مقدمة في أنظمة تخزين الطاقة الحرارية TES
تسمح أنظمة تخزين الطاقة الحرارية (TES) بتخزين الحرارة للاستخدامات اللاحقة.
هذه النظم أساسية بسبب الفجوة بين الطلب على الطاقة والعرض من حيث الوقت
. يمكن استخدام العديد من المواد لتخزين الطاقة الحرارية.
عند تحليل أنظمة تخزين الحرارة المحسوسة، فإن المواد
المناسبة الشائعة الاستخدام هي الماء والزيوت الحرارية والأملاح المنصهرة والمواد
الأرضية والكتل الخرسانية.
الماء مادة مناسبة بسبب سعته الحرارية العالية ، التكلفة
المنخفضة و غير سام يتم استخدامه لتطبيقات التخزين التي تتميز بدرجة
حرارة منخفضة ، أقل من 100 درجة مئوية ، ويمكن اعتباره أفضل المواد للتدفئة
المنزلية، حفظ الأغذية وإمدادات المياه الساخنة المحلية ، مع وجود تحذيرات قليلة
ممثلة بضغط بخار عالي والتآكل.
من بين الموائع، في الأبراج الشمسية و مجمعات القطع المكافئ،
تستخدم على نطاق واسع الأملاح المنصهرة والزيوت المعدنية
. تتمثل ميزة الزيوت الحرارية في القدرة على الحفاظ عليها بالطور السائل حتى فوق 100 درجة مئوية ، وتصل إلى 250 درجة
مئوية. وهي تعمل عادة في درجات حرارة تتراوح بين 12
درجة مئوية و 400 درجة مئوية. عندما تكون درجات الحرارة أعلى من 400 درجة مئوية ، يجب استخدام الملح
المنصهر كوسيلة تخزين. حيث تتميز بالسعة الحرارية العالية ، الاستقرارالحراري و درجة الغليان العالية.
علاوة على ذلك ، فإن الأملاح المنصهرة منخفضة التكلفة وليست
سامة، متوفرة بسهولة وغير قابلة للاشتعال.
من ناحية أخرى ، ذات نقطة انصهار
عالية(أعلى بشكل عام من 200 درجة مئوية) مما تسبب في ظاهرة تجميد الأنابيب ، عندما
يكون الإشعاع الشمسي غير موجود.
يمكن أيضًا تخزين الطاقة الحرارية باستخدام مواد الأرض. هذه المواد مناسبة لعناصر التعبئة داخل الخزانات.
يتم وضعها في هيكل سرير معبأ حيث يتم انتقال حرارة موائع
النقل الحراري بالتلامس المباشر. لقد لوحظ أن الرمال أو الصخور الطبيعية يمكن أن
تقلل من كمية مائع نقل الحرارة في الخزان لشحن / تفريغ الطاقة الحرارية بنسبة تصل
إلى 80 ٪ . تمت دراسة الخرسانة والسيراميك بعمق بسبب انخفاض
تكاليفه وقيم التوصيل الحراري العالية.
تعتمد أنظمة تخزين الحرارة الكامنة أساسًا على PCMs التي تتميز بانتقال صلب / سائل وتعتبر أكثر
فعالية من PCMs مع التحولات السائلة / البخارية والصلبة / الصلبة. أكد بعض الباحثون أن المواد المناسبة الشائعة
لتخزين الحرارة الكامنة هي المواد العضوية والبارافين وغير البارافين والموادغير
العضوية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن طريقة تغليف PCM مفيدة في تقليل الخسائر وفصل الطور ومشاكل تغيير
الحجم. وأن MPCM أحد الحلول الأكثر استخدامًا لتحسين تخزين الطاقة الحرارية.
هناك أربعة أنواع من أنظمة TES:
a- يمكن أن تستند أنظمة TES إلى حلول التخزين تحت الأرض للتخزين الموسمي.
في هذه الحالة ، يمكن أن تكون وسائط التخزين عبارة عن ماء
(موجود في خزان) ، الحصى ، الصخور أو الرمال (المواد الأرضية). يمكن
أن ترتفع درجات حرارة العمل إلى قيمة قصوى تساوي 95 درجة مئوية.
b- يمثل الحل الآخر حفرة تحت الأرض ، مغطاة بالبلاستيك ومملوءة
بالحصى والماء. يحتوي حل تخزين الطاقة الحرارية عبر الحفر تحت الأرض على
أقل تكلفة محددة. ولتقليل فقد الحرارة ، يجب أن تكون الحفرة
معزولة حرارياً. تتم عملية إعادة الشحن عن طريق الاتصال المباشر
بالماء الذي يتم تسخينه بالحصى أو بواسطة نفث الماء الساخن من خلال قنوات موضوعة
على أعماق مختلفة.
c- في حالة طبقات المياه الجوفية الطبيعية ، يمكن أن تمثل نظام TES طبيعي. طبقات المياه الجوفية هي أنظمة جيولوجية تحت
الأرض تشكلت بشكل طبيعي ، تتميز بالصخور المسامية أو مخاليط الحصى والرمل بالمياه
الجوفية. هناك حاجة إلى بناء مصطنع ، وترتبط التكاليف بإعمال الآبار.
d- عندما تكون الأرض قابلة للحفر وتتميز بالتوصيل الحراري
العالي والسعة الحرارية المحددة ، يمكن تمثيل حل قابل للتطبيق بواسطة أنظمة TES البئر. يتم حفر الآبار العمودية (مع عمق يتراوح بين 30 م و 100 م) لتحقيق مجموعة من
المبادلات الحرارية بواسطة أنابيب عمودية يتم إدخالها في الآبار.
وجود المياه الجوفية مواتية بسبب قدرتها الحرارية العالية.
يتمثل الحل البديل في البرك الشمسية التي تعمل كنظام لتخزين
الطاقة ، ولكنها تعمل أيضًا في نفس الوقت كمجمعات شمسية حرارية .
الأحواض الشمسية هي أحواض طبيعية أو مصطنعة بأملاح مذابة
بالداخل. يمنع التدرج العمودي لتركيز الملح الحمل الحراري الطبيعي ، حاجزاً الماء الساخن في أعمق جزء من البركة. يمكن أن توفر البرك الشمسية الحرارة في نطاق
درجة حرارة تساوي 20-90 درجة مئوية ، حسب الظروف المناخية البيئية .
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق