Тепловое хранилище для ветровой энергии

Siemens разрабатывает экономичные технологии хранения энергии: вместе с Technical University Hamburg Harburg (TUHH) и компанией городского обслуживания Hamburg Energie, Siemens изучает в северном немецком городе решения касательно хранения энергии, которые определят стандарты для эффективности в будущем. Излишки ветровой энергии после преобразования в тепло хранятся в наполнителе из камня и защищены герметичным укрытием. Когда возникает потребность в дополнительной электроэнергии паровая турбина преобразует тепловую энергию обратно в электричество. Простой принцип этого хранилища обещает чрезвычайно низкую стоимость установки. Поэтому проект получил финансирование из средств федерального Министерства экономики и энергетики.

В настоящее время Siemens проводит тестовую наладку для данного решения, названного Future Energy Solution (FES), в Гамбурге-Бергедорфе. Вмесет со специалистам по термогидравлической динамике из TUHH компания изучает то, как сделать зарядку и разрядку хранилища наиболее эффективной. Устройство каменного наполнителя и форма окружающего изолирующего контейнера имеют решающее значение. Хранилище проходит тестирование при температурах свыше 600 градусов по Цельсию. Как фен для волос, вентилятор использует электрически нагретый воздух для нагрева камней до нужной температуры. При разрядке, горячие камни, в свою очередь, нагревают воздушный поток, который затем нагревает паровой котел, и давление в нем приводит в действие генератор, с помощью паровой турбины.
Поскольку текущий испытания тестируют только тепловые требования для процесса хранения, обратного генерация тока отсутствует. Тем не менее, исследователи хотят проверить полный энергетический цикл весной 2017 года: из электричества в тепло в наполнителе из камня и обратно в электричество. Они устанавливате полное тепловое хранилище на стороне завода по выплавке алюминия Тримет в Гамбурге-Альтенвердер к югу от реки Эльбы на немецкой автомагистрали A7. Полноразмерные FES будет способен хранить примерно 36 МВт-ч энергии в контейнер размером около 2000 кубических метров породы. Благодаря котлу тепло, которое содержится в нем, будет генерировать достаточно пара для того, чтобы компактная паровая турбина Siemens могла генерировать мощность до 1,5 МВт электроэнергии в течение 24 часов в сутки. Исследователи планируют достичь эффективности около 25% на этой ранней стадии разработок даже. Концепция имеет потенциал эффективности около 50% в дальнейшем. Партнер Hamburg Energie будет исследовать маркетинговые условия для хранимой энергии.
"В FES используются целенаправленно в основном проверенные и надежные технологии", - говорит Till Barmeier, проектный менеджер компании Siemens. "Поскольку мы работаем здесь с проверенными тепловыми компонентами и серийно готовой паровой турбиной, мы сможем предложить практическое решение в течение нескольких лет. Наша полная опытная система будет работать через всего примерно 15 месяцев".
В то время как многие другие хранилища создают высокие расходы или имеють только ограниченные возможности для хранения, технология FES может быть использована для самых разных размеров и классов мощности, и поэтому всегда остается очень экономичной. Единственное ограничение это только доступное пространство, необходимое для изолированного контейнера с наполнителем из камня.

Till Barmeier уже давно занимается исследованиями в области хранения энергии. Он проработал в TUHH до 2010 года. После он перешел в Siemens. В 2013 был опубликован патент US 20130125546 A1, где он является соавтором. Патент представляет детали идеи.

Принципиальная схема показана на Рис. 1. Система включает устройства хранения 110 и зарядки/разрядки 160. Устройства соединяются воздух-воздух теплообменником 180. Система хранения 110 включает в себя тепловое устройство хранения энергии 120 который состоит из контейнера 122, заполненого теплоаккумулирующим материалом. Ввод теплоносителя (в данном случае воздуха) происходит через 122 а, вывод через 122 б. Система хранения 110 дополнительно содержит два устройства для управления потоком теплоносителя: вентиляторы 141 и 142. Два вентилятора используются, поскольку их задача заключается только в перемещении теплоносителя – перепад давления минимизируется. Возможно больше число вентиляторов и установка их непосредственно в контейнере.
Система зарядки/разрядки 160 включает в себя компрессор 162 и расширитель 163. Кроме того сюда входит дополнительный теплообменник 190, который может быть использован для передачи холода от рабочей жидкости системы зарядки/разрядки 160 на неизображеное здесь устройство, использующиее холод. Этим устройством может быть, например, холодильные установки, системы централизованного охлаждения и/или конденсатор.
На рисунке 1 изображен режим зарядки. В этом случае тепловая энергия производится компрессором 162 передается через теплообменик 180 и передается в устройство хранения 120. В этом режиме часть механической энергии, которую генерируется в расширителе 164 с помощью рабочей жидкости, выходящей из теплообменника 180, может использоваться для поддержки сжатия рабочего жидкости в компрессоре 162. Предпочтительно чтобы расширитель 164 и компрессор 162 были механически соединены на одном валу для того, чтобы эффективно использовать механическую энергию.

На рис 2 показан схема с воздух-пар теплообмеником 280. Здесь изображен режим использования накопленной тепловой энергии. Часть, где тепловая энергия перерабатывается в механическую, включает насос 265, подающий воду к теплообменику. Полученный пар поступает в паровую турбину 266, которая вращает генератор 269. Охлажденный пар поступает в конденсатор 267.

На рис 3. 4 показаны устройство хранение тепловой энергии. Для того, чтобы уменьшить сопротивление для потока теплоносителя вход/выход 322 соединены с системой внешних коллекторов 323, с помощью которой поток теплоносителя/воздуха распределяется по различным пространственно разделенным каналам.


Рисунки 5, 6 и 7 показывают коллекторную систему для подачи газообразного теплоносителя в емкость и/или для вывода теплоносителя из нее. Коллекторная система включает в себя вход/выход 426-1 и множество распределительных трубопроводов 426-2. Далее, множество воронок 426-3 связаны с каждой распределительной трубой 426-2.

Для аккумуляции тепла могут применяться разные схемы. На рис .8 изображено устройство хранения тепловой энергии с применением бетонных стержней 540 в качестве аккумулирующего тепло материала. Бетонные стержни 540 располагаются параллельно и пространственно разделены друг от друга с целью обеспечить проход теплоносителя/воздуха через контейнер 522. Кроме того, бетонные стержни 540 могут быть отлиты на месте возведения теплового накопителя 520 с использованием местного сырья в качестве наполнителя. В бетонных стержнях 540 могут быть дополнительно сделаны одно или несколько отверстий для увеличения теплопередачи между внешними и внутренними бетонными стержнями 540. Описанное решение с бетонном особенно подходит в местах, где камень недоступен в качестве теплоаккумулирующего материала.

На рисунках 9, 10 и 11 показан тепловой накопитель с использованием песка в качестве материала для аккумулирования тепла. В контейнере 622 предусмотрено множество вспомогательных приспособлений 670, в каждое из которых помещено определенное количество песка 675. Поддерживающими устройствами являются длиннын металлические профили 670. Песок 675 расположенн в нижнем канале, образованном профилями 670. Выше нижнего канала есть свободное пространство 676, которое представляет собой верхний канал и служит для подачи теплоносителя.



Основной источник

Добавить в друзья