Odnawialne Źródła
Energii
Magazynowanie energii
cieplnej w gruncie
Wstęp:
• Konieczność ochrony środowiska
naturalnego spowodowała wzrost
zainteresowania wykorzystaniem
energii odnawialnej. Opracowywane
są coraz efektywniejsze technologie
pozyskiwania energii odnawialnej.
• Występująca dominacja chemicznych
paliw kopalnych jako źródła energii
pierwotnej powoduje wiele negatywnych
skutków przyrodniczych i gospodarczych.
Doprowadziło to do wzrostu
zainteresowania alternatywnymi źródłami
energii ze szczególnym naciskiem, na
odnawialne źródła energii (OZE) oraz
zwiększeniem efektywności przetwarzania
energii.
• W ostatnich latach obserwuje się wdrażanie coraz
bardziej efektywnych technologii pozyskiwania energii
odnawialnej. W praktycznych zastosowaniach
najpoważniejszym problemem jest sezonowy i losowy
charakter tych źródeł energii. Największe kłopoty przy
praktycznym wykorzystaniu energii słonecznej
powoduje zmienna w czasie intensywność
promieniowania. Produkcja elektryczna w siłowniach
wiatrowych uzależniona jest od zmiennej prędkości
wiatru. Wzajemne dopasowanie wydajności źródła
energii do również zmiennego zapotrzebowania na
energię to właściwie jest problem efektywnego
magazynowania energii. Jednym ze sposobów taniego
magazynowania energii cieplnej w ilości mającej
znaczenie gospodarcze są akumulatory gruntowe.
• Światowe badania i wykonane instalacje
demonstracyjne wskazują na możliwość
odzyskania nawet do 85 % energii w
cyklu rocznym. Niezależnie od możliwości
zastosowania sezonowego
magazynowania w systemach
wykorzystujących energię odnawialną,
bardzo ważnym kierunkiem zastosowań
jest wykorzystywanie energii odpadowej
powstającej w niektórych procesach
technologicznych.
• W takich przypadkach możliwe jest
wykorzystanie akumulatora energii w
cyklach dostosowanych do charakteru
procesu technologicznego. w zależności
od charakteru danego procesu
technologicznego. W rejonach gdzie
upowszechnią się systemy
wykorzystywania energii odnawialnej i
odpadowej, zmniejszać się będzie
stopień degradacji środowiska
naturalnego.
Historia magazynowania energii
Stosowanie magazynowania energii było znane od wieków, podczas gdy
przemysłowe zastosowania sięgają dopiero XIX wieku.
Początek był niemal przypadkowy. W 1963 r. w Chinach przeprowadzono kilka
eksperymentów ze sztucznym zasilaniem warstwy wodonośnej, aby
zapobiec nadmiernemu obniżaniu się zwierciadła wód podziemnych. Zimą
pompowano wodę do istniejących studni i czerpano ją w lecie, w okresie
największego zapotrzebowania. Przy okazji mierzono temperaturę wody
dostarczanej do studni i wypompowywanej w lecie. Okazało się, że
podczas kilkumiesięcznego magazynowania w gruncie, temperatura wody
niewiele się zmieniła. Czerpana w lecie woda była zimna i nadawała się do
klimatyzacji. Wykonano więc kolejne doświadczenia z magazynowaniem
zimnej wody. W 1965 r. w Szanghaju w 127 zakładach przemysłowych
wprowadzono zimną wodę do gruntu, a w sezonie letnim to samo
uczyniono z ciepłą wodą. Pomyślne wyniki pierwszych eksperymentów
sprawiły, że obecnie w Chinach ta technologia stosowana jest na dużą
skalę. Według publikowanych danych, tylko w Szanghaju w 1980 r.
wprowadzono do warstwy wodonośnej około15 mln m
3
wody zimnej i około
5 mln m
3
wody gorącej.
Historia magazynowania energii
cieplnej cd.
Regeneratory do odbioru ciepła gazów spalinowych były
już w użyciu w połowie zeszłego stulecia w procesach
przemysłowych wymagających wysokich temperatur
spalania, więc i wysokich temperatur powietrza. Takie
systemy są nadal obecne w przemyśle metalurgicznym
oraz szklarskim. Obecnie magazynowanie energii
cieplnej jest stosowane w powszechnie w
niskotemperaturowej części układów generujących
parę i otwartych obiegach turbin gazowych.
Zastosowanie magazynowania energii cieplnej do
napędu pojazdów (przez użycie magazynowania
termochemicznego – NaOH) datuje się od roku 1880, w
którym została zbudowana łódź do żeglugi rzecznej w
Szprewie.
Magazynowanie ciepła w
gruncie
TES – Thermal Energy Storage
Sposób kompensacji lub znacznego
zmniejszenia okresowego zachwiania w
bilansie energetycznym, związany jest
głównie z ochroną środowiska poprzez
oszczędzanie energii ze źródeł
nieodnawialnych lub zagospodarowanie
energii pozyskanej ze źródeł
odnawialnych.
Czas magazynowania energii uzależniony od zapotrzebowania oraz od
sposobu jej pozyskiwania. Rozróżnia się magazynowanie krótko i długo
terminowe.
Magazynowanie energii o charakterze krótkotrwałym jest powszechnie
stosowane. Przykładem są domowe bojlery na ciepłą wodę. Magazynowanie
krótkoterminowe umożliwia stosowanie systemów o mniejszej maksymalnej
mocy zainstalowanej. Jednocześnie dzięki możliwości magazynowania
energii, można korzystać z tańszego rozwiązania, np. taryfy nocnej.
Stosowanie długoterminowego magazynowania ciepła, a szczególnie
sezonowego, (które jest najdłużej trwającą formą magazynowania), jest
obecnie znacznie mniej popularne. Powodem tej sytuacji nie jest mały
potencjał techniczny ciepła, nadającego się do długoterminowej akumulacji,
a wręcz odwrotnie w okresie lata istnieją duże nadwyżki niewykorzystanego
ciepła, a w zimie chłodu. Rzeczywiste wykorzystanie i zmagazynowanie
tych nadwyżek jest ograniczone z reguły czynnikami ekonomicznymi, a w
mniejszym stopniu trudnościami technicznymi. Okres ostatnich kilkunastu
lat, to okres rozwoju różnorodnych form magazynowania energii. Okazało
się, że rozwój poszczególnych technik magazynowania zależy przede
wszystkim od lokalnych warunków.
Rodzaje magazynowania. Podział ze
względu na czas.
Ocena możliwości stosowania magazynów
energii
Tablica 1. Ocena możliwości stosowania magazynów energii
[Roman Domański, Magazynowanie energii cieplnej, PWN 1990]
Ogólne formy magazynowania
energii
Możliwości magazynowania w postaci energii:
- mechanicznej: w akumulatorach inercyjnych,
akumulatorach z wykorzystaniem mechanizmu
podnośnika śrubowego, akumulatorów sprężynowych,
itp.
- chemicznej: wodoru, paliwa, uranu, itp.;
- elektrochemicznej: w akumulatorach ołowiowych, żelazo-
niklowych, niklowo-cynkowych, litowo-siarkowych;
- hydraulicznej: w elektrowniach pompowo-szczytowe;
- pneumatycznej: w zbiornikach z gazem;
- elektrycznej: w kondensatorach;
- magnetycznej;
- cieplnej.
Łańcuch przemian energii
Powody magazynowania
energii:
-względy ekonomiczne i ekologiczne
związane z efektywnym
wykorzystaniem urządzeń (ciągła praca z
mocą nominalną)
-zmienne zapotrzebowanie na energię
elektryczną i cieplną w
różnych porach dnia, tygodnia czy roku
-okresowy lub lokalny nadmiar energii np.
słonecznej
-„czysty” ekologicznie transport
samochodowy
-niezawodność zasilania ważnych urządzeń
(np. szpitali,
komputerowych systemów bankowych)
-zasilanie urządzeń przenośnych lub
odległych
Rys. 1 Łańcuch przemian energii
S
posób magazynowania energii, pojemność
zasobników i ich rozwiązanie konstrukcyjne
mają decydujący wpływ na koszty
inwestycyjne i eksploatacyjne instalacji
słonecznych. Przy projektowaniu instalacji
należy, zatem wyznaczyć:
• niezbędną pewność dostawy ciepła,
• konieczność i możliwość zainstalowania
dodatkowych źródeł ciepła,
• porównawcze koszty otrzymywania energii
ze źródeł dodatkowych i kolektorów
słonecznych.
Rys.3. Zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania i przygotowania
c.w.u dla domku jednorodzinnego a promieniowanie słoneczne w
cyklu rocznym.
Linia czerwona
: zapotrzebowanie na ciepło Q/Q
max
Linia niebieska
: gęstość energii promieniowania I/I
max
rys.4. Zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania w styczniowy pogodny
dzień, a natężenie promieniowania słonecznego w tym dniu.
Linia niebieska
- I natężenie promieniowania słonecznego
Linia czerwona
- Q zapotrzebowanie na ciepło
Magazynowanie energii cieplnej
Thermal Energy Storage - TES
Podstawowe parametry w procesach konwersji energii
promieniowania słonecznego i akumulacji ciepła :
- Gęstość magazynowanej energii
- Moc ładowania
- Czas ładowania i rozładowywania magazynu
(akumulatora)
- Liczba możliwych do zrealizowania cykli ładowania i
rozładowywania
- Temperatura pracy
- Sprawność całkowita
Magazyny energii
Parametry stosowanych obecnie magazynów energii cieplnej:
Pojemność: 200 – 2 x 10^16 J
Moc: 6 x 10^15 W
Czas magazynowania: kilka sekund – kilka lat
Zamknięte zasobniki ciepła wykonane są jako zbiorniki stalowe
ciśnieniowe z podwójnym płaszczem grzejnym lub też z wężownicą
grzejną. Zbiorniki te są izolowane cieplnie, przy czym opór cieplny
izolacji jest taki, aby temperatura zewnętrznej powierzchni izolacji nie była
wyższa od temperatury otoczenia więcej niż o 5 do 10 K.
Duże zbiorniki akumulacyjne mogą być wykonane z betonu z odpowiednią
izolacją wilgociową i cieplną. Są to zbiorniki bezciśnieniowe z
izolowanymi lekkimi pokrywami. Gdy wymagana jest bardzo duża
pojemność, to jako zasobniki ciepła można wykorzystać otwarte zbiorniki
zewnętrzne, stawy itp. Jednak muszą być one wyposażone w izolowane
przykrycia, aby ograniczyć straty ciepła w wyniku parowania i
promieniowania. Natomiast straty ciepła przez przenikanie do gruntu są
stosunkowo małe. Na przykład staw o wym. 50×50 m i głębokości 4 m
może zakumulować ciepło w ilości 175 MWh przy różnicy temperatury 15 K.
Akumulowanie ciepła w instalacjach słonecznych jest zagadnieniem
trudnym ze względu na niską temperaturę czynnika roboczego.
Zjawiska wykorzystane w procesie
magazynowania energii cieplnej:
1. Nagrzewanie ciał stałych i cieczy
2. Przemiany fazowe: zmiany struktury
ciała stałego, topnienie, parowanie,
sublimacja
3. Reakcje chemiczne: uwodornienie,
hydroliza, reakcje odwracalne itp.
rys.5. Sposoby magazynowania energii cieplnej.
[Witold M. Lewandowski, Proekologiczne odnawialne źródła energii, WNT 2006].
Oznaczenia: s- ciało stałe, c- ciecz, g- gaz
Ad 1. Wykorzystanie ciepła
właściwego
Ilość zmagazynowanego ciepła zależy od:
• pojemności cieplnej materiału- jest to stosunek ilości
ciepła (dQ) dostarczonego do układu, do odpowiadającego
mu przyrostu temperatury (dT).
gdzie: C - pojemność cieplna, Q – ciepło, T – temperatura
Najważniejszy parametr, różny dla różnych materiałów i zależny
od różnicy temperatur po i przed nagrzaniem
• ilości materiału
• temperatury, do której ma być ogrzewany
dT
dQ
C
Pojemność cieplna
wybranych materiałów
rys.6. Pojemność cieplna wybranych materiałów [Witold M. Lewandowski,
Proekologiczne odnawialne źródła energii, WNT 2006]
1-woda, 2- dowtherm J, 3- olej, 4- parafina, 5- beton, 6- sód, 7- aluminium, 8-
cegła, 9- żelazo.
Materiał
Gęstość
[kg/m
3
]
Ciepło
właściwe [kJ/
(kg·K)]
Ciepło
właściwe [MJ/
(m3·K)]
Woda
1000
4,2
4,2
Beton
2300
1,0
2,3
Stal 7800
7800
0,47
3,67
Płyta gipsowa
1400
0,84
1,18
Cegła
1600
0,84
1,34
Drewno
600
1,6
0,96
PCM
870-1000
18,0
15,7-18
Tablica 2. Porównania pojemności cieplnej różnych
materiałów
(PCM – mieszanina kwasów tłuszczowych, temperatura topnienia
22°C, pojemność cieplna – efektywne ciepło właściwe – w zakresie
temp. 18–28ºC [3])
Woda
jako substancja magazynująca ciepło przy
wykorzystaniu ciepła właściwego
Zalety:
• łatwość nabycia
• nietoksyczność
• dobre przewodzenie ciepła
• możliwość cyrkulacji w całym układzie wykorzystania energii
• słonecznej
Wady:
• wywoływanie korozji
• możliwość pracy w temperaturach od 0 do 1000C
Wodę do magazynowania energii cieplnej w magazynach krótkoterminowych
gromadzi się w zbiornikach o pojemności od 4 do 20 tysięcy litrów dla domu
jednorodzinnego, co zależy głównie od obliczonego czasu magazynowania
ciepła.
Inne materiały:
Do magazynowania ciepła można również używać ciał stałych:
• kamienie, cegły, beton, żelazo itp.
Np. ciepło kamieni właściwe jest jednak niewielkie, stąd wymagana objętość złoża
dwukrotnie większa od magazynów wodnych dla tych samych ilości ciepła.
Magazyny dla domków jednorodzinnych mają złoża kamieni o łącznej masie od
15 do 120 t, w zależności od obliczonego czasu i pojemności zasobnika.
Ad. 2. Wykorzystanie ciepła przemian fazowych
Sposób magazynowania energii cieplnej poprzez wykorzystanie ciepła
przemian fazowych uważany jest za jeden z najbardziej obiecujących. W
czasie przemiany fazowej mogą być pochłonięte lub wydzielone znaczne
ilości ciepła, praktycznie przy niewielkich zmianach temperatury złoża.
Pozwala to na przykład na optymalne wykorzystanie energii dostarczonej
z kolektorów słonecznych.
Zależnie od niezbędnego (uwarunkowanego sposobem wykorzystania energii i
posiadanym źródłem) zakresu temperatur oraz przewidywanych
warunków pracy mogą być stosowane różne materiały np.: metale (Al,
Na), stopy dwuskładnikowe i wieloskładnikowe, stopione sole, eutektyki
soli, hydraty, mieszaniny w fazie stałej, woski, parafiny oraz specjalne
preparowane substancje organiczne, np. stabilny polietylen o dużej
gęstości (HPDE) zachowujący uprzedni kształt po przemianie fazowej
pierwszego rodzaju.
Główną rozważaną przemianą fazową jest przemiana ze stanu skupienia
stałego w ciekły. Rozważane są także odmienne przemiany fazowe,
najczęściej bierze się pod uwagę parowanie, uzyskuje się bowiem w tym
procesie duże zmiany entalpii. Wadą tego sposobu jest konieczność
budowania zbiorników o dużej objętości lub zbiorników ciśnieniowych.
Zaletami układów wykorzystujących ciepła topnienia jest ich duża pojemność
cieplna odniesiona do jednostki masy, niemal stała temperatura w jakiej
oddają i pobierają ciepło, a także możliwości doboru temperatury
przemiany do warunków pracy źródła.
Przemiany odbywające się z pobraniem lub oddaniem ciepła:
1.
topnienie/krzepnięcie: przemiana fazowa, polegająca na przejściu substancji ze
stanu stałego w stan ciekły / proces przechodzenia ciała ze stanu ciekłego w stan
stały.
2.
krystalizacja/rozpuszczanie: proces powstawania fazy krystalicznej z fazy ciekłej,
roztworu lub fazy gazowej / proces fizykochemiczny polegający na takim zmieszaniu
ciała stałego, gazu lub cieczy w innej cieczy lub gazie, że powstaje jednorodna,
niemożliwa do rozdzielenia metodami mechanicznymi mieszanina.
3.
sublimacja/desublimacja: przemiana fazowa bezpośredniego przejścia ze stanu
stałego w stan gazowy z pominięciem stanu ciekłego / przejście fazowe, polegające
na bezpośrednim przechodzeniu substancji z fazy gazowej (pary) w fazę stałą z
pominięciem stanu ciekłego.
4.
parowanie/skraplanie: proces zmiany stanu skupienia, przechodzenia z fazy ciekłej
danej substancji w fazę gazową (parę) zachodzący z reguły na powierzchni cieczy /
zjawisko zmiany stanu skupienia, przejścia substancji z fazy gazowej w fazę ciekłą.
5.
wrzenie/kondensacja: zjawisko przemiany cieczy w gaz (parę), podczas którego
powstają i rosną pęcherzyki pary nasyconej w objętości / przejście ze stanu gazowego
w ciecz (skraplanie), lub w ciało stałe (resublimacja).
6.
Zmiany struktur krystalicznych
Cd. Wykorzystanie ciepła przemian
fazowych
Istotnym problemem układów z wykorzystaniem ciepła topnienia
jest uzyskiwanie stabilności właściwości cieplnych w
kolejnych cyklach ładowania i rozładowania, wiele materiałów
ulega dekompozycji lub segregacji, a ich pojemność cieplna może
maleć nawet do 40% pojemności początkowej po kilkudziesięciu
cyklach. W materiałach mogą występować przegrzania i
przechłodzenia. Wymaga to praktycznie prawie dla każdego
materiału badań eksperymentalnych i w wielu przypadkach
poszukiwania dodatków stabilizujących. Praktycznym zagadnieniom
towarzyszy wiele trudności konstrukcyjnych: konieczność budowania
odpowiedniego do danego materiału wymiennika, problemy korozji
zbiornika i wymiennika (wiele materiałów stosowanych ma
właściwości korodujące), konieczność wprowadzenia dodatków
zapobiegających np. przechłodzeniu cieczy.
Aby polepszyć wymianę ciepła w złożu oraz zapobiec segregacji stosuje
się:
1.
Odpowiednio dobraną geometrię wymiennika (pojemnika)
2.
Ruch elementów wymiennika
Układ wykorzystujący przemianę
fazową, komora termiczna woskowa,
jako akumulator ciepła
Metody magazynowania ciepła z
wykorzystaniem związków i
pierwiastków.
Dobór związków i pierwiastków zależy od:
•
toksyczności
•
palności
•
ceny
•
temperatury przemiany
•
trwałości.
Materiały do magazynowania energii cieplnej dzieli się na nisko-,
średnio- i wysokotemperaturowe.
Zasobniki wykorzystujące ciepło utajone, np. niezbędne do
zmiany fazy mogą akumulować znacznie więcej ciepła niż
zasobniki ciepła jawnego, przy czym temperatura czynnika
roboczego w zasadniczym okresie ich pracy jest stała. W zakresie
niskiej temperatury czynnikami akumulującymi ciepło są roztwory
soli łatwo krystalizujących, jak np. hydraty Na2 SO4 10 H2O (sól
glauberska), kwasy organiczne (np. stearynowy), parafina,
odpowiednie gatunki wosków itp. Natomiast w zakresie wysokiej
temperatury stosuje się mieszaniny bezwodnych soli.
Najczęściej stosowane sole
uwodnione
• chlorek wapniowy (CaCl2x6H2O – temperatura
topnienia ok.380C, ciepło topnienia –174,4 kJ/kg)
• węglan sodowy (Na2CO3x10H2O – temperatura
topnienia 360C, ciepło topnienia 7950 kJ/kg)
• tiosiarczan sodowy (Na2S2O3x5H2O – temperatura
topnienia 52,20C, ciepło topnienia – 6750 kJ/kg)
• siarczan sodowy – sól Glaubera (Na2SO4 x 10H2O
temperatura topnienia ok. 320C, ciepło topnienia –
8100kJ/kg)
260
280
300
320
340
360
380
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Ciepło topnienia [kJ /kg]
T
em
p
er
at
u
ra
t
o
p
n
ie
n
ia
[
K
]
Na
Ba(OH)*8H2O
N2O5
n-oktazan
parafina
n-oktaden
LiNO3*3H2O
gliceryna
n-pentadekan
LiClO3*3H2O
Ciepła topnienia związków
niskotemperaturowych
Rys.7. Ciepła topnienia związków niskotemperaturowych. [Proekologiczne odnawialne
źródła energii, Witold M. Lewandowski, WNT 2006]
Fizyczne właściwości niektórych związków
chemicznych stosowanych w zasobnikach
ciepła utajonego
Tabela.3 Fizyczne właściwości niektórych związków chemicznych
stosowanych w zasobnikach ciepła utajonego.
Ad.3. Wykorzystanie reakcji
chemicznych
W podziale sposobów magazynowania energii cieplnej
trzecim rodzajem jest magazynowanie z wykorzystaniem
ciepła odwracalnych reakcji chemicznych i reakcji
fotochemicznych, uwalniania wody z hydratów i zeolitów
oraz produkcję paliw.
Podczas reakcji chemicznych może się wydzielać ciepło –
reakcje egzotermiczne lub może być konieczne
doprowadzenie ciepła – reakcje endotermiczne.
Wykorzystanie reakcji chemicznych do magazynowania
ciepła może mieć miejsce gdy są to odwracalne reakcje.
Zmiany entalpii podczas reakcji są większe niż podczas
przemian fazowych, stąd i większe możliwości
magazynowania ciepła.
Odwracalne reakcje chemiczne
W czasie endotermicznej reakcji chemicznej dostarczana energia
w postaci ciepła ulega konwersji na energię chemiczną i jest
magazynowana w tej postaci. W reakcjach odwracalnych ciepło
odzyskiwane jest w reakcji egzotermicznej. Ponieważ zmiany
entalpii w czasie reakcji chemicznej są dużo większe od zmian
entalpii podczas przemian fazowych, gęstości energii
przypadające na jednostkę masy lub objętości są większe dla
systemów chemicznych. Wartości : do 2*10^9 J/m3.
Produkty reakcji endotermicznej mogą być schłodzone (warunkiem
jest przebieg reakcji w podwyższonych temperaturach) i
magazynowane w temperaturze otoczenia, co zapobiega
stratom ciepła oraz zmniejsza zagrożenie korozją. Układ
wymaga po zakończeniu procesu dodatkowego odbioru ciepła w
celu uniknięcia zmniejszenia się całkowitej sprawności systemu.
Reakcje odwracalne stosowane do
magazynowania ciepła
Tablica 4. Zestawienie rozważanych odwracalnych reakcji chemicznych.
[Roman Domański, Magazynowanie energii cieplnej, PWN 1990]
T’<T => reakcja endotermiczna, T’>T => reakcja egzotermiczna
Litery w nawiasach oznaczają stan skupienia.
Magazyny chemiczne
Podział ze względu na zastosowanie:
1) Rzeczywiste magazyny energii cieplnej,
2) Systemy transportujące energię cieplną
(thermochemical pipe line reaction – np.
rozkład SO
3
),
3) Urządzenia pompujące energię cieplną
(chemical heat pump storage – np. zmiana
stężenia H
2
SO
4
w wodzie).
Pkt. 2) i 3) pozwala na odebranie energii w
określonym miejscu jak również
przetransportowanie jej w inny punkt.
Reakcje odwracalne:
1.
Stwarzają duże możliwości magazynowania energii cieplnej
2.
Mogą być stosowane w układach odbierających ciepło z
procesów przemysłowych, wysokotemperaturowych
reaktorów jądrowych (HTGR)
3.
Mogą być wykorzystane w układach kolektorów słonecznych
Problemy wykorzystania reakcji odwracalnych w magazynowaniu
energii cieplnej:
a)
Wysokie koszty
b)
Skomplikowana i złożona budowa systemów
c)
Powtarzalność cykli łączenia i rozpadu danych związków
Magazynowanie energii cieplnej może być korzystne dla
magazynowania długoterminowego i przesyłania
energii na duże odległości.
Podsumowanie opłacalności wykorzystania
odwracalnych reakcji chemicznych w
magazynowaniu energii cieplnej
Reakcje fotochemiczne
Pobieranie energii podczas reakcji fotochemicznej ma miejsce ze
względu na rozpad substancji na elementy prostsze pod
wpływem pochłaniania światła monochromatycznego lub
pełnego widma widzialnego. Proces ten jest odwrócony gdy
występuje brak oświetlenia, czyli substancje wracają natychmiast
lub po pewnym określonym czasie do stanu poprzedniego oddając
ciepło.
ciepla
postaci
w
energia
A
B
B
A
hv
Gdzie : A – dobry absorbent promieniowania, B – substancja nieczuła na
promieniowanie.
Przykłady roztworów: jodu w benzenie, CCl
4
(tetrze), alkoholu oraz karbonylek niklu.
Substancje specjalne – absorbujące promieniowanie podczerwone lub słoneczne:
stopiona sól Hitec (53KNO
3
40NaNO
2
, 7NaNO
3
– liczby przed substancjami to
procentowy udział molowy) o punkcie topnienia 142 stopnie Celsjusza i zakresie pracy
do 400 stopni Celsjusza przez dodanie około 0,1% mas Co(NO
3
)*6H
2
O zwiększa swoja
absorpcyjność około jedenastu razy w porównaniu z czystą solą.
Uwalnianie wody z hydrantów i zeolitów
Problemem związanym z tym sposobem magazynowania energii cieplnej jest
segregacja uwolnionej wody od substancji wiążącej tę wodę. Stwierdzone jest
zmniejszanie się ilości wody wiązanej w czasie cyklicznego ogrzewania i
chłodzenia, przykład: 34% po 140 cyklach. Zjawisko to jest związane z
występowaniem gazów (np. H
2
) na powierzchni materiałów, zaś usuwanie
gazów zwiększa sprawność procesu. Segregacji uwolnionej wody zapobiega
stosowanie hydratów lub zabiegów mechanicznych – rotację pojemników,
fluidyzację przygotowanego złoża. Przy tym sposobie magazynowania energii
występuje topnienie substancji wiążącej wodę w postaci hydratu lub już po
uwolnieniu wody. Uwolniona woda w temperaturze 100 stopni Celsjusza
zamienia się w parę, co powoduje konieczność stosowania naczyń
ciśnieniowych i ciągnie za sobą wymagania zabezpieczeń oraz testów. Materiały
stosowane: FeSO
4
* 7H
2
O, CaSO
4
* 2H
2
O, KAl(SO
4
) * 12H
2
O, ZnSO
4
* 7 H
2
O.
Przykładowe substancje wykorzystywane w uwalnianiu wody hydratów i zeolitów
jako sposób magazynowania energii: porowate substancje, procesy ich
suszenia, gdzie odbiór ciepła następuje przy ponownym pochłanianiu cieczy
przez substancję. Najlepsze substancje to zeolity, ale także sproszkowane
aluminium, węgiel drzewny lub aktywny, a ciecze – woda.
Ciepło akumulowane w takich układach jest porównywalne do ciepła
akumulowanego w procesach wykorzystujących ciepło topnienia.
Magazyny na ciepło
wyczuwalne
Magazyny na
ciepło utajone
Magazyny
chemiczne
Woda
Skała
Na
2
SO
4
x
x 10H
2
O
NH
4
Br(s)=
NH
3
(g)+HBr(g)
Ciepło
właściwe z
1m
3
(kJ/m
3
)
209 x 10
3
107 x 10
3
552 x 10
3
5540 x 10
3
Masa
potrzebna do
zmagazynowa
nia 4,18x10
6
kJ energii (kg)
2 x 10
4
10 x 10
4
1,18 x 10
4
0,22 x 10
4
Objętość
potrzebna do
zmagazynow.
4,18x10
6
kJ
energii (m
3
)
20
39
7,6
0,9
Porównanie typów magazynów energii cieplnej
Magazynowanie energii
cieplnej w gruncie
Przyjmuje się, że 1 m
3
gruntu suchego
magazynuje około 8 kWh , zaś
wilgotnego 25 kWh energii. Odzysk
ciepła przy zastosowaniu dwóch stref
magazynowania wynosi 75 – 90%.
W rocznym cyklu pracy systemu można
wyróżnić dwie zasadnicze fazy:
• Magazynowanie energii. Energia cieplna uzyskana z
kolektorów słonecznych jest magazynowana
bezpośrednio w akumulatorze gruntowym opartym o
sondy głębinowe o głębokości do 120m. Taki przypadek
jest możliwy wówczas gdy akumulator gruntowy jest
rozładowany tzn gdy temperatura medium zasilającego
jest wyższa od temperatury medium na powrocie.
• Odzyskiwanie energii. Energia cieplna z akumulatora
jest przekazywana do systemu grzewczego za
pośrednictwem pompy ciepła lub w przypadku
zapotrzebowania energii na niskim poziomie
temperaturowym do odladzania/odśnieżania za pomocą
wężownic umieszczonych pod powierzchnią gruntu.
• Ważnym zagadnieniem efektywnego
magazynowania energii cieplnej jest
odpowiednie dopasowanie wydajności jej
źródła do zapotrzebowania na nią. Istotne
staje się opracowanie efektywnego narzędzia
prognostycznego do szacowania ilości energii
cieplnej dla różnych wariantów działania
systemu magazynowania jej w gruncie.
Kluczowe są odpowiedzi na pytania o długość
fazy magazynowania i odbioru energii,
rozmiary akumulatora oraz wpływ
parametrów termodynamicznych gruntu.
• Bezpośrednie wykorzystanie
promieniowania słonecznego w
przyszłym stuleciu może osiągnąć
20% globalnego zużycia energii.
Jest to możliwe dzięki:
1. Kolektorom płaskim, zbierającym energię
promieniowania bezpośredniego i
rozproszonego, wykorzystywaną
następnie do ogrzewania pomieszczeń
oraz dostawy ciepłej wody użytkowej;
2. przestrzenne, lustrzane koncentrujące
energię w ograniczonym obszarze
(ognisku) wykorzystywanym następnie w
procesie wytwarzania energii
elektrycznej wodoru (z wody) czy
metanolu (z węgla).
Przykładowe instalacje:
• doświadczalny system grzewczy wykorzystujący
kolektory słoneczne i gruntowy akumulator
energii cieplnej wykonany w Kozienicach.
• System akumulacji ciepła w gruncie za pomocą
kolektorów słonecznych oraz kolektora
powietrznego w Słupnie koło Warszawy.
• Szwecja: jedna z pierwszych dużych instalacji
słonecznych ze sztucznym zbiornikiem
akumulacyjnym.
• System ogrzewania w Borowej Górze koło
Serocka
Kozienice
• Instalacja składa się z czterech podstawowych
elementów:
• Dwa odwierty głębinowe po 96 m każdy
• Instalacja trzech kolektorów słonecznych o łącznej
powierzchni 6m2.
• Instalacji pod powierzchnią trawnika na
głębokości cm z rur PE o średnicy 25mm
• Dwóch sterownika mikroprocesorowych, do
których podłączono 20 czujników temperatury,
licznik energii, przepływomierz, stany punktów
takich jak zawór kolektora słonecznego, pompa
obiegowa.
Sterownik- jego funkcje
• Oblicza właściwości roztworu glikolu
takich jak ciepło właściwe i gęstość na
podstawie temperatury i stężenia
• Oblicza średnią temperaturę dobową
• Zlicza sumaryczne wartości przepływów
roztworu i energii
• Przekazuje dane do centralnego
komputera gdzie wszystkie dane są
archiwizowane. Archiwizacja danych
odbywa się w próbkach jedno minutowych.
Czujniki- rozmieszczenie, funkcje
• temperatura powietrza
• temperatura gruntu na głębokościach 5,
10, 40, 80, 160cm
• temperatura przepływającego roztworu
glikolu: zasilenie i powrót
• temperatura gruntu
podgrzewanego/chłodzonego na
głębokościach 5, 15cm w dwóch miejscach
• temperatura w odwiercie na głębokościach
6, 11, 16, 36, 66, 96m
Projekt instalacji:
Cel projektu:
• Oszacowanie ilości energii jaką można
zmagazynować w odwiertach głębinowych
w okresach nadmiaru energii cieplnej dla
celów ich wykorzystania w okresie
zimowym dla współpracy z pompami
ciepła celem podniesienia współczynników
sprawności
• do ogrzewania otwartych powierzchni jak
boiska piłkarskie, pasaże dla pieszych,
ulice, parkingi oraz dużych hal sportowych,
magazynowych i itp.
W okresie marzec-październik
akumulacja energii następuje
w dwóch fazach:
• w czasie trwającego promieniowania
słonecznego za pomocą kolektorów
słonecznych w gruncie
• nocą odbierając zakumulowaną
energię cieplną z terenu pod którym
ułożono wymiennik płaski do
wymienników pionowych
Zalety instalacji:
• Zimą podczas ogrzewania pomieszczenia za
pomocą pomp ciepła wzrost współczynnika
sprawności (COP) poprzez wyższą temperaturę
gruntu o około 10 %
• Instalacja może wykorzystywać kolektory
słoneczne do ogrzewania c.w.u.
• Dla terenów zielonych dodatkową korzyścią jest
ograniczone zużycie wody do podlewania
murawy. Latem temperatura warstwy ziemi pod
trawą jest nieustannie schładzana ograniczając
odparowywanie wody w dzień, a w chłodniejsze
noce powoduje efekt roszenia.
Wnioski:
• Wszystkie zebrane wartości posłużą
do sprawdzenia efektywności takich
instalacji z magazynowaniem ciepła
w gruncie za pomocą kolektorów
słonecznych. Obliczone wskaźniki
kosztów eksploatacyjnych dla
systemu są obiecujące przez co
autorzy projektu wiążą z nim duże
sukcesy.
Słupno
• W rozwiązaniu wykorzystano kolektory
słoneczne. Jednak jest tutaj wiele różnic w
stosunku do standardowych zastosowań. I
to nie tylko dlatego, że kolektorów będzie
więcej niż zwykle; oprócz podgrzewania
wody w zasobniku posłużą one także do
ogrzania gruntu pod podłogą budynku.
Zakumulowane pod domem ciepło będzie
wykorzystywane do podgrzewania wody w
zasobniku w okresach, gdy nie ma słońca
lub jest go mniej, niż potrzeba.
• Cały układ będzie jeszcze wspomagał
"kolektor powietrzny", czyli
umieszczona wzdłuż kalenicy
perforowana plastikowa rura, która
posłuży do przechwytywania ciepłego
powietrza gromadzącego się pod
pokryciem dachu. Za pomocą
wentylatora powietrze to będzie
tłoczone pod podłogę budynku,
powiększając stopień nagrzania
gruntowego akumulatora ciepła.
Schemat instalacji:
• Przekrój
przez
fundament,
podłogę na
gruncie i
gruntowy
akumulator
ciepła.
Budowa gruntowego
akumulatora ciepła:
• Na poziomie ław fundamentowych zostały ułożone
przewody z rurek polipropylenowych, którymi dopływa
czynnik grzewczy z kolektorów słonecznych. Rurki te
przysypano 15-centymetrową warstwą piasku. Na nim
ułożono rury PVC o średnicy 110 mm, które stanowią
kolejny wymiennik ciepła, doprowadzając gorące powietrze
zassane w kalenicy dachu.
• Kolejna 15-centymetrowa warstwa piasku oddziela ten
wymiennik od drugiej warstwy rurek polipropylenowych,
które posłużą do wstępnego podgrzania ciepłej wody
użytkowej w zasobniku. Rurki te przysypane są kolejną
warstwą piasku, na których zostanie położona warstwa
chudego betonu i 15-centymetrowa warstwa izolacji
cieplnej ze styropianu. Na niej ułożone będą tradycyjne
warstwy podłogowe.
Rozkład przewodów grzewczych
kolektora powietrznego…
…oraz kolektora słonecznego
(wodnego)
Dodatkowe zabezpieczenia:
• Wokół domu ułożono przewody kolektora
gruntowego, który wspomagać będzie działanie
wentylacji mechanicznej - zimą wstępnie
podgrzewając powietrze zasysane do domu,
latem je wychładzając. Kolektor gruntowy
wykonany ze wzmocnionych rur kanalizacyjnych
ułożono w pobliżu ław fundamentowych na
stosunkowo niedużej głębokości i obsypano go
piaskiem. Następnie cały kolektor przykryto 10-
centymetrowymi płytami styropianowymi
półmetrowej szerokości. Zostaną one zasypane
ziemią i stanowić będą izolację kolektora przed
zmianami temperatury
Obliczenia:
• Zasobnik ciepła ma ok. 95m2 powierzchni i pół metra
głębokości
• Zakładamy, że cały grunt podgrzeje się do
temperatury 40 °C.
• Pozwoli to zakumulować 1600kWh energii cieplnej.
• Sprawność układu przyjmujemy na poziomie 50%
• Ok. 800kWh będzie można wykorzystać do podgrzania
wody średnio o 20°C dla 4-osobowej rodziny przy
założeniu że zapotrzebowanie ciepłej wody to 100
litrów dziennie.
• Ten zapas ciepła wystarczy na pokrycie w 80-90%
zapotrzebowania na ciepło do przygotowania ciepłej
wody w okresie zimowym oraz ponad 95%
zapotrzebowania w okresie letnim.
• Możliwość przechowania na miesiące zimowe
przynajmniej części energii słonecznej pozyskanej
latem jest bardzo zachęcające do tego typu
instalacji.
• Naturalnym dla tego celu zasobnikiem ciepła jest
grunt pod podłogą, co dodatkowo zmniejszy
zapotrzebowanie ciepła do ogrzewania
domu, dzięki wyeliminowaniu strat ciepła przez
podłogę.
• Woda będzie prawie w całości podgrzewana
bezpośrednio przez dwa rodzaje kolektorów:
słoneczny i powietrzny.
• Wykorzystanie energii promieniowania
słonecznego do zmniejszenia kosztów
eksploatacji domu.
Wnioski:
Szwecja:
• Na całym świecie budowane są bardzo duże
instalacje solarne o powierzchni kilkuset tysięcy
m2, które mogą służyć do bezpośredniego
podgrzewania wody użytkowej jak także do
akumulowania energii w gruncie i
wykorzystywania jej gdy energia promieniowania
słonecznego jest zbyt mała. Tradycje budowania
instalacji solarnych są dość długie. Pierwszą była
instalacja w Lyckebo w Szwecji o powierzchni
4320m2 zbudowana już w 1983 roku. Dlatego
postaramy się przyjrzeć z bliska temu obiektowi.
Schemat ogólny instalacji:
Lyckebo
Wodny zbiornik akumulacyjny
wykuty w kawernie skalnej
Lyckebo. Bateria kolektorów
słonecznych - widok z lotu ptaka.
Rzeczywiste koszty ciepła uwzględniające:
koszty obsługi i utrzymania instalacji słonecznej (1985) dla stopy
dyskonta 4% i czasu eksploatacji 20 lat dla kolektorów i 40 dla
zbiornika akumulacyjnego. (korona=0.35PLN)
Nakłady inwestycyjne, rodzaj
zbiornika
Rok
budowy
Lokalizacja
Powierzchni
a kolektorów
[m2]
Inwestycje
(SEK/m2)
zł/M2
Objętość
[m3]
Rodzaj zbiornika
1982
Torvalla
2000
3566
1417,842
bd
1983
Lyckebo
4320
3904
1552,23
105000
(nieizolowana jaskinia
skalna)
1984
Ingelstad
1B
1425
4095
1628,172
5000
(izolowany zbiornik
betonowy)
1985
Nykvarn
1A
4000
2858
1136,341
1500
(izolowany zbiornik
stalowy)
1987
Ingelstad
1A
1000
2959
1176,498
5000
(izolowany zbiornik
betonowy)
1987
Malung
600
2464
979,6864
bd
bd
1989
Falkenberg
5500
2093
832,1768
bd
bd
1991
Nykvarn
1B
3500
2295
912,492
bd
bd
1992
Sater
1250
2081
827,4056
bd
bd
Schemat ogólny systemu
ogrzewania w Borowej Górze
Schemat połączeń wymienników w
akumulatorze gruntowym
W warunkach polskich od ogrzania obiektu o powierzchni
ok. 1000 m
2
należy zastosować kolektory o łącznej
powierzchni około 85 m
2
, które powinny współpracować z
magazynem utworzonym z 30 Mg kamieni, o średnicy
około 50 mm, usypanych w złoże. W średnich warunkach
napromieniowania można w takim magazynie uzyskać, np. w
marcu, 500 MJ/24 h ciepła, a w czerwcu ponad dwa razy
więcej. Magazynowanie energii cieplnej w kamiennym złożu
może również być stosowane w jednorodzinnym
budownictwie z systemem kolektorów słonecznych. Znane są
również magazyny ciepła w postaci pionowych, wierconych w
skale otworów długości 40 – 150 m i średnicy 0,075 – 0,11 m,
wypełnionych wodą. Systemy takie, które są najczęściej
skojarzone z pompą ciepła, pracują w USA, Kanadzie,
Szwecji, gdzie działa ponad 10 000 takich układów.
Fakty dotyczące magazynowania energii
cieplnej
System magazynowania energii cieplnej w gruncie w
Stacji Badawczej Zakładu Geotechniki IMGW w Borowej
Górze k. Serocka
CHARAKTERYSTYKA SYSTEMU OGRZEWANIA
•
Budynek Stacji Badawczej jest budynkiem parterowym, wolnostojącym, niepodpiwniczonym.
•
Posiada część laboratoryjną i biurową.
•
Całkowita powierzchnia budynku wynosi 340 m2 natomiast kubatura 1078 m3.
Akumulator gruntowy stanowią cztery sekcje z których każda składa się z 12 pionowych
wymienników o średnicy 2” i długości 21 m. Wymienniki rozmieszczono w regularnej siatce
kwadratowej o boku 4 m. Łączna długość wymienników wynosi 1008 mb zaś objętość
akumulatora (gruntu): 16500 m3. Położenie akumulatora względem budynku oraz schemat
połączeń hydraulicznych wymienników przedstawiono na rysunku 1a. Zastosowano wymienniki
typu koncentrycznego składające się z dwóch rur umieszczonych jedna w drugiej. W fazie
magazynowania energii cieplnej podgrzana woda (lub inny nośnik) dostarczana jest za pomocą
rury wewnętrznej o średnicy 1" , wypływa w dolnej części zaślepionej rury zewnętrznej (średnica
2") i przemieszczając się do góry ogrzewa ją oraz otaczający grunt. W fazie odzyskiwania
energii z gruntu czynnik krążący w akumulatorze przemieszczając się wzdłuż ścianki bocznej
rury zewnętrznej ogrzewa się ciepłem zgromadzonym w gruncie otaczającym wymiennik. W
ramach sekcji wymienniki połączono szeregowo. Źródłem energii zasilającym akumulator są
kolektory słoneczne typu USD o powierzchni łącznej 62,92 m2 (22 sztuki po 2,86 m2). Układ
hydrauliczny kolektorów stanowi obieg zamknięty a energia przekazywana jest do akumulatora
za pomocą wymiennika ciepła lub do pompy ciepła. Układ hydrauliczny akumulatora
gruntowego stanowią dwa niezależne obiegi zamknięte zasilające po dwie sekcje akumulatora.
Układ hydrauliczny ogrzewania budynku jest zasilany z pompy ciepła. Ruch nośnika energii we
wszystkich układach hydraulicznych jest wymuszony.
Zapotrzebowanie na energię cieplną budynku Stacji Badawczej określono na
poziomie 27,7 kW. Pompa ciepła powinna zapewniać około 70% całego
zapotrzebowania na energię cieplną budynku czyli winna mieć moc około 20 kW.
Projekt przebudowy uwzględniał istniejącą kotłownię gazową, możliwość
przełączania zasilania systemu grzewczego na pompę ciepła i piec gazowy, a
także parametry czynnika grzewczego obiegu instalacji CO 55/40 C wymuszone
zastosowaniem pompy ciepła. Rozdzielnia systemu grzewczego umożliwia
przełączanie systemu na różne tryby pracy z zależności od okoliczności: zasilanie
akumulatora gruntowego energią uzyskaną z kolektorów słonecznych,
odzyskiwanie energii cieplnej z akumulatora gruntowego i przekazywanie jej za
pomocą pompy ciepła do systemu centralnego ogrzewania, dołączenie pieca
gazowego jako źródła uzupełniającego w przypadku zwiększonego
zapotrzebowania na energię spowodowanego niekorzystnymi warunkami
atmosferycznymi lub rozładowaniem akumulatora. Połączenia hydrauliczne
pomiędzy pionowymi wymiennikami wykonano za pomocą rur preizolowanych
typu FINPOL. Na rysunkach 1a i 1b przedstawiono schematycznie połączenia
hydrauliczne pomiędzy kolektorami, akumulatorem i rozdzielnią. W sekcji I
występuje inny schemat przepływu czynnika transportującego energię co wynika
z faktu, że połączenia wykonano przed rozpoczęciem projektu. System zaworów
umożliwia sterowanie sekcjami, wyłączanie z użytku poszczególnych sekcji np. w
związku z awarią, koniecznością wymiany lub montażu czujników itp.
Zastosowana pompa ciepła posiada moc znamionową 4,85 kW natomiast jej moc
grzewcza wynosi 20,5 - 24,3 kW. Usytuowanie pompy w systemie umożliwia
pobieranie przez nią energii cieplnej z akumulatora lub z kolektorów jako źródła
dolnego. Z drugiej strony pompa ciepła zasila instalację centralnego ogrzewania
budynku laboratoryjnego. W związku z tym, że temperatura czynnika grzewczego
na wyjściu pompy ciepła nie przekracza 55 stopni C musiał być zmodyfikowany
system ogrzewania budynku.
• Zagadnienia magazynowania energii są
przedmiotem dużego zainteresowania w
świecie i obejmują szeroki wachlarz
zagadnień praktycznych i teoretycznych.
Ze względu na coraz większe znaczenie
problemów właściwego wykorzystania
paliw naturalnych i złóż
niekonwencjonalnych magazyn energii
jako ogniwo pośrednie między źródłem a
odbiorcą nabiera coraz większego
znaczenia, a pojemności cieplne
rozważanych układów wynoszą od 100MJ
do 360MJ
WNIOSKI:
1.
Magazynowanie energii może być używane w celu
zmniejszenia strat energetycznych w bardzo wielu
przypadkach obejmujących różne procesy. Za
szczególne procesy uważa się:
•
Przejmowanie w celu dalszego jego wykorzystania ciepła
wydzielonego w układach elektrycznych i elektronicznych-
specjalnie w technice i technologii kosmicznej, można uzyskać
w ten sposób takżę stałe temperatury pracy tych układów
•
Przejmowanie i wykorzystywanie ciepła tarcia w hamulcach
pojazdów
•
Przejmowanie ciepła odpadowego w wielu procesach
wytwórczych w przemyśle
•
Przejmowanie i wykorzystywanie energii z konwencjonalnych i
jądrowych elektrowni. Szczególne znaczenie może mieć
odzyskanie ciepła z reaktorów HTGR ze względu na wysokie
temperatury (1000K) a także elektrociepłowni w okresie
letnim w celu magazynowania długoterminowego
2. Magazynowanie energii słonecznej wydaje
się obecnie celowe i praktycznie uzasadnione
gdy:
•
Do ogrzewania powietrzem (grzanym w kolektorach
płaskich ) budynków mieszkalnych i biurowych za pomocą
ukłądów biernych tzn. korzystając z odpowiednio
zaprojektowanych ścian i fundamentów (czasem przez
wprowadzenie materiału topiącego się- PCM)
•
Do procesów suszarniczych (suszenie ziarna)
•
Do ogrzewania pośredniego wodą pomieszczeń
mieszkalnych oraz szklarni, ogrzewania wody (en.
zbierana w kolektorach płaskich)
•
Do produkcji en. elektrycznej i ciepła dla procesów
przemysłowych (magazynowanie wysokotemperaturowe
energii doprowadzonej z kolektorów skupiających);
pojemności cieplne w tym przypadku muszą być tak
dobrane, aby oprócz pracy w ciągu nocy zapewnić
możliwość odbioru energii ze zbiornika przez co najmniej
jeden dzień chmurny (o bardzo małym nasłonecznienu)\
3. Z analizy wielu prac wynika, że w chwili obecnej dla
układów słonecznych ( w tym elektrowni)
magazynowanie energii cieplnej w odwracalnych
reakcjach chemicznych nie jest atrakcyjne. Wynika to
z faktu, że dla tego typu układu warunki pracy nie są
ustabilizowane i korzystniejsze jest magazynowanie
krótkoterminowe (<20h) wykorzystujące ciepło
właściwe i ciepło przemian fazowych lub korzystanie z
układów hybrydowych – paliwo naturalne plus
magazyn ciepła. Magazynowanie chemiczne ma
mniejszą sprawność i jest znacznie kosztowniejsze,
szczególnie dla nieustalonych warunków pracy źródła.
4. Podobne wnioski można wyciągnąć dla układów
niesłonecznych, mimo stałości warunków pracy
źródła (np. współpraca z reaktorami jądrowymi).
Jeszcze w roku 1990 wydawało się że
magazynowanie energii jest ekonomicznie
nieuzasadnione jednak przewidywano wzrost
opłacalności z początkiem XX wieku wraz podwyżką
ceny ropy i gazu co obecnie ma miejsce. Obecnie nie
znaleziono układu do magazynowania energii w
procesach chemicznych dostępnych na rynku,
pracują dopiero prototypy.
• Podsumowując, możemy stwierdzić, że systemy
termochemiczne dają najlepsze efekty, kiedy
połączone są z dużymi, ciągłymi źródłami ciepła i są
wykorzystywane do transportu energii na duże
odległośći. Reakcje chemiczne będą więc używane
do chemicznych pomp ciepła i do transportu energii.
5.Odwracalne reakcje chemiczne i fotochemiczne
oraz produkcja paliw wymagają dalszych
intensywnych badań. Zagadnienia produkcji
wodoru przy wykorzystywaniu
niekonwencjonalnych źródeł energii mają wielkie
znaczenie i wydaje się, że ten rodzaj paliwa
znajdzie szerokie zastosowanie w ciągu
najbliższych lat.
6. Najbardziej obiecujące a także ekonomicznie
uzasadnione wydaje się magazynowanie energii
wykorzystujące ciepło przemian fazowych i ciepło
właściwe. Te sposoby magazynowania energii
mogą być dostosowane praktycznie do każdej
pojemności i do każdego zakresu temperatur.
7. Można stwierdzić, że magazynowanie w
złożach sztucznych stosowane jest do celów
krótkoterminowych. Magazynowanie
naziemne jest bardziej kosztowne, ale też
bardziej efektywne dla krótkich okresów.
Magazynowanie podziemne jest tańsze dla
dużych pojemności cieplnych, nadaje się do
magazynowania długoterminowego (mimo
małej sprawności w pierwszych cyklach) i
powinno być stosowane tam gdzie są
odpowiednie warunki naturalne.
8. W warunkach naszego kraju istotne
znaczenie może mieć rozwinięcie produkcji
biomasy oraz biogazu szczególnie dla dużych
gospodarstwach rolnych, położonych dalej od
podstawowych linii energetycznych,
komunikacyjnych i przesyłowych ciepła.
Ograniczenia w wydobywaniu węgla
zmuszają do sięgnięcia po gorsze paliwo
(biomasa) i do źródeł niekonwencjonalnych.
Celowe wydaje się opracowanie typowego
układu do produkcji biogazu dla gospodarstw
10- 20 ha oraz magazynów ciepła do
ogrzewania pomieszczeń gospodarczych
i suszenia płodów rolnych o pojemności
600-1000MJ
Literatura:
• Magazynowanie energii cieplnej, Roman Domański, PWN, 1990
• Proekologiczne odnawialne źródła energii, Witold M. Lewandowski, WNT, 2006
• Charakterystyka systemów z długoterminowym magazynowaniem energii w
gruncie, Dorota Chwieduk, Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja nr
1/1998,
• Ciepło z pod ziemi, A. Wita, Horyzonty Techniki 1987 nr 7
• Kolektory słoneczne, pompy ciepła na tak, Mirosław Zawadzki, Polska Ekologia
2003
• Słoneczne instalacje energetyczne, Zbysław Pluta, Oficyna wyd. PW, 2007
Strony internetowe:
•
http://dom.gazeta.pl/Ladny-Dom/1,61608,5679721,Relacja_z_budowy___Cieplo
•
•
http://www.xlabs.pl/woskaku.html
•
http://www.zsm.radziejow.ids.pl/Publikacje/kolektory/magazynowanie.htm
•
http://wwo.ely.pg.gda.pl/~zkusto/Energia_odnawialna/Wyklady/Slonce_Duze_in
•
Dziękujemy za uwagę!!!