2.4. Аккумуляторы тепла

В настоящее время накопление энергии осуществляется за счет аккумулирования тепла.

Тепловой аккумулятор - дорогостоящий элемент. В зависимости от температуры системы аккумулирования энергии обычно подразделяют на низкотемпературные (до 100◦С), среднетемпературные (от 100 до 550◦С) и высокотемпературные (> 550◦С).

Низкотемпературные аккумуляторы, в частности водяные, нашли широкое применение в гелиотехнике для отопления зданий и горячего водоснабжения. Для низкотемпературного аккумулирования используют также обратимые реакции гидратации и сольватации солей и кислот, а также процессы фазового перехода. Для этих целей в качестве теплоаккумулирующих веществ используют парафины и эмульсии, состоящие из парафина и воды. Скрытая теплота плавления парафина порядка 44 кал/г, а температура плавления 35-50◦С.

Новый тип систем термохимического аккумулирования «Тепидус» разрабатывается в Швеции. В этой установке используется процесс выделения тепла при гидротации сульфида натрии.

Для среднетемпературного аккумулирования, а также в качестве теплоносителя используют соли и их эвтектики, характеризующиеся температурой плавления в несколько сот градусов и большой величиной скрытой теплоты фазового перехода.

Весьма перспективны для среднетемпературного аккумулирования гидраты оксидов щелочноземельных металлов. Использование процессов аккумулирования реакций гидратации оксидов отличается целым рядом достоинств. Это высокая плотность запасаемой энергии, простое долгосрочное аккумулирование при температуре окружающей среды, компактность твердого энергоаккумулирующего вещества, низкая его стоимость, получение достаточно высокопотенциального тепла на стадии гидратации.

Высокотемпературное аккумулирование осуществляется с помощью обратимых экзоэндотермических реакций. При этом реакции можно разделить на две группы: реакции каталитического разложения, продукты которых можно не разделять и хранить вместе, и реакции, протекающие без катализаторов, продукты которые должны быть разделены при температуре солнечного приемника, чтобы предотвратить обратную реакцию.

Выбор типа термодинамического цикла и природы рабочего тела определяется областью рабочих температур теплового двигателя, т.е. характеристики системы концентрации, аккумулятора и параметров цикла тесно взаимосвязаны. В солнечных установках с концентрацией предпочтение отдается пароводяным циклам.

2.5. Два типа солнечных установок

Существует два подхода к созданию солнечных станций, работающих по термодинамическому циклу. Первый - использование небольших централизованных станций для отдаленных, районов. Второй - создание крупных солнечных энергетических установок мощностью в несколько десятков МВт, рассчитанных на работу в центральной электросети (рис. 3-6). В установках на несколько десятков МВт использовать устройство для промежуточного прогрева пара невыгодно, поскольку его стоимость не окупается приростом мощности. Здесь предлагается использовать два типа двигателей. Для солнечных станций, включенных в энергосеть, наиболее подходящими являются турбины, хотя их диапазон рабочих режимов довольно узок и сложны конструкции.

Для автоматических станций с переменной нагрузкой могут оказаться более эффективными поршневые двигатели, область рабочих режимов которых более широка.

Тип цикла и природа рабочего тела определяются областью рабочих температур теплового двигателя. Это предполагает в первую очередь взаимосвязь между характеристиками системы концентрации, аккумулятора и параметрами цикла. Идеальным рабочим телом с этой точки зрения является вода, но для работы с ней температура горячего источника должна быть 200-500◦ С.

Чтобы добиться таких температур, необходимо на приемнике получить 500-кратную концентрацию солнечной радиации, а с учетом потерь на излучение и конвекцию требуется концентрация вдвое больше. Такие значения практически невозможно обеспечить с помощью линейных концентраторов, поэтому разрабатываются концентрирующие устройства, фокусирующие радиацию в точку приемника.

Указанные выше трудности разрешаются, если вместо 10-20 тыс. приемников сделать один, аналогичный по своим параметрам и размерам паровому котлу обычного типа, и поднять его над поверхностью Земли.