RU2027119C1 - Thermal energy accumulator - Google Patents

Abstract

FIELD: accumulation of heat. SUBSTANCE: thermal accumulator has reservoir 1 filled with solid accumulating medium in scattered manner. Coal rock, non-combustible solid waste and overburden rock may used as accumulating medium. Accumulator is also provided with heat exchanger 2 whose charge side is connected to solar energy source 5 and discharge side is connected to steam power end of solar electric energy. Discharge end of heat exchanger is formed by heater arranged additionally in the above-mentioned accumulating medium and filled with heat-transfer agent. EFFECT: enhanced efficiency. 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к хранению тепла и может быть использовано для получения электроэнергии, горячего водоснабжения, отопления и т.д. The invention relates to the storage of heat and can be used to generate electricity, hot water, heating, etc.

Известны тепловые аккумуляторы энергии с подземными аккумулирующими резервуарами, например, в соляных полостях, которые практически герметичны и могут быть использованы для аккумулирования сжатого воздуха без облицовки [1]. Thermal energy accumulators with underground storage tanks are known, for example, in salt cavities, which are practically airtight and can be used to accumulate compressed air without facing [1].

Известны аккумуляторы солнечной энергии, резервуаром которого является полость в скальных породах, содержащая 100 тыс.м³ воды, имеющая кольцевую форму и нетеплоизолированная. Прилежащие к полости слои скальной породы принимают участие в тепловом аккумулировании энергии [2].Solar energy batteries are known, the reservoir of which is a cavity in the rock, containing 100 thousand m ^{3 of} water, having a ring shape and non-heat insulated. Layers of rock adjacent to the cavity participate in thermal energy storage [2].

Известны также аккумуляторы с твердой аккумулирующей средой в виде насадок (матриц), через которые проходят и омывают ее попеременно два газовых потока. Насадки располагают в шахматном или сотовом порядке [3]. Also known are batteries with a solid storage medium in the form of nozzles (matrices) through which two gas streams pass and wash it alternately. Nozzles are placed in a checkerboard or honeycomb order [3].

Наиболее близким техническим решением является тепловой аккумулятор солнечной установки на 10 МВт в г.Барстоу (США). Аккумулирующий резервуар выполнен в виде цилиндрического сосуда объемом 3058 м³, аккумулирующая среда выполнена из гранитной щебенки в количестве 6100 т, а в качестве теплоносителя используют масло в объеме 712 м³. Сосуд аккумулятора заряжается острым паром при температуре 510^о С, который затем охлаждается до 348^о С, конденсат покидает систему при 226^о С. В режиме разрядки питательная вода с температурой 127^о С поступает в разрядный теплообменник, где образуется слегка перегретый пар, имеющий температуру 277^о С и давление 2,7 МПа, который направляется к турбине [4].The closest technical solution is the thermal battery of a 10 MW solar installation in Barstow (USA). The storage tank is made in the form of a cylindrical vessel with a volume of 3058 m ³ , the storage medium is made of granite gravel in an amount of 6100 tons, and oil in a volume of 712 m ^{3 is} used as a heat carrier. The vessel was charged battery steaming at a temperature of 510 ^C, which is then cooled to 348 ^{° C,} the condensate leaves the system at 226 ^C. In the discharge mode, feed water having a temperature of 127 ^{° C} enters into the discharge heat exchanger, where it forms a slightly superheated steam having a temperature 277 ^about C and a pressure of 2.7 MPa, which is directed to the turbine [4].

Недостатком данной станции является то, что она не может работать как сезонный аккумулятор, кроме того, данный тип аккумулятора требует большого количества масла в качестве теплоносителя. The disadvantage of this station is that it cannot work as a seasonal battery, in addition, this type of battery requires a large amount of oil as a coolant.

В данном изобретении решается задача создания теплового аккумулятора энергии с использованием дешевых твердых аккумулирующих материалов, способных отдавать тепло в течение длительного времени. This invention solves the problem of creating a thermal energy accumulator using cheap solid storage materials that can give off heat for a long time.

Достигается это тем, что в тепловом аккумуляторе энергии, содержащем резервуар, заполненный уложенным вразброс теплоаккумулирующим материалом, в качестве которого могут быть использованы каменные породы, негорючие твердые отходы, вскрышные породы горнодобывающей промышленности, а также теплообменник, подключенный зарядной стороной к солнечным коллекторам, а разрядной стороной - к паросиловой части солнечной электростанции, согласно изобретению, разрядная сторона теплообменника содержит дополнительно размещенный в теплоаккумулирующем материале нагреватель, а в качестве резервуара использована полость в грунте. This is achieved by the fact that in a heat energy accumulator containing a reservoir filled with randomly laid heat-accumulating material, which can be used as rock, non-combustible solid waste, overburden of the mining industry, as well as a heat exchanger connected by the charging side to the solar collectors, and a discharge side - to the steam-powered part of the solar power station, according to the invention, the discharge side of the heat exchanger additionally placed in the heat storage present the material heater, and used as a reservoir cavity in the ground.

На фиг.1 изображен общий вид аккумулятора; на фиг.2 - схема электростанции, работающей на солнечном аккумуляторе. Figure 1 shows a General view of the battery; figure 2 - diagram of a power plant running on a solar battery.

Тепловой аккумулятор энергии состоит из резервуара 1, в качестве которого используют естественные полости в грунте, искусственные котлованы, заброшенные карьеры и т.д. В резервуаре 1 установлен теплообменник 2, выполненный, например, в виде спирального трубопровода, заполненного минеральным или синтетическим маслом в качестве теплоносителя. Резервуар 1 заполнен твердым аккумулирующим материалом 3, в качестве которого используют гранитный, базальтовый, туфовый и другие отходы камнедобывающей и обрабатывающей промышленности, битый кирпич, битое стекло и любые другие негорючие отходы промышленности, а также вскрышные породы горнодобывающей промышленности. Стенки 4 резервуара 1 могут не бетонироваться и не изолироваться. Теплообменник 2 подключен к источнику энергии, в частности к солнечным коллекторам 5. The thermal energy accumulator consists of a reservoir 1, which is used as natural cavities in the soil, artificial pits, abandoned quarries, etc. In the tank 1, a heat exchanger 2 is installed, made, for example, in the form of a spiral pipe filled with mineral or synthetic oil as a heat carrier. The tank 1 is filled with solid storage material 3, which is used as granite, basalt, tuff and other waste from the stone mining and manufacturing industries, broken brick, broken glass and any other non-combustible industrial waste, as well as overburden from the mining industry. The walls 4 of the tank 1 may not be concreted or insulated. The heat exchanger 2 is connected to an energy source, in particular to solar collectors 5.

Работа теплового аккумулятора энергии показана на примере солнечной электростанции. The operation of a thermal energy accumulator is shown by the example of a solar power plant.

Теплообменник 2 контура зарядки 6, проходя через твердый аккумулирующий материал 3 соединен с солнечными коллекторами 5. Контур разрядки 7, также проходящий через аккумулирующий материал 3, последовательно подключен к блокам пароперегревателя 8, испарителя 9, экономайзера 10. Блок пароперегревателя 8 соединен с паровой турбиной 11, вращение которой посредством генератора 12 преобразуется в электрическую энергию. К турбине 11 подключен также блок конденсации 13, соединенный через деаэратор 14 с экономайзером 10. The heat exchanger 2 of the charging circuit 6, passing through the solid storage material 3 is connected to the solar collectors 5. The discharge circuit 7, also passing through the storage material 3, is connected in series to the blocks of the superheater 8, evaporator 9, economizer 10. The block of the superheater 8 is connected to the steam turbine 11 , the rotation of which by means of a generator 12 is converted into electrical energy. To the turbine 11 is also connected a condensation unit 13, connected through a deaerator 14 to the economizer 10.

Станция работает следующим образом. The station operates as follows.

Поглощаемая параболическими концентраторами 5 солнечная энергия через теплообменник 2 контура зарядки 6 передает в аккумулирующий материал 3, нагревая его. При этом температура масла в теплообменнике 2 достигает 250-300^о М. В районах с высоким дневным поступлением суммарной солнечной радиации, например, в г.Ереване, продолжительность солнечного сияния составляет свыше 2700 с в году, что обеспечивает сезонную аккумуляцию энергии в значительном объеме твердого материала. В таблицеприводятся данные о теплоаккумулирующих свойствах некоторых материалов.The solar energy absorbed by the parabolic concentrators 5 through the heat exchanger 2 of the charging circuit 6 transfers to the storage material 3, heating it. At the same time, the oil temperature in heat exchanger 2 reaches 250-300 ^о M. In areas with a high daily intake of total solar radiation, for example, in Yerevan, the duration of sunshine is over 2700 s per year, which ensures seasonal energy storage in a significant amount of solid material. The table provides data on the heat storage properties of some materials.

В течение сезона температура аккумулирующего материала достигает 300^о С, причем тепловая энергия от теплообменного трубопровода 2 передается по всему объему резервуара 1 посредством самого аккумулирующего материала 3, т. е. теплоносителем в данном случае является сам твердый материал. Расчеты показывают, что для сезонного аккумулирования резервуара объемом 100 тыс.м³ требуются солнечные концентраторы 5 общей площадью 40 тыс.м².During the season, the temperature of the storage material reaches 300 ^{° C,} wherein thermal energy from the heat-exchange pipe 2 is passed around the tank 1 by means of the volume of the storage material 3, v. E. The coolant in this case is the solid material itself. Calculations show that for seasonal accumulation of a tank with a volume of 100 thousand m ^3, solar concentrators 5 with a total area of 40 thousand m ² are required.

Разрядку аккумулятора производят через контур разрядки 7 или раздельно или одновременно с зарядкой. Питательная вода с температурой около 100^о С, проходя через блоки экономайзеpа 10, испарителя 9, пароперегревателя 8, через которые в обратном порядке проходит контур разрядки 7, доходит до состояния острого пара с температурой до 300^о С, после чего поступает на турбины 11 генератора 12. Охлажденный до 120^о С пар поступает в конденсатор 13, где охлаждается до 80^о С. Вода из конденсатора 13 поступает в деаэратор 14, где очищается и снова поступает на экономайзер 10, и цикл повторяется. Одновременно аккумулятор можно использовать для горячего водоснабжения, отопления и т.д.The battery is discharged through the discharge circuit 7 or separately or simultaneously with charging. Feed water having a temperature of about 100 ^{° C,} passing through the blocks ekonomayzepa 10, evaporator 9, superheater 8, through which upside extends circuit discharge 7, comes to a state of steam with temperatures up to 300 ^{° C,} then fed 11 turbine generator 12. The steam cooled to 120 ^° C enters the condenser 13, where it is cooled to 80 ^° C. Water from the condenser 13 enters the deaerator 14, where it is cleaned and again fed to the economizer 10, and the cycle repeats. At the same time, the battery can be used for hot water, heating, etc.

Таким образом, накопив тепловую энергию в течение летнего (весна-лето-осень), т.е. в дни высокой солнечной радиации, можно ее эффективно использовать в течение зимнего сезона. Thus, having accumulated thermal energy during the summer (spring-summer-autumn), i.e. in days of high solar radiation, it can be used effectively during the winter season.

Claims (1)

ТЕПЛОВОЙ АККУМУЛЯТОР ЭНЕРГИИ, содержащий резервуар, заполненный вразброс твердой аккумулирующей средой, в качестве которой могут быть выбраны каменные породы, негорючие твердые отходы, вскрышные породы горнодобывающей промышленности, а также теплообменник, подключенный зарядной стороной к источнику солнечной энергии, а разрядной стороной - к паросиловой части солнечной электростанции, и теплоноситель, отличающийся тем, что разрядная сторона теплообменника образована дополнительно размещенным в упомянутой аккумулирующей среде нагревателем, заполненным упомянутым теплоносителем, а в качестве резервуара использована полость в грунте. ENERGY HEAT BATTERY containing a reservoir filled with a dispersion of solid storage medium, which can be selected as rock, non-combustible solid waste, overburden of the mining industry, as well as a heat exchanger connected by the charging side to the solar energy source and the discharge side to the steam-powered part solar power station, and a coolant, characterized in that the discharge side of the heat exchanger is formed by additionally placed in the aforementioned storage medium heat ers filled by said heat medium and used as a reservoir cavity in the ground.

Images