Системы аккумулирования
Давление в аккумуляторе.
Объем аккумулятора.
Масса аккумулирующей среды.
а) Постоянная масса ( dmак
= 0 ): обычно это случай косвенного аккуму-
лирования. Однако может иметь место и прямое аккумулирование, если
перемещаемая часть массы после охлаждения (при разрядке) или нагрева (при зарядке) полностью возвращается в аккумулятор (вытеснительное аккумулирование).
б) Переменная масса ( dmак
рования.
а) Постоянный объем ( dVак
¹ 0 ): это всегда случай прямого аккумули-
= 0 ): этот случай соответствует аккумули-
рованию в закрытых (или с малым изменением объема) резервуарах.
б) Переменный объем ( dVак
¹ 0 ): этот случай соответствует аккумули-
рованию при атмосферном давлении или со специальным компрессионным
оборудованием.
а) Постоянное давление ( dpак
= 0 ).
б) Переменное (скользящее) давление ( dpак
¹ 0 ).
Для выполнения своих функций аккумулирующая система должна иметь помимо аккумулирующих сосудов и их внутренних устройств также и внешнее оборудование. При тепловом аккумулировании (как в тепловых
процессах промышленных установок, так и в районных отопительных систе-
мах) для зарядки и разрядки могут понадобиться насосы, теплообменники,
испарители, клапаны, трубопроводы.
Основные варианты систем аккумулирования для энергетических уста- новок показаны на рис. 5.3.1. В основу классификации положено деление на безнасосные и насосные системы аккумулирования энергии.
|
установок: I – безнасосные системы аккумулирования; II – насосные систе-
мы аккумулирования; 1 – первичная энергия; 2 – преобразование энергии; 3 –
механическая энергия; 4 – электрическая энергия.
Безнасосные системы аккумулирования получают энергию для зарядки
из теплового цикла энергетической установки. В верхней части рис. 5.3.1
показаны четыре безнасосные системы аккумулирования:
a) система аккумулирования энергии посредством сжатых газов, в ча-
стности, для газотурбинных циклов;
b) система аккумулирования с регенеративным подогревом питатель-
ной воды паровых циклов;
c) система аккумулирования тепла первичного цикла для тепловых
энергетических установок с раздельными теплообменным и рабочим цикла-
ми (аналогично тому, как это делается в солнечных теплоэнергетических ус-
тановках);
d, e) системы аккумулирования тепла в рабочем цикле посредством ак- кумулирования насыщенного или перегретого пара и высокотемпературного аккумулирования тепла в газовых турбинах.
Дальнейшая классификация безнасосных систем аккумулирования свя-
зана с выделением двух групп:
– включенные в энергоустановку системы аккумулирования с установ- кой базисной нагрузки, которая способна покрыть такую нагрузку без ис- пользования систем аккумулирования, или с основной турбиной для базис- ной нагрузки и отдельной пиковой турбиной, или с основной турбиной, спо- собной нести повышенную нагрузку, которая покрывает также и пиковую нагрузку);
– безнасосные системы аккумулирования с отдельным преобразовате- лем энергии (парогенератором) и отдельным двигателем (турбиной для пико- вой нагрузки).
Кроме того, следует отличать аккумулирование с постоянными пара- метрами, при котором аккумулирующая среда отбирается из процесса и вво- дится в него из аккумулятора в одной и той же точке цикла (так называемое
«обратимое аккумулирование»), от аккумулирования с переменными пара- метрами, при котором ввод среды осуществляется в другой точке (ниже по потоку), или со значительно более низкими параметрами.
Насосные системы аккумулирования заряжаются с помощью электри- ческой или механической энергии. В нижней части рис. 5.3.1 показаны на- сосные системы аккумулирования:
f) система пневматического аккумулирования с отдельным аккумуля-
тором теплоты сжатия или без него;
g, h) системы аккумулирования с использованием процесса теплового
насоса (например, с паровым компрессором), с верхним (g) и нижним (h) ак- кумуляторами; один из них, например нижний, может быть заменен окру- жающей средой.
Насосные системы аккумулирования заряжаются обычно от электриче- ской сети и поэтому могут быть подключены в любом месте сети. Таким об- разом, они могут и не входить в состав энергетической установки. Были предложены также входящие в состав энергоустановки насосные системы аккумулирования, заряжаемые механической энергией от газовой или паро- вой турбины.
Верхний аккумулятор обычно имеет параметры (давление, температу-
ру) выше параметров окружающей среды, тогда как параметры нижнего примерно такие же, как и у окружающей среды, которая, таким образом, мо- жет служить нижним аккумулятором (системы аккумулирования с тепловым источником). Насосные системы аккумулирования могут быть спроектиро- ваны и так, что окружающая среда используется в качестве верхнего аккуму- лятора, тогда как параметры нижнего аккумулятора выбираются много ниже, чем у окружающей среды (системы аккумулирования с низкотемпературным теплоприемником). В этом случае тепло для процесса отбирается из окру- жающей среды, а нижний (низкотемпературный) аккумулятор отбирает отра- ботанное тепло и нагревается. Как отмечалось в разд. 2.3.1, плотность запа- саемой эксергии таких систем с «отрицательной эксергией» может быть весьма высока (в пределе бесконечна при 0 °К).
Рассмотренная выше классификация важна для оценки эффективности системы аккумулирования, мощности и скорости зарядки и разрядки, для
выбора режима работы, а также для контроля функционирования.