Способ аккумулирования энергии абсорбционным тепловым насосом

Авторы патента:

Вислогузов Алексей Александрович (RU)

F24J3/08 - геотермального тепла (устройства для использования геотермальной энергии с целью получения механической энергии F03G 4/00)

F24D11/02 - с использованием тепловых насосов

Владельцы патента RU 2533527:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский федеральный университет" (RU)

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. Согласно способу избыточно выработанная электрическая энергия переводится в тепловую энергию и с избыточно выработанной тепловой энергией используется для хемотермического аккумулирования энергии в абсорбционном тепловом насосе. При этом для получения тепла аккумулированный в конденсаторе жидкий хладагент направляется в абсорбер. Технический результат - возможность аккумулирования как тепловой, так и электрической энергии при суточном маневрировании отпуска энергии потребителю. 1 ил.

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.

Технические характеристики АТН (скрытая теплота конденсации аммиака при 30°C равна 1145,5 кДж/кг; плотность - 595 кг/м³; 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.

Объем хранилища сконденсированного аммиака - 800·3600/(1145,5·595)=4,2 м³, при работе - зарядка 1 час.

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 м³ (где - 4,2 кДж/(кг·К) - удельная теплоемкость воды; 1000 кг/м³ - плотность воды).

Способ аккумулирования энергии абсорбционным тепловым насосом 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, отличающийся тем, что избыточно выработанная электрическая энергия переводится в тепловую энергию и с избыточно выработанной тепловой энергией используется для хемотермического аккумулирования энергии в абсорбционном тепловом насосе, при этом для получения тепла аккумулированный в конденсаторе жидкий хладагент направляется в абсорбер.

Похожие патенты:

Геотермальное устройство // 2529850

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системах теплоснабжения производственных и жилых зданий. Геотермальное устройство включает теплообменник, сопряженный с тепловым насосом, грунтовый теплообменник, установленный в геотермальной скважине, трубопроводы, соединяющие теплообменники с образованием замкнутой системы, заполненной рабочим телом в виде жидкости, причем грунтовый теплообменник содержит опускную и подъемную трубы, сообщающиеся друг с другом в нижней зоне.

Петротермальная электростанция и устройство монтажа теплоотборной системы петротермальной электростанции // 2529769

Изобретение относится к области энергетики, в частности к электростанциям, работающим на базе глубинного тепла Земли. Петротермальная электростанция содержит скважину, пробуренную до глубины с температурой забоя не менее 600°С, теплоотборную систему, расположенную в скважине, содержащую паровой котел, два присоединенных к нему трубопровода, каждый из которых состоит из отдельных частей, причем части трубопровода для нагнетания воды соединены с частями паропровода для отвода пара жесткими перемычками с образованием секций, при этом часть скважины в зоне расположения парового котла с захватом зоны его разогрева, заполнена водонепроницаемым материалом, остальная часть скважины заполнена породой, поднятой на поверхность при бурении скважины с соблюдением порядка ее расположения в земной коре в месте бурения.

Способ комплексного использования геотермального тепла с помощью пароэжекторного теплового насоса // 2528213

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в системах тепло-холодоснабжения при использовании геотермального тепла с помощью пароэжекторного теплового насоса.

Сеть для нагревания и охлаждения зданий // 2486416

Система для извлечения гидротермальной энергии из глубоководных океанических источников и для извлечения ресурсов со дна океана // 2485316

Способ посезонного использования низкопотенциального тепла приповерхностного грунта и скважинные теплообменники для осуществления вариантов способа // 2483255

Изобретение относится к технологиям и средствам автономного отопления объектов различного назначения с комплексным использованием, на основе скважинных циркуляционных систем закрытого типа и тепловых насосов, низкопотенциальных возобновляемых тепловых источников из окружающей среды.

Грунтовый теплообменник // 2472076

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в устройствах, охлаждающих жилые и иные сооружения в теплый период года и нагревающих эти сооружения в холодное время года.

Система теплоснабжения и горячего водоснабжения на основе возобновляемых источников энергии // 2445554

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для теплоснабжения и горячего водоснабжения децентрализованных объектов малой мощности с использованием возобновляемых источников энергии (ВИЭ).

Геоэлектростанция и способ повышения ее мощности // 2441185

Изобретение относится к теплоэнергетике. .

Установка для использования геотермальной энергии низкотемпературных подземных горных пород // 2430312

Изобретение относится к средствам извлечения геотермальной энергии массива горных пород и может использоваться для обогрева зданий и сооружений. .

Теплоаккумуляционная система // 2520003

Изобретение относится к теплоаккумуляционной системе. Теплоаккумуляционная система содержит, по меньшей мере, один тепловой резервуар и, по меньшей мере, одно устройство передачи тепловой энергии, выполненное с возможностью, по меньшей мере, время от времени передавать тепловую энергию, по меньшей мере, от одной первой секции теплового резервуара к по меньшей мере, одной второй секции теплового резервуара.

Устройство с полезным использованием результатов работы теплового насоса // 2456512

Система централизованного тепло- и водоснабжения // 2416762

Изобретение относится к энергетике, а именно к централизованному теплоснабжению на основе использования низкопотенциальной теплоты отработавшей воды турбин ГЭС с помощью теплонасосных установок (ТНУ).

Способ использования теплоаккумуляционных свойств грунта // 2416761

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для энергетически и экологически эффективного теплохладоснабжения зданий и сооружений различного назначения.

Система горячего водоснабжения // 2386901

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для повышения эффективности и надежности работы системы горячего водоснабжения с тепловым насосом, утилизирующим тепло наружного воздуха.

Способ работы теплового генератора без потребления электрической энергии и устройство для его осуществления // 2374564

Изобретение относится к области работы систем отопления. .

Теплонасосная система теплохладоснабжения // 2351850

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для энергетического и экологически эффективного теплохладоснабжения зданий и сооружений различного назначения.

Способ утилизации низкопотенциального тепла // 2347145

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к установкам отопления и горячего водоснабжения небольших производственных помещений, индивидуальных жилых домов, отдельных сооружений при использовании низкопотенциальных природных источников тепла, хозбытовых стоков и других тепловых отходов.

Система однотрубного теплоснабжения // 2320930

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к централизованному теплоснабжению на основе использования отработавшей теплоты турбин КЭС и АЭС с помощью теплонасосных установок.

Система централизованного теплоснабжения, горячего и холодного водоснабжения // 2571361

Изобретение относится к области теплоэнергетики и систем водоснабжения и может быть использовано при обеспечении потребителей теплотой, горячей и холодной водой. Система централизованного теплоснабжения, горячего и холодного водоснабжения, включающая ТЭЦ, соединенную трубопроводами сетевой воды с рядом удаленных тепловых пунктами, каждый из которых оборудован теплонасосной установкой системы отопления и теплонасосной установкой системы горячего водоснабжения, содержащей испаритель и конденсатор. Вход испарителя подключен к трубопроводу прямой сетевой воды, а указанный конденсатор своим входом подключен к трубопроводу прямой сетевой воды Выход испарителя подключен к трубопроводу обратный сетевой воды, а выход конденсатора подключен к тепловому потребителю. Таким образом обеспечивается снижение удельного расхода топлива на отпуск потребителя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.