СПОСОБ АККУМУЛИРОВАНИЯ ЭНЕРГИИ АБСОРБЦИОННЫМ ТЕПЛОВЫМ НАСОСОМ
METHOD FOR ENERGY ACCUMULATION BY ABSORPTION HEAT PUMP

Изобретение относится к способам аккумулирования энергии в когенерационных системах, работающих в цикле тригенерации, в системах извлечения геотермальной энергии абсорбционным тепловым насосом, в системах использования низкопотенциальной тепловой энергии с помощью абсорбционного теплового насоса.
Известны способы аккумулирования энергии в водяных аккумуляторах горячей воды или сетевой воды [Ионин А.А., Хлыбов Б.М., Братенков В.Н., Терлецкая Е.Н. Под ред. А.А. Ионина. Теплоснабжение. Стройиздат, 1982. - 336 с.].
Недостатками известного способа являются низкая энергоемкость аккумуляторов и, соответственно, значительные габариты.
Известен также способ аккумулирования энергии в высокотемпературных хемотермических системах на базе десорбции аммиака из водного раствора [Столяревский А.Я. Хемотермические циклы и установки аккумулирования энергии. Атомная энергетика. Атомно-водородная энергетика. Научно-технический центр «ТАТА». 2005. - С.45-58].
Недостатком является то, что хемотермические энергоаккумулирующие высокотемпературные системы на базе десорбции аммиака из водного раствора предполагают использование сателлитной аммиачной турбины в период провала электрической нагрузки. Однако применение такой турбины приведет к существенному усложнению схемы когенерационной установки.
Известен также способ аккумулирования энергии в низкотемпературных хемотермических системах на базе десорбции аммиака из водного раствора [Столяревский А.Я. Хемотермические циклы и установки аккумулирования энергии. Атомная энергетика. Атомно-водородная энергетика. Научно-технический центр «ТАТА». 2005. - С.45-58].
Недостатком является необходимость установки специального аккумулятора.
Наиболее близким к предложенному является способ тригенерации для выработки электроэнергии, тепла и холода для использования в системах энергоснабжения [авт. свид. СССР №243802 с приоритетом от 23.03.1964 г. Кремнев О.А., Чавдаров А.С., Балицкий С.А., Журавленко В.Я., Гершкович В.Ф., Згурский О.А., Пекер Я.Д., Медведев М.И.] с помощью когенерационной установки для выработки электроэнергии, тепла, а в летнее время - холода с помощью абсорбционной холодильной машины (АБХМ), работающей на избыточном тепле цикла. А также способ извлечения геотермального тепла [патент №2288413, бюл. №33, 2006] и способ использования геотермального тепла [патент №2358209, бюл. №16, 2009].
Однако указанные способы не дают возможности регулирования отпуска электрической и тепловой энергии вследствие их неравномерности.
Техническим результатом заявляемого изобретения является возможность аккумулирования как тепловой, так и электрической энергии при суточном маневрировании отпуска энергии потребителю. Разработанный способ использования абсорбционного теплового насоса (АТН) позволит аккумулировать энергию для последующего преобразования ее как в тепло, так и в холод, что существенно увеличивает гибкость режима отпуска энергии потребителю.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в когенерационной установке, работающей по циклу тригенерации, в системах извлечения геотермальной энергии абсорбционным тепловым насосом, в системах использования низкопотенциальной тепловой энергии с помощью абсорбциионного теплового насоса абсорбционный тепловой насос может быть использован как хемотермическая энергоаккумулирующая низкотемпературная система на базе десорбции аммиака из водного раствора или бромистого лития из водного раствора в зависимости от вида бинарной смеси, используемой в АТН. Избыточно выработанная электрическая энергия переводится в тепловую энергию (в электрическом котле или путем нагрева бинарной смеси в генераторе АТН) и с избыточно выработанной тепловой энергией цикла используется для хемотермического аккумулирования энергии в абсорбционном тепловом насосе. Для получения тепла аккумулированный в конденсаторе жидкий хладагент направляется в абсорбер, а для получения холода - в испаритель.
На фиг.1 представлена схема АТН для осуществления аккумулирования энергии в когенерационных системах, работающих в цикле тригенерации по предлагаемому способу.
Схема включает в себя следующие элементы абсорбционного теплового насоса: Кп - кипятильник (генератор пара); С - сухопарник; Кд - конденсатор; РВ - дроссельно-регулирующий вентиль; И - испаритель; Аб - абсорбер; Н - насос; Т - теплообменник.
Способ осуществляется следующим образом.
Тепло Qак, получаемое при избыточно вырабатываемой электрической энергии или за счет избыточно вырабатываемой тепловой энергии при низком потреблении тепла на нужды теплоснабжения, подается в контур генератора Кп. В генераторе тепло передается в водоаммиачный раствор или в водный раствор бромистого лития в зависимости от вида бинарного раствора АТН, десорбируя из него аммиак (бромистый литий), который осушается в сухопарнике С и поступает в конденсатор Кд. В конденсаторе накапливается жидкий аммиак (бромистый литий) за счет отвода тепла Qк водой от системы горячего водоснабжения. При недостатке тепловой нагрузки жидкий аммиак (бромистый литий) с помощью насоса Н подается в абсорбер Аб, куда подается и слабый раствор аммиака (бромистого лития) через дроссель РВ2. В теплоиспользующей части абсорбера происходит испарение аммиака (бромистого лития) и его экзотермическая абсорбция в абсорбере Аб, а тепло Qаб передается в теплосеть. Полученный крепкий раствор насосом Н вновь подается в генератор Kп. При необходимости получения холода Qо жидкий аммиак (бромистый литий) подается из конденсатора через дроссельно-регулирующий вентиль РВ1 в испаритель И. А образующиеся при испарении пары хладагента поглощаются абсорбентом в абсорбере Аб. Полученный крепкий раствор насосом Н вновь подается в генератор Кп, т.е. АТН может работать в режиме холодильной машины.
Пример осуществления способа
Известно, что все энергетические нагрузки, как тепловые, так и электрические, отличаются неравномерностью.
При проектировании и расчете систем теплоснабжения в качестве определяющих нагрузок принимаются максимальные часовые расходы тепла по отдельным видам теплопотребления и суммарные часовые расходы тепла по абоненту в целом с учетом несовпадения часовых максимумов расхода тепла по отдельным видам теплопотребления. В летний период возникает проблема полезного применения избыточного тепла.
Высокой степенью неравномерности действия отличается также и распределение электропотребления по часам суток.
Для увеличения аккумулирующей способности конденсатор АТН может быть снабжен аккумулирующим баком.
При мощности когенерационной установки в 2 МВт и коэффициенте часовой неравномерности потребления электрической энергии и тепловой энергии до 30% АТН может иметь следующие характеристики.
3
Технические характеристики АТН (скрытая теплота конденсации аммиака при 30°C равна 1145,5 кДж/кг; плотность - 595 кг/м; давление насыщения - 1,167 МПа):
- тепловая мощность генератора - 2·0,3=0,6 МВт;
- тепловая мощность теплообменника «слабый-крепкий» раствор - 0,2 МВт;
- тепловая мощность конденсатора аммиака - 0,6+0,2=0,8 МВт;
- тепловая мощность охладителя раствора в абсорбере - 0,8+0,2=1,0 МВт.
3
Объем хранилища сконденсированного аммиака - 800·3600/(1145,5·595)=4,2 м, при работе - зарядка 1 час.
3
3
Для сравнения эффективности, при применении водяного аккумулятора (емкостной водяной подогреватель воды) в режиме нагрева 10/70°C, он будет иметь аккумулирующую емкость - 800·3600/((70-10)·4,2·1000)=11,4 м (где - 4,2 кДж/(кг·К) - удельная теплоемкость воды; 1000 кг/м - плотность воды).