Ученые из РФ сделали шаг к созданию эффективных устройств накопления энергии
Исследования, позволяющие более эффективно использовать ископаемое топливо при выработке электроэнергии на ТЭЦ, провели российские ученые из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) и Института автоматики и процессов управления ДВО РАН (ИАПУ ДВО РАН). Подготовленную ими статью 29 августа опубликовал журнал Renewable Energy.
Российские исследователи в данной работе поставили цель определить закономерности влияния формы тепловых аккумуляторов на их эффективность для определенных процессов, применение которых при выработке электроэнергии тепловыми электростанциями позволит существенно экономить ископаемое топливо.
«Исследуя процессы зарядки и разрядки тепловых аккумуляторов разных форм, мы применили шесть различных критериев эффективности», — сообщил Николай Луценко, один из соавторов работы, профессор Инженерного департамента Политехнического института (Школы) ДВФУ, заведующий лабораторией ИАПУ ДВО РАН.
Предполагалось, что инженерам-конструкторам перспективных ТЭС при проектировании специальных устройств накопления тепловой энергии могут потребоваться аккумуляторы, позволяющие — накапливать и отдавать максимальное количество энергии, — забирать максимальное количество энергии из теплоносителя определенной температуры, — забирать и отдавать энергию максимально быстро, — максимально долго поддерживать температуру теплоносителя на выходе не ниже требуемой.
Для большинства предполагаемых к использованию процессов предпочтительными оказались аккумуляторы с прямыми стенками.
Соавтором работы стал аспирант Сергей Фецов, награжденный медалью РАН по итогам конкурса для студентов российских ВУЗов 2019 года за работу «Численное моделирование течений газа через слой гранулированного материала с фазовым переходом».
Элементами тепловых аккумуляторов являются гранулы, содержащие вещество, которое в процессе накопления-отдачи энергии меняет фазовое состояние: поглощая энергию — плавится, отдавая — затвердевает. Смена агрегатного состояния вещества — очень энергоемкий процесс: так, для расплавления 1 кг льда необходимо столько же энергии, как при нагреве того же количества воды на 80 градусов. При этом процесс накопления-отдачи тепловой энергии идет при постоянной температуре вещества гранул, в процессе работы меняется лишь количество жидкости в грануле.
Одно из направлений использования тепловых аккумуляторов, позволяющее с минимальными затратами на доработку существующих тепловых электростанций улучшить такие их характеристики как энергоэффективность, ресурс и пиковая мощность, подразумевает их работу в составе адиабатических накопителей энергии сжатого воздуха. В ночное время, когда потребление энергии минимально, а глубина регулирования не позволяет понизить вырабатываемую электрическую мощность до востребованной потребителем величины (в этом случае топливо сгорает напрасно: вырабатываемая электроэнергия не востребована и не может быть ни отдана, ни эффективно накоплена) возможно накапливать энергию сжатого воздуха, закачивая его компрессором в емкости. В процессе сжатия воздух нагревается и это тепло должно быть рассеяно, отведено или поглощено, например, с помощью теплоаккумулятора. Утром, в момент пиковой нагрузки, сжатый газ может быть подан на турбины для выработки дополнительного количества электроэнергии. При этом, расширяясь, газ резко охлаждается. Тепловой аккумулятор в состоянии подогреть его до технологически приемлемой температуры.
На базе ДВФУ и ДВО РАН ученые, аспиранты и студенты под руководством Николая Луценко ведут исследования в различных областях механики сплошных многокомпонентных сред. Кроме моделирования инновационных систем энергетики, использующих в качестве основного элемента композитные материалы с фазовыми переходами они исследуют фильтрационное горение пористых природных и техногенных систем, разрабатывают модели низкотемпературных газогенераторов для перспективных гиперзвуковых летательных аппаратов.
