Лекция 12. Подземное аккумулирование тепла и холода

Подземное
аккумулирование тепла и
холода
Руководитель: Велькин В. И.
Студент: Шавкунов В. В.
Группа: Т-416
Содержание
• Аккумуляторы тепла в водоносных
горизонтах (схема, принцип работы)
• Аккумулятор для энергоснабжения
здания парламента в Берлине
• Германский аккумулятор для
кондиционирования зданий
• Германские установки в Ростоке и
Ньюбранденбурге
• Фотографии
Аккумуляторы тепла в
водоносных горизонтах
• Действие этих устройств основано на
аккумулирующих способностях земли,
имеющей постоянную температуру
грунта
• Тепло направляется в грунт, а затем
извлекается для удовлетворения
потребностей на поверхности земли
Схема аккумулятора тепла в
водоносных горизонтах
• Аккумуляторы состоят
из двух скважин,
которые вскрывают
один и тот же
водоносный горизонт
• Теплообменники,
входящие в наземную
систему
трубопроводов,
обеспечивают
аккумулированме и
извлечение энергии
Схема циркуляции
теплоносителя
• Обе скважины
оборудуются
насосами и
трубопроводами
для прохождения
воды в оба
направления
• Носителем тепла и
холода является
грунтовая вода
Принцип работы аккумулятора летом
• Лето: зарядка
аккумулятора
• Вода из холодной
скважины нагревается
летом теплом от солнечных
батарей, охладительных и
когенерационных
установок (КУ)
• Затем закачивается в
теплую скважину, где из
теплой воды образуется
т. н. теплый пузырь
Принцип работы аккумулятора зимой
• Зима: разрядка
аккумулятора
Зимой теплая вода
откачивается из
теплого пузыря в
обратном
направлении
Энергетический принцип
действия аккумулятора тепла
Основные факторы, которые
учитываются при подготовке к
строительству аккумулятора
• Текучесть воды
• Малопроницаемость породы
покрытия резервуара грунтовых
вод
• Однородность структуры пород
• Характеристики течения грунтовых
вод
• Химический состав грунтовых вод
и пород
Аккумулятор в водоносном горизонте для
энергоснабжения здания парламента в
Берлине
• В основе проекта лежит
собственное
производство
электричества в
когенерационной
установке
• Вырабатываемое тепло
используется для
снабжения тепловой
сети
Характеристики берлинского аккумулятора
• Лето (зарядка)
• Температура добычи 200С
• Температура закачки 700С
• Аккумулированное тепло 2650 МВт ч/год
• Зима (разрядка)
• Температура добычи 65-300С
• Извлеченное тепло 2050 МВт ч/год
Схема германского аккумулятора
для кондиционирования зданий
Когенерационная
установка
Электрический
ток
Тепло 1100С
• Охладительная
башня
Абсорбционная
установка
Скважины
Аккумулятор
холода
Аккумулятор
тепла
Принцип работы аккумулятора для
кондиционирования зданий (разрядка)
Холод, аккумулированный
в грунте зимой, летом
используется в
высокотемпературных
охладительных системах
в прямом теплообменнике
Абсорбционные тепловые
насосы, приводимые
избыточным теплом
когенерационных
установок, снабжают
низкотемпературные
охладительные сети
Охлаждение абсорбционной установки
Охлаждение
абсорбционных установок
производится
охладительными
башнями.
А при высоких
температурах –
аккумулятором холода
(300С)
Так снова образуется
источник тепла для
тепловых насосов
Принцип работы аккумулятора для
кондиционирования при зарядке
При зарядке вода
откачивается из
холодной скважины и
нагревается
Аккумулятор тепла –
избыточное тепло от
когенерационной
установки
Аккумулятор холода –
избыточное тепло от
охлаждения
Завершение цикла зарядки
Затем нагретая
вода закачивается
в теплую скважину
Характеристики германского аккумулятора
для кондиционирования зданий
•
•
•
•
Лето (разрядка)
Температура добычи 6-100С
Температура закачки 15-280С
Извлеченный холод 3950
МВт ч/год
•
•
•
•
Зима (зарядка)
Температура добычи 220С
Температура закачки 50С
Аккумулированный холод
4250 МВт ч/год
Затраты воды в годовом цикле
• При зарядке
аккумулятора
тепла (1)
• При разрядке
аккумулятора
тепла (2)
375
75
Баланс тепловой энергии
аккумулятора
1- Количество
аккумулированного тепла
2- Количество
извлеченного
тепла
3- Извлеченное
тепло при
моделировании
идеального
извлечения без
потерь
3
2
1
КПД аккумулирования тепла
1- КПД
аккумулирования тепла в
годовом цикле
2- КПД при
моделировании
дальнейшего
извлечения тепла
2
1
Характеристики германских установок
в Ростоке и Ньюбранденбурге
Характеристика
Росток
Ньюбранденбург
Солнечные
Избыточное тепло
Источник тепла
батареи площадью
Газотурбинной ТЭЦ
1000 м2
Централизованное
Потребитель тепла Отопление зданий Теплоснабжение
города
Глубина водоносного
25
1300
горизонта, м
Дебит грунтовых вод,
20
100
м3/час
Температура
50
80
0
Аккумулирования, С
Монтаж двойного трубопровода в
скважине аккумулятора тепла
Оголовки скважин