53. Тепловые аккумуляторы
Тепловой аккумулятор - устройство для аккумулирования тепловой энергии основано на использовании физического или химического процесса, связанного с поглощением и выделением теплоты. К основным из них относятся накопление-выделение внутренней энергии при нагреве-охлаждении твердых или жидких тел, фазовые переходы с поглощением-выделением скрытой теплоты, процесс сорбции-десорбции или обратимая химическая реакция, протекающая с выделением-поглощением тепла.
Аккумуляцией (аккумулированием) тепловой энергии или аккумуляцией теплоты называется процесс накопления тепловой энергии в период ее наибольшего поступления для последующего использования, когда в этом возникнет необходимость. Процесс накопления энергии называется зарядкой, процесс ее использования – разрядкой.
Предназначение теплового аккумулятора:
Тепловой аккумулятор используется для кратковременного хранения энергии в воде. Содержание воды в емкости по весу постоянно и не зависит от содержания энергии. При зарядке аккумулятора горячая вода подается сверху с одновременным уходом соответствующего объема холодной воды со дна емкости. Холодная и горячая вода разделены неиспользуемым слоем в один метр. При разрядке горячая вода забирается сверху с одновременной подачей холодной воды снизу.
Аккумуляторы теплоты подразделяются на паровые (ПА), пароводяные (ПВА), горячей воды - питательной или сетевой (АПВ, АСВ) и фазового перехода (АФП). Широкое применение получили аккумуляторы типа ПВА Рутса (рис. 8.1). Аккумулятор заряжается за счет конденсации аккумулируемого пара 4 в объеме более холодной воды, хранящейся в водяном баке 8 ПВА, что приводит к повышению ее давления и температуры. Надежная конденсация поступающего пара, а также циркуляция воды и ее быстрый прогрев обеспечиваются диффузором 7. При разряде ПВА паровое пространство 1, объединенное корпусом 6 с водяным баком 8, через разрядные сопла Л а-Баля2, З и5 и паропровод, давление в котором ниже, чем давление горячей воды в ПВА, соединяется с потребителем пара. В результате давление в баке снижается и вода оказывается перегретой по отношению к состоянию ее насыщения при пониженном давлении пара, что приводит к резкому вскипанию и испарению части воды. ПВА заряжают обычно в ночной период. Для этого подается острый пар от парогенератора или отработавшего пара из отборов турбин, что приводит к уменьшению выработки электроэнергии (снижению мощности генератора). Разряд ПВА происходит в часы пиков нагрузки. Для этого запасенный пар срабатывается в специальной пиковой турбине, соединенной с генератором, или пар подается в основную турбину, что позволяет увеличить мощность генератора против той, которую он развивает в нормальных условиях при использовании пара от своего парового котла или реактора на АЭС. Вид, конструкция и стоимость тепловых аккумуляторов существенно зависят от желаемой длительности хранения теплоты. В настоящее время возрос интерес к использованию тепловой аккумуляции в атомной энергетике.
Предложено множество схем использования AT на АЭС. Одна из них заключается в следующем. Теплота аккумулируется путем нагрева высококипящей жидкости избыточной питательной водой в специальном теплообменнике во время заряда. Во время разряда, когда частично или полностью отключают регенеративные подогреватели, направление движения жидкости меняется на обратное и питательная вода перед поступлением в парогенераторы нагревается за счет теплоты в теплообменнике. Изменение мощности турбины в эти периоды пропорционально изменению расхода пара, пропускаемого через ее проточную часть. При этом КПД аккумуляции составляет 75-85%. За счет применения аккумулятора теплоты мощность АЭС во время нагрузки можно увеличить на 25-30%, т. е. при разряде аккумулятора, а в период заряда мощность можно снизить на 40-50% номинальной. Предварительно перегретый пар, вырабатываемый в главном аккумуляторе, подается в пиковые турбины.
