К.т.н. В.В. Трепутнев, старший научный сотрудник,
ИИТОО «Укрэкотерм», г. Киев, Украина
То, что электрическая энергия в течение суток потребляется неравномерно — общеизвестный факт. Организация более равномерной загрузки электросетей по времени суток имеет особое значение для повышения экономичности и надежности работы энергосистемы в целом. Именно поэтому вводятся дифференцированные тарифы на электроэнергию: ночью — низкий тариф, днем — высокий. Так, например, на Украине тариф на электроэнергию, которая отпускается на нужды отопления и ГВС, в часы ночного минимума в четыре раза ниже дневного.
Инструментом выравнивания графика потребления и заполнения ночных «провалов» могут служить предлагаемые в настоящей работе конструкции электрических теплоаккумуляторов для отопления и ГВС, широкое внедрение которых позволит не только загрузить электросети в ночное время, но и освободить мощности в дневные часы для промышленности.
Электрические теплоаккумуляторы осуществляют преобразование электрической энергии в тепловую и обеспечивают накопление энергии в теплоаккумулирующих материалах, имеющих фазовый переход в диапазоне рабочих температур. Тепловая энергия накапливается в них, как правило, в ночное время по относительно низкому тарифу электропотребления. В качестве теплоаккумулирующих материалов использованы эвтектические смеси солей щелочных металлов и кристаллогидраты неорганических солей. Предлагаемые теплоаккумулирующие материалы отвечают таким требованиям, как высокая энергоемкость (скрытая теплота плавления составляет 250-300 кДж/кг), недефи- цитность, нетоксичность, низкая стоимость (около 0,2 долл. США /кг).
В отличие от известных в России и странах СНГ аккумуляторов, накапливающих тепловую энергию за счет теплоемкости твердотельных материалов (магнезит, чугун и др.), разработанные теплоаккумуляторы имеют сниженные массогабаритные характеристики (в сопоставлении с твердотельными масса меньше на 30-50%).
Корпус солевого ядра теплоаккумулятора заполнен эвтектической солевой смесью и имеет прямоугольную форму. Внутри корпуса установлены трубчатые электронагреватели, имеющие на наружной поверхности приварное оребре- ние. Солевое ядро установлено в кожух, имеющий с внутренней стороны эффективную теплоизоляцию. Нагрев воздуха осуществляется в щелевом канале между теплоизоляцией и корпусом ядра как в режиме естественной конвекции, так и при вынужденном движении воздуха с помощью электровентилятора.
Технические данные разработанных конструкций электрических теплоаккумуляторов представлены в таблице.
Теплоаккумуляторы могут использоваться не только в качестве основного отопления, но и для дополнительного обогрева помещений, а также в качестве резервного источника тепла, что немаловажно в наших климатических условиях.
Еще одна интересная конструкция аккумулятора тепла располагаемой мощностью 9 кВт (аккумулируемая энергия — 530 МДж) для отопления и ГВС потребителей представлена на рис. 5 и 6. Такой аккумулятор работает уже по другой технологии — по принципу теплового насоса и имеет высокую энергоемкость порядка 30004000 кДж/кг.
Принцип действия аккумулятора заключается в использовании эффекта выделения тепла в дневное время при поглощении паров воды сорбентом и его регенерации в ночное время при нагреве «ночной» электроэнергией (мощность электронагревателей — 16 кВт). Аккумулятор работает в режиме теплового насоса с использованием низкопотенциального тепла, источниками которого являются солнечные гелионагреватели, вода наружных водоемов и др.
Адсорбционный аккумулятор является экологически безопасным, не создает шума при своей работе, прост и надежен в обслуживании.
Установка может работать и летом, в режиме кондиционирования и выработки горячей воды.