывать накопленную тепловую энергию обратно в электричество. Это то, что лаборатория Google X пытается сделать с проектом, получившим название Мальта.Он будет использовать электричество как для нагрева расплавленных солей, так и для охлаждения резервуаров с жидкостью; при необходимости процесс меняется на противоположный, используя выпущенный горячий и холодный воздух для вращения турбины и регенерации электричества.

Важно отметить, что хранение тепла позволяет избежать опасений по поводу токсичности и воспламеняемости, которые возникают при использовании литий-ионных аккумуляторов большой мощности.

«Нагревание воды или изготовление льда — это не те вещи, о которых можно беспокоиться», — сказал Бретт Саймон, аналитик по хранению энергии в GTM Research. «В этих системах не используются реактивные, потенциально опасные или легковоспламеняющиеся химические вещества.Это может привести к тому, что люди, которые более осторожно относятся к хранению аккумуляторов, перейдут к домашнему аккумулятору тепла ».

Препятствия к росту

Тепловые накопители существуют дольше, чем современные аккумуляторы, но они никогда не выходили из нишевого сегмента. Лишь несколько компаний устанавливают это в США, по сравнению с десятками, которые сейчас преследуют рынок аккумуляторных батарей.

По словам Хопкинса из Ice Energy, здесь играют роль культурные пристрастия. Аккумуляторные батареи стали популярными только в последние несколько лет, во многом благодаря умению Илона Маска завладеть воображением публики.Это новообретенное осознание можно было передать другим людям.

«Поскольку они знают о литии, когда вы говорите о других формах хранения, это не так уж и сложно», — сказал он.

Тем не менее, тепловому накопителю не хватает знаменитого проповедника, и он не может зарядить сексуальный спортивный автомобиль.

«Дело в том, что аккумуляторы тепла не видны жильцам, — сказал генеральный директор Calmac Марк МакКракен. «Люди, которые заходят в эти коммерческие здания, ожидают, что здание будет прохладным. Они совершенно не понимают, как оно охлаждается.»

Компании, стремящиеся вытеснить традиционные системы отопления и охлаждения, должны обращаться к клиентам, когда им нужно это оборудование, потому что это не повседневная покупка.

Новые дома могут быть многообещающим рынком, но для существующих домов время купить новый кондиционер обычно наступает, как только старый ломается. В этот момент у покупателя появляется сильный стимул выбрать самое быстрое и простое, что, вероятно, не является шаткой технологией охлаждения, о которой он никогда не слышал.

Помимо проблемы осведомленности потребителей, необходимо преодолеть технические ограничения.

Один из них — это процесс проектирования крупных строительных проектов. По словам Маккракена, обычно архитектор проектирует здание и просит инженеров охладить его. Они смотрят на пиковую мощность охлаждения, необходимую для покрытия самого жаркого дня в году, добавляют запас прочности и называют это днем.

По словам Маккракена, хранение тепла требует другого вида анализа и предполагает представление о риске, даже если в конечном итоге оно стоит столько же и обеспечивает такой же коэффициент безопасности. Требуется время, чтобы проникнуть в этот промышленный рабочий процесс в более широком масштабе.

Даже в этом случае распространение аккумуляторов тепла зависит от экономического компромисса между обычным бизнесом и смещением спроса с пикового значения. Это подразумевает дизайн тарифов, который оказался ненадежным партнером в продвижении продукта.

«Проблема номер один — это неопределенность с тарифами из-за разницы между дневными и ночными расходами», — сказала Мэри Энн Пьетт, директор отдела строительных технологий и городских систем Национальной лаборатории Лоуренса Беркли.«Тарифы со временем сильно меняются, и нет достаточной уверенности в экономике».

В масштабах всей страны количество дифференцированных по времени тарифов на электроэнергию и программ реагирования на спрос растет, поскольку коммунальные предприятия раскрывают возможности распределенных энергоресурсов. Пока они не появятся, преимущества накопления тепла для потребителей останутся в основном теоретическими, даже если они уже ощутимы для сети.

География имеет значение

Климат помогает определить эффективность аккумулирования тепла, в большей степени, чем для аккумуляторов.

По словам Пьетта, идеальный рынок имеет большие суточные колебания, с жарким днем ​​и более прохладной ночью. Окрестности пустыни, такие как Аризона и внутренняя Калифорния, прекрасно подходят.

В умеренном климате Беркли или на побережье Тихого океана на северо-западе лишь немногие дома имеют или нуждаются в кондиционировании. От бытового Ice Cub было бы мало пользы, в то время как батарея по-прежнему могла бы заменять электрическую нагрузку и обеспечивать резервное питание в случае сбоя.

Точно так же подземный накопитель тепла отлично работает в холодной Альберте, но в меньшей степени в месте, где зимой остается довольно тепло.Эта технология также требует высокого уровня участия сообщества: системы работают лучше всего, когда они обслуживают весь район или кампус.

Такого рода сотрудничество трудно достичь без строительства нового жилья; труднее продать улицы, чтобы копать под существующими застройками. Централизованное теплоснабжение хорошо себя зарекомендовало в холодных северных общинах с плотным населением и политикой социального сотрудничества — в основном в Скандинавии. Помогает наличие главного коммунального предприятия для газа, электроэнергии и пара.

«Модели владения и эксплуатации [для централизованного теплоснабжения] не так распространены в наших городских районах», — сказал Пьетт. «Это возможно, и я надеюсь, что со временем мы сможем создать новые бизнес-модели».

Плотность и разнообразие нагрузок делают предложение более привлекательным, добавила она, ссылаясь на офис Amazon в Сиэтле, который покупает отработанное тепло, выбрасываемое ближайшим центром обработки данных.

Партнер для продвижения вперед

Стартапы по хранению тепла, с которыми я говорил, четко заявили об одном: им необходимо сотрудничать с более крупными организациями для масштабирования.

Ice Energy нашла союзников в лице энергокомпании Southern California Edison и независимого поставщика электроэнергии NRG. SCE заключила контракт на 26 мегаватт-часов распределенного хранения тепла у заказчика. Это обеспечило гарантированный доход, необходимый для начала наращивания производства. Осталась проблема с денежным потоком.

Стартап из 22 человек не мог оплатить всех этих ледяных медведей и ждать 20 лет, чтобы получить деньги. Вместо этого Ice Energy продала специальный автомобиль для проекта NRG, у которой огромный баланс.Технически NRG владеет будущим доходом флота и выплачивает Ice Energy аванс за установку оборудования.

Если все пойдет по плану, NRG получит легкую окупаемость инвестиций с минимальным риском: выручка поступает через крупную коммунальную компанию с высоким кредитным рейтингом. Задача Ice Energy — найти предприятия, готовые разместить в общей сложности 1800 Ice Bears бесплатно, получая экономию на счетах за электроэнергию от 1000 до 1500 долларов в год на единицу (Ice Energy развернула в общей сложности 1200 единиц с момента своего создания).

По словам Хопкинса, у компании также есть контракты с двумя коммунальными предприятиями в Массачусетсе и еще 400 мегаватт на различных этапах переговоров.

Этим летом начались поставки жилого дома Ice Cub, который заменяет обычный кондиционер и добавляет возможности аккумулирования тепла. Хопкинс надеется расширить этот продукт за счет дистрибьюторской сделки с крупным установщиком солнечной энергии.

«Сейчас для нас 1800 кажется большим числом», — сказал он. «На внутреннем рынке вы можете увидеть десятки тысяч жителей США.С. развертывается «.

По словам Саймона из GTM, этот рынок домашнего охлаждения нельзя недооценивать, особенно если аккумуляторы тепла конкурируют по цене, но добавляют больше услуг.

«Если они получат 1 процент от рынка домашних систем переменного тока, это уже будет намного больше, чем годовые продажи домашних аккумуляторов», — отметил он.

Axiom Exergy также ищет более крупные компании для продвижения своего продукта. В данном случае: национальные сети продуктовых магазинов. Компания разрабатывает развертывание нескольких магазинов с Whole Foods и Walmart, чтобы следить за начальными демонстрационными установками.

«Я не вижу никаких препятствий в обозримом будущем, потому что существует так много продуктовых магазинов и холодильных складов», — сказал директор по продажам Джон Лерх. «Всегда будет … необходимость хранить еду в охлажденном состоянии, чтобы распространять ее повсюду».

Calmac, вышедший из фазы запуска несколько десятилетий назад, обсуждает партнерские отношения с коммунальными предприятиями, но пока их не ведет. Компания также обращается к другим партнерам: компаниям по хранению аккумуляторов.

Идея состоит в том, чтобы предложить коммерческим клиентам гибридный продукт с накопителем тепла, рассчитанным на тепловую нагрузку, и батареями, чтобы справиться с остаточным пиковым спросом. Это могло бы обеспечить экономию при меньшем расходе на киловатт-час, чем если бы батареи должны были нести нагрузку по обогреву и охлаждению.

Тепловые аккумуляторы дополняют более умную сеть, чем та, которая у нас есть сегодня. Будет трудно продавать, пока покупатель платит за киловатт-час столько же на пике всей сети, как в 3 часа ночи. распределенные энергетические активы, спрос на технологию аккумулирования тепла может, наконец, начать расти.

Уникальная технология аккумулирования тепла собирает пар

Чтобы обойти это ограничение, исследователи из Аргонна разработали способ встраивания материалов с фазовым переходом в пористую пену с высокой теплопроводностью. Затем они герметизируют пену инертным газом внутри модуля, предотвращая попадание влаги или кислорода внутрь и разрушение компонентов. Сохраненное тепло внутри блока затем может быть передано, например, воде, где оно становится паром, который приводит в движение турбину.TESS также может быть настроен для конкретного применения путем выбора различных материалов с фазовым переходом.

«Одним из больших преимуществ нашей технологии является то, что она модульная, поэтому вам не нужна огромная структура хранения», — сказал Сингх. «Вы можете сделать эти модули определенного управляемого размера, например, бочку емкостью 55 галлонов или меньше, и установить их в любом количестве, которое вам потребуется».

Исследователи продемонстрировали, что TESS работает при температурах выше 700 ° по Цельсию (1292 ° по Фаренгейту).Его высокая плотность энергии делает его меньше по размеру и более гибким, чем обычно используемые системы аккумулирования явного тепла, которые основаны на повышении и понижении температуры материала. Эта технология получила награду R&D 100 в 2019 году, и сейчас исследователи работают над ее интеграцией в системы ТЭЦ от Capstone Turbine Corporation для повышения рекуперации тепла.

С помощью отраслевых партнеров Сингх и его коллеги продолжают совершенствовать технологию TESS и разработали собственный испытательный центр для проверки производительности при многократной зарядке и разрядке.В дополнение к усовершенствованию систем когенерации и расширению диспетчеризации опреснительных и электростанций, TESS может преобразовывать отработанное тепло в механическую энергию в тяжелых грузовиках или в отопление салона электромобилей. И так же, как TESS может работать как аккумулятор для тепла, он может делать то же самое и для холода, возможно, предлагая вариант охлаждения для коммерческих зданий.

Компании, заинтересованные в лицензировании или партнерстве по этой технологии, могут отправлять электронные письма партнерам @ anl.

Система хранения тепловой энергии — обзор

9.1 Введение

Накопление тепловой энергии (TES) обычно включает временное хранение высокотемпературной или низкотемпературной тепловой энергии для последующего использования. Примерами TES являются хранение солнечной энергии для ночного обогрева, летнего тепла для зимнего использования, зимнего льда для охлаждения помещений летом и тепла или холода, генерируемого электрически в непиковые часы для использования в последующие часы пиковой нагрузки. В этом отношении TES во многих случаях является отличным кандидатом для компенсации этого несоответствия между доступностью и потребностью тепловой энергии.

Из многих типов накопителей энергии [1] TES часто оказывается полезным вариантом. Системы TES для нагрева или охлаждения часто используются в приложениях, где возникновение спроса на энергию и спрос на наиболее экономически выгодное энергоснабжение не совпадают. Тепловые накопители используются в энергосберегающих, промышленных, коммерческих и солнечных энергетических системах. Среда для хранения может находиться в хранилищах различных типов, включая резервуары, пруды, пещеры и подземные водоносные горизонты.

Накопительный носитель в TES может оставаться в одной фазе (так что сохраняется только ощутимое тепло) и / или претерпевать фазовый переход (так что энергия сохраняется в виде скрытой теплоты). Разумные TES (например, системы жидкой воды) демонстрируют изменения температуры в хранилище по мере добавления или удаления тепла. В скрытых TES (например, системах жидкая вода / лед и системах эвтектических солей) температура хранения остается фиксированной в течение части цикла хранения с фазовым переходом.

Системы TES используются в широком спектре приложений и предназначены для циклической работы (обычно ежедневно, иногда сезонно).Системы TES достигают преимуществ, выполняя одну или несколько из следующих целей:

•

Повышение генерирующей мощности : Спрос на обогрев, охлаждение или электроэнергию редко остается постоянным во времени, а избыточная генерирующая мощность доступна во время низкого периоды спроса могут использоваться для зарядки TES, чтобы увеличить эффективную генерирующую мощность в периоды высокого спроса. Этот процесс позволяет установить меньшую производственную единицу (или увеличить мощность без покупки дополнительных единиц) и приводит к более высокому коэффициенту загрузки единиц.

•

Обеспечение лучшей работы когенерационных установок : Комбинированные теплоэлектроцентрали или когенерация, как правило, используются для удовлетворения потребностей подключенной тепловой нагрузки, что часто приводит к избыточной выработке электроэнергии в периоды низкого уровня электроэнергии. использовать. Благодаря включению TES, установка не должна следовать за нагрузкой. Скорее его можно отправить более выгодными способами (с некоторыми ограничениями).

•

Сдвинуть закупки энергии на периоды низких затрат : Это использование является приложением на стороне спроса первой из перечисленных целей и позволяет потребителям энергии, для которых ценообразование зависит от времени суток, смещать закупки энергии с высоких -к бюджетным периодам.

•

Повышение надежности системы : Любая форма накопителя энергии, от источника бесперебойного питания небольшого персонального компьютера до большого накопителя с насосом, обычно повышает надежность системы.

•

Интеграция с другими функциями : В приложениях, где для защиты от пожара требуется накопление воды на месте, может оказаться целесообразным включить накопитель тепла в общий накопительный бак. Точно так же оборудование, предназначенное для решения проблем с качеством электроэнергии, также может быть адаптировано для целей хранения энергии.

Наиболее значительным преимуществом системы TES часто называют ее способность снижать затраты на электроэнергию за счет использования электроэнергии в непиковые периоды для производства и хранения энергии для дневного охлаждения. Действительно, системы TES успешно работают в офисах, больницах, школах, университетах, аэропортах и ​​т. Д. Во многих странах, переводя потребление энергии с периодов пиковых тарифов на электроэнергию в периоды более низких тарифов. Это преимущество сопровождается дополнительным преимуществом в виде более низких сборов за спрос.

Изучив методы оценки и сравнения TES в течение многих лет и недавно объединив результаты [1], авторы пришли к выводу, что, хотя многие технически и экономически успешные тепловые накопители находятся в эксплуатации, нет общепринятой основы для сравнения достигнутой производительности одного из них. хранение с другим, работающим в других условиях, нашло широкое распространение.Энергоэффективность, отношение энергии, извлеченной из хранилища, к первоначально затраченной энергии, обычно используется для измерения производительности TES. Энергоэффективность, однако, недостаточна, потому что она не принимает во внимание важные факторы, такие как близость производительности к идеалу, продолжительность хранения и температуры подаваемой и рекуперированной тепловой энергии и окружающей среды).

Анализ Exergy обеспечивает информативную, рациональную и значимую альтернативу для оценки и сравнения систем TES.В частности, эксергетический анализ дает значения эффективности, которые обеспечивают истинную меру того, насколько практически фактические характеристики приближаются к идеальным, и более четко, чем анализ энергии, определяют величины, причины и места термодинамических потерь. Следовательно, эксергетический анализ может помочь в улучшении и оптимизации конструкций TES.

Используя информацию из недавней книги авторов по TES [1], в этой главе описывается применение эксергетического анализа к TES и демонстрируется полезность такого анализа для понимания поведения и производительности TES.Обсуждаются ключевые термодинамические соображения при оценке TES, и подробно рассматривается использование эксергии при оценке системы TES. Выделена связь температуры с эффективностью, а также рассмотрены термическая стратификация, холодная TES и TES водоносного горизонта.

Следует отметить, что постоянно разрабатываются и анализируются новые тепловые накопители, например, система ТЭС на основе твердо-газового термохимического хлорида стронция-аммиака [2], и не все из них могут быть здесь рассмотрены. Кроме того, постоянно ведутся поиски усовершенствований существующих типов аккумуляторов тепла, таких как интегрированная конструкция для коммунальной солнечной системы отопления с использованием скважинного аккумулирования тепла [3], усовершенствованные разумные конструкции TES [4] и оптимизированные сезонные аккумуляторы для энергосистем на уровне сообщества [5].Также обратите внимание, что другие типы накопителей энергии, такие как батареи, часто требуют терморегулирования [6], но такие накопители выходят за рамки данной главы.

Что происходит в мире хранения тепловой энергии? — pv magazine International

Можно ли коммерциализировать эту технологию? Партнерство между Siemens Energy и EnergyNest по совместной разработке решений для аккумулирования тепла является последней разработкой в ​​отрасли, имеющей большой потенциал, но пока еще мало практического применения.

Из журнала pv USA

Siemens Energy и EnergyNest заключили долгосрочное партнерство с целью разработки решений по хранению тепловой энергии для промышленных клиентов. Обе компании изучают возможность использования избыточной возобновляемой электроэнергии для зарядки тепловой батареи, которая, в свою очередь, выделяет пар, когда это необходимо для выработки электроэнергии, что снижает потребность станции в природном газе, одновременно повышая гибкость.

Нишевые технологии

Накопители тепла долгое время считались жизненно важными для декарбонизации, но рынок этой технологии остается нишевым и дорогим.Это реальность, признанная Siemens и EnergyNest, и обе компании заявили о своем намерении создать модульные и стандартизированные системы хранения тепла, улучшая как эффективность, так и экономичность технологии в масштабируемой модели.

Тепловые аккумуляторы в настоящее время представляют собой рынок мелкого картофеля в мире энергетики с оборотом в 4,35 миллиарда долларов. И хотя технология в настоящее время сдерживается ограниченной эффективностью и еще более ограниченной экономикой проекта, сторонники технологии придерживаются идеи о том, что аккумулирование тепла может предложить более высокую мощность, улучшенный срок службы и более высокую общую надежность системы по сравнению с литий-ионным аккумулятором. батареи.

Siemens и EnergyNest — не единственные компании, работающие в секторе аккумулирования тепла. Какие еще инновации были сделаны, чтобы вывести эту нишевую технологию на рынок?

Стадия разработки

Не только частные компании стремятся расширить сферу применения аккумуляторов тепла. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) запустила проект, направленный на повышение эффективности аккумулирования тепла для последующего использования энергии для привода турбогенератора.В частности, NREL стремится разработать систему, использующую электричество для питания высокоэффективного теплообменника, который будет нагревать недорогие твердые частицы до температуры более 1100 C. Частицы будут храниться в изолированных бункерах до нескольких дней. Когда требуется электричество, горячие частицы будут подаваться через теплообменник с псевдоожиженным слоем, нагревая рабочую жидкость для приведения в действие турбины с комбинированным циклом Брайтона, присоединенной к генератору.

Говоря о Brayton Energy, компания в настоящее время разрабатывает то, что она называет «ключевым компонентом» для интеграции турбомашин в экономичную систему хранения тепловой энергии.По-английски это означает, что Брайтон стремится создать систему, в которой каждая ступень турбомашины предназначена для работы как компрессор, так и турбина, чередуя циклы зарядки и разрядки. Ожидается, что такое упрощение системы и объединение частей повысит эффективность и снизит капитальные затраты.

В 2018 году Echogen начала разработку системы хранения энергии, которая, по словам компании, использует цикл теплового насоса с CO2 для преобразования электрической энергии в тепловую путем нагрева «резервуара» из недорогих материалов, таких как песок или бетон.В этом случае в резервуаре сохраняется тепло, которое по запросу может быть преобразовано обратно в электроэнергию. Для выработки энергии жидкий CO2 будет перекачиваться через высокотемпературный резервуар до сверхкритического состояния, после чего он будет расширяться через турбину для выработки электроэнергии из накопленного тепла.

Эти три проекта развития реализуются в рамках квазиконкурентной серии грантов, предоставляемых ARPA-E, с целью снижения затрат на долговременное хранение до 5 центов за кВтч. Гранты включают больше, чем просто аккумулирование тепла, и ранее были освещены журналом pv.

В то время как интерес к разработке и исследованию аккумуляторов тепла вызвать довольно легко, коммерческие проекты и полностью реализованные решения — совсем другое дело.

Расплавленный алюминий

Шведский стартап Azelio, который хранит энергию в расплавленном алюминии, совершил прорыв в коммерческих проектах по хранению расплавленного металла. Одно из решений компании по хранению было установлено рядом с солнечным комплексом в Нур Уарзазат мощностью 580 МВт (510 МВт CSP и 70 МВт PV) в Марокко.В технологии Azelio используется электричество для нагрева переработанного алюминия до температуры 600 C. Когда требуется энергия от накопителя, сохраненная тепловая энергия передается в двигатель Стирлинга с помощью жидкого теплоносителя.

Буквально на прошлой неделе компания подписала меморандум о взаимопонимании с американской компанией Trimark Associates в отношении накопителя энергии Azelio мощностью более 45 МВт до 2025 года, при этом Trimark выступает в качестве системного интегратора, в попытке для Azelio закрепиться. на американском рынке.Первые проекты нацелены на 150 кВт в 2021 году, затем на 3 МВт в 2022 году, 6 МВт в 2023 году, 12 МВт в 2024 году и 24 МВт в 2025 году.

1414 градусов

Штаб-квартира находится в Аделаиде, Австралия, 1414 градусов. — компания по хранению тепла из расплавленного кремния, стремящаяся предоставить решения по хранению тепла для клиентов с потребностями от 10 МВт-ч до 1 ГВт-ч. Кремний хранится при 1414 градусах, отсюда и название.

Компания произвела фурор в конце 2019 года после покупки компании SolarReserve Australia II, владеющей проектом Aurora Solar Energy рядом с Порт-Огаста в Южной Австралии.Этот проект представляет собой комбинацию 220 МВт, 70 МВт фотоэлектрической и 150 МВт концентрированной солнечной энергии, которую 1414 Degrees добивается разрешения на расширение, добавив 400 МВт фотоэлектрической энергии.

Компания намеревается использовать проект Aurora для пилотирования своей технологии аккумулирования тепла TESS-GRID и обеспечения стабильной подачи электроэнергии в сеть.

Этот контент защищен авторским правом и не может быть использован повторно. Если вы хотите сотрудничать с нами и хотели бы повторно использовать часть нашего контента, свяжитесь с нами: editors @ pv-magazine.com.

Отопление Накопитель тепловой энергии

Нагревание Накопитель тепловой энергии

Если вы используете электрическое сопротивление, природный газ, пропан или жидкое топливо для производства космоса отопление, возможно, вы слишком много тратите на тепловую энергию. Накопитель тепловой энергии отопления использует электрическое сопротивление, самый эффективный из доступных процессов преобразования тепла, в ночное время при низких тарифах на электроэнергию для выработки тепловой энергии для использования в течение дня. Электрический КПД по сопротивлению в сочетании с более низкими внепиковыми расходами на электроэнергию может вызвать нагрев при часть стоимости обычных систем.

Как это работает?

Накопление тепловой энергии позволяет сократить расходы на отопление помещений за счет 100% конверсии. КПД ленточных электронагревателей сопротивления. Это означает, что вы можете использовать каждую единицу энергия, которую вы покупаете, в отличие от источников энергии, которые необходимо сжигать, чтобы высвободить тепло энергия. Ночью тепло вырабатывается ленточными нагревателями, а тепло хранится в каком-либо типе носитель информации, обычно земляной материал или керамический кирпич.Хранение тепла ночью означает что вы можете воспользоваться преимуществами электроэнергии в непиковые часы, которые обычно на 33-75% меньше дороже, чем в пиковые тарифы на электроэнергию. Тепло, которое сохраняется в ночное время, содержится в изолированном до тех пор, пока стандартный комнатный термостат не потребует обогрева помещения. В это время жара необходимо, чтобы комнатный термостат был удален из блока хранения и перенесен в комната.

Использование земли в качестве накопителя тепла обычно ограничивается новым строительством, так как приложение требует, чтобы электрические сети сопротивления были помещены на 1-2 фута в землю под структура потока.Требование размещения решеток под зданием делает это невозможно дооснащение любого объекта без подвала или подполья. Для нового строительства приложения, примерно 5 футов земли непосредственно под конструкцией используется для хранения тепла, производимого сетью. Вертикально укладывается жестко-водостойкий изоляционный материал. по периметру здания и простирается примерно на четыре фута ниже уровня земли линия оценки. Изоляция гарантирует, что тепло, хранящееся в земле, принудительно отводится в конструкцию, а не в окружающую землю.Сетка электрического сопротивления размещена На 1-2 фута ниже поверхности земли и покрыт примерно двумя дюймами песка и земли.

Керамический кирпич является отличным накопителем тепла как при модернизации, так и при строительстве нового здания. применения из-за размеров модуля, простоты установки и высокой способности удерживать тепло. Эти агрегаты обычно изготавливаются различных размеров и отправляются на строительную площадку. Их конструкция обычно состоит из изолированной коробки размером с обычную лучистую горячую воду. или паровой нагревательный блок.Модуль содержит множество керамических кирпичей в зависимости от требований к аккумулированию тепла. и небольшой частичный вентилятор циркуляции лошадиных сил. Керамический кирпич содержит полоску электрического сопротивления. обогреватели в свои отверстия. Ночью, в непиковые периоды с низкими затратами, ленточные нагреватели вырабатывают тепло. который поглощается керамическим кирпичом. Изоляция, окружающая кирпичи, ограничивает потери тепла. от кирпича до тех пор, пока это не потребуется для обогрева помещения. Днем обычный термостат используется для управления вентилятором фракционной мощности, который циркулирует воздух из комнаты через керамические кирпичи. для улавливания тепла и дует воздух в комнату.Как только термостат будет удовлетворен, он отключает циркуляционного вентилятора, и передача тепла прекращается до тех пор, пока это снова не потребуется термостату.

Подходит ли вам система аккумулирования тепла?

Системы аккумулирования тепла могут быть экономически оправданы практически для любого объекта, требующего больших количество тепла для отопления помещений и оплачивается по тарифам на электроэнергию, которые имеют большие разница между потреблением электроэнергии в пиковое и непиковое время.Эти типы ставок упоминаются в качестве графиков ставок по времени использования.

Ямный накопитель тепловой энергии (PTES)

Накопление энергии является ключевым элементом в обеспечении стабильного и экономичного энергоснабжения в будущем, создавая баланс между спросом и предложением. Накопители тепловой энергии Pit (PTES) позволяют хранить избыточную энергию, генерируемую ветром или солнцем, а также избыточное тепло от промышленности для последующего использования в сетях централизованного теплоснабжения, повышая гибкость и эффективность производства тепла.

Aalborg CSP предлагает поставку и установку ключевых компонентов PTES, а также готовые решения PTES, адаптированные к индивидуальным потребностям в энергии и требованиям для наиболее эффективного и надежного производства тепла. Aalborg CSP также предлагает предварительные исследования и анализ, например: технико-экономическое обоснование, предварительное проектирование и подробное инженерное обслуживание систем и решений вокруг ПТЭС.

Система PTES помогает обеспечить подачу тепла по запросу в периоды пиковой нагрузки, когда нет или ограничено производство энергии от солнца или других непостоянных возобновляемых источников энергии.Хранилище позволяет заменять ископаемое топливо на энергию с нейтральным выбросом CO2, поскольку позволяет использовать избыточное тепло от солнечных отопительных установок или промышленных процессов, а также избыточную электроэнергию, производимую ветром или фотоэлектрическими батареями. Избыточная энергия сохраняется в виде низкотемпературного тепла и высвобождается позже, когда потребность в отоплении и горячей воде высока. PTES — это экономичный способ хранения избыточной тепловой энергии, поскольку вода — дешевый носитель с высокой теплоемкостью.

Интеграция карьерного накопителя тепловой энергии в систему теплоснабжения увеличивает эффективность производства тепла, добавляет гибкости системе и способствует снижению счетов за отопление для потребителей.

Пит-накопитель тепловой энергии — это большой резервуар для воды, используемый для хранения тепловой энергии. Резервуар облицован пластиковыми накладками для удержания тепла и предотвращения утечек, а верхняя часть хранилища покрыта плавающей изолирующей крышкой, используемой для удержания тепла и защиты хранилища от дождевой воды. Запатентованная конструкция крышки предотвращает накопление влаги и позволяет парам диффундировать из конструкции крышки, а не накапливаться внутри изоляции. Эти уникальные конструктивные особенности помогают минимизировать потери тепла, тем самым повышая эффективность и надежность аккумуляторов и снижая затраты на электроэнергию для станций централизованного теплоснабжения.

Избыточное тепло и электричество используются для нагрева воды в накопителе до прибл. 80-90 ° С. Когда потребность в тепле увеличивается, охлажденная возвратная вода из сети централизованного теплоснабжения направляется в нижнюю часть накопителя. Таким образом, нагретая вода сверху направляется потребителям.

Для повышения эффективности и оптимальной работы PTES можно интегрировать с другими решениями и системами. Это может включать, но не ограничивается, интеграцию с централизованными центрами теплоснабжения, системами тепловых насосов и системами солнечного отопления.Хранилище должно заряжаться и разряжаться эффективным образом с соблюдением принципов эксплуатации, обеспечивающих безопасную работу, функциональность, длительный срок службы и, что не менее важно, производительность.

Aalborg CSP является экспертом в области проектирования, поставки, оптимизации и управления интегрированными энергетическими системами и теплообменниками и является одной из ведущих мировых компаний в этой области.