كاربرد ذخيره سازي سرما جهت پيك سايي

کد محصول: 20
قیمت: رایگان
تعداد صفحات 0
توضیحات محصول

ذخيره سازي سرما به استفاده از گرماي نهان ذوب يخ مي تواند يكي از راه هاي پيك سايي و كم كردن ديماند انرژي همراه با كاستن هزينه هاي سرمايه اي و راهبري سيستمهاي خنك كننده تراكمي باشد .ذخيره سازي سرما قدمتي بيش از چها سال دارد ليكن در ايران كه برق نسبتاً ارزان مي باشد اهميت آن از جانب طراحان سيستمهاي خنك كننده مورد توجه قرار نگرفته است . اين روش بر پايه توليد يخ به وسيله سيستم خنك كننده در مواقعي كه بارشبكه حداقل بوده واستفاده از گرماي نهان ذوب آن در زمان اوج بار جهت رفع نياز سيستم خنك كننده مي باشد.اين پروژه كه با دياگرام تك خطي و نشان دادن مزاياي اقتصادي و جزئيات دانش فني آن به طراحان سيستمهاي خنك كننده و مسئولين شركتهاي توليد كننده برق مي باشد . عموميت دادن نتايج اين پروژه به سيستمهاي خنك كننده تراكمي مي تواند قله مصرف برق را در تابستانها به زمانهاي كم مصرف (نيمه هاي شب) منتقل نمايد .اين روش هزينه هاي سرمايه اي وراهبري سيستهاي خنك كننده تراكمي را نيز تا حد قبول اقتصادي پايين مي آورد .

يكي از مسائل اساسي كه صنعت برق با آن روبرو است تامين برق مشتركين در ساعات اوج يا پيك بار مي باشد . در ايران زمان اوج مصرف عموماً در ساعات اوليه شب بوده و مربوط به مصارف روشنايي است و در ساير ساعات مصرف انرژي الكتريكي كه به وجود آورنده پيك مي باشد مربوط به روشنايي است كه امكان جابجايي آن به ساعات ديگرعملي نيست . مصرف كننده ديگر انرژي الكتريكي در ساعات پيك ، سيستمهاي حرارتي وبرودتي ساختمانها مي باشد. بررسي پيك بار در فصول چهار گانه سال نشان مي دهد پيك مصرف انرژي الكتريكي مربوط به ماههاي تابستان و به ويژه مرداد ماه است.

توجه به نكات فوق نشان مي دهد كه بار هاي برودتي ساختمانها در ايجاد پيك بار نقش عمده اي را داشته ضمن اينكه جابجايي آن با روش ذخيره ساز سرما امكان پذير است .

ذخيره سازي سرما

كاربرد يخ به عنوان يك منبع ذخيره سرما از نظر اصول ترموديناميكي روش شناخته شده پلاستيكي مي باشد با توجه به ازدياد بهاي توليد انرژي الكتريكي و عدم صرف يكسان آن در شبانه روز و داشتن اوج مصرف از اين روش مي توان استفاده نمود و زمان اوج مصرف انرژي الكتريكي را به نفع توليد كنندگان انرژي الكتريكي جابجا كرد و ديماند برق مورد نياز ساختمانهاي اداري و تجاري را تقليل داد كه نتيجه آن كم كردن هزينه هاي اوليه نصب تاسيسات برودتي ساختمان و همچنين هزينه هاي كاربردي آن مي باشد .

در اين روش دستگاه خنك كننده كمپرسوري  Water chiller در شب يا بعد از زمان اوج مصرف هنگامي كه مصرف انژي الكتريكي ساختمان حداقل مي باشد يخ توليد كرده و در مخزن يا مخزنهاي مشابه ذخيره مي كنند (80 كيلو كالري  به ازاي هر كيلو گرم يخ ايجاد شده ) ودر روز بعد كه ساختمان كه نياز به خنك كردن وارد عمل شده و قسمتي يا تمام بار پيك ساختمان را بسته به حجم مخزن انتخابي تامين مي كند بكار گيري مخزن ذخيره سرما نه تنها مي تواند هزينه راه بري ساختمان را از نظر انرژي الكتريكي كاهش دهد بلكه هزينه هاي سرمايه هاي تاسيسات مورد نياز ساختمانهاي جديدي كه بر اين مبنا طراحي شوند را تا حد نصف تقليل مي دهد . از مزاياي  ديگر اين جابجايي كه در اصطلاح كه به ان پيك سايي مي گويند اين است كه مشكلات بهره برداري (Operation) نيروگاه ها در ساعات كم باري را نيز تقليل مي دهد .

انواع سيستمهاي ذخيره ساز سرما

سيستمهاي ذخيره ساز سرما بر اساس نحوه ذخيره سازي سرما به دو دسته تقسيم        مي شوند : الف )  ذخيره سازي با به كار گيري گرماي نهان ذوب يا phase change

ب ) ذخيره سازي با به كار گيري تغيير گرماي محسوس يا sensible heat

ماده به كار گير ي شده در سيتمهاي ذخيره ساز سرما آب مي باشد كه در ان گرماي نهان ذوب يخ ذخيره شده 80 كيلوكالري بر ليتر وگرماي محسوس آن 1كيلو كالري در نظر گرفته مي شود . سيستمهاي ذخيره سرما را برمبناي عملكرد آن نيز به دو گروه تقسيم مي كنند :

گروه 1- سيستم ذخيره سازي جزئي يا partial storage

گروه 2 : سيستم ذخيره سازي كامل يا full storange

كه در آنها يا بخشي از بار زمان پيك يا تمام بار زمان پيك ذخيره مي شود .

بنابراين در حالت كلي مي توان به چهار نوع سيستم ذخيره سازي سرما اشاره نمود :

 ذخيره سازي جزئي با به كارگيري گرماي نهان ذوب يخ :

در اين روش فقط بخشي از بار سرمايي زمان پيك با كار چيلر تامين مي شود .

ذخيره سازي كامل با به كارگيري گرماي نهان ذوب يخ :

در اين روش تمام بار سرمايي ساعت پيك با كار چيلر در ساعات غير پيك (نيمه شب) به وسيله يخ سازي در مخزن سرما ذخيره شده و در ساعات پيك چيلر اصلي خاموش و بار سرمايي ساختمان از مخزن ذخيره ساز تامين مي شود . در اين روش ظرفيت چيلر ومخازن ذخيره سرما متفاوت از روش قبلي مي باشد.

 

 

 ذخيره سازي جزئي با به گاري گيري گرماي محسوس آب :

در اين روش آب مخزن ذخيره سازي سرما تا 3 درجه سانتي گراد در ساعات غير پيك سرد  و در مخزن كه عموماً استخر گونه با عايق كافي است ذخيره شده و در ساعات پيك بخشي از بار ساختمان را تاين مي كند . با توجه به پايين بودن گرماي محسوس آب 1كيلو كالري بر ليتر درمقايسه با گرماي نهان انجماد يخ ، حجم مخزن ذخيره سرما به مراتب بزر تر از مخزن ذخيره يخ مي باشد .

ذخيره سازي كامل با به كار گيري گرماي محسوس آب :

در اين روش تمام بار سرمايي پيك بار چيلر در ساعات غير پيك (عموماً نيمه هاي شب) به وسيله سرد كردن آب مخزن سرما تا 3 درجه سانتيگراد به صورت سرماي محسوس آب در مخزن ذخيره شده و اين سرماي ذخيره شده در ساعات پيك بار سرماي مورد نياز ساختمان را تامين مي نمايند.

انتخاب سيستم ذخيره سازي سرما

سيستمهاي چهار گانه مذكور از نظر جزئيات فني ، اقتصادي و مصارف انرژي الكتريكي با يكديگر متفاوت مي باشند . اما سيستمهاي ذخيره سازي كه در آن از گرماي نهان ذوب يخ گرماي با گرماي محسوس آب كه 80 به 1 مي باشد كم حجم تر بوده و به فضاي كمتري جهت مخازن نياز مي باشد ضمناً سيستم ذخيره سازي جزئي با مخزن يخ جهت مصرف كننده كم هزينه تر از سيستم ذخيره سازي كامل مي باشد .

محاسبات اقتصادي براي هر ساختمان مي تواند راهگشاي انتخاب نوع ذخيره سازي باشد .عموماً در ساختمان هاي قديمي كه بازسازي و سطح زير بناي آنها اضافه مي شود روش ذخيره سازي جزئي مقرون به صرفه است . زيرا نيازي هافزون ظرفيت چيلرها نبوده و اضافه نمود مخزن ذخيره سرما مي تواند پاسخگويي بار اضافي ناشي از توسعه ساختمان باشد .

اهداف طرح و هزينه هاي اجراي آن

ايده روش ذخيره سازي سرما از نظر ترموديناميكي كاملاً شناخته شده مي باشد ليكن ازدياد بهاي انرژي وهزينه هاي سرمايه گذاري براي نيروگاه ها در طي دو دهه گذشته كاربرد آن را از نظر اقتصادي مقرون به صرفه كرده است . چون جزئيات اجرايي اين روش عملاً براي مهندسين تاسيسات در ايران شناخته شده نبوده و به موازات آن نيز مسئولين شركتهاي توليد برق به آن توجهي نكرده اند ، اهداف اين طرح كه با موفقيت در دانشگاه اصفهان اجرا شد عباتند از :

الف ) توجيه عملي آن براي مسئولين شركتهاي توليد برق .

ب ) نشان دادن جزئيات اجرايي به مهندسين تاسيسات براي به كار گيري آن در پروژه هاي خود

در اجراي اين طرح سعي شده از تجهيزات و وسايل موجود در بازار ايران استفاده شود.

هزينه هاي اجرايي اين طرح به شرح زيرتامين شده است :

الف ) داشنگاه اصفهان بادر اختيار گذاشتن يك دستگاه چيلر ساخت كارخانه  Trane.

ب) شركت تابان نيرو با تامين تجهيزات

پ) شوراي تحقيقات برق منطقه اي استان اصفهان با پرداخت هزيه هاي حق التحقيق و لوازم جانبي مصرفي

تغييرات اساسي در چيلر

تغيير محلول در گردش سيكل تبريد :

 باتوجه به اين كه به منظور يخ سازي در مخزن ذيخره سرما لازم است دماي سيال در جريان در اپراتور تا حد منهاي 5 درجه سانتيگراد پايين آورده شودمحلول 25 در صد آب و گليكول (ضد يخ) به جاي آب معمولي جايگزين گرديد .

 تغييرات مكانيكي در سيكل تبريد :

به منظور پايين آوردن دماي محلول آب و گليكول خروجي از اوپراتور در چيلر در حد منهاي 4 تا منهاي 5 درجه سانتيگراد ، شيرهاي انبساط ترموستاتيكي آن تعويض و يك عدد اكومولاتور در مسير گاز ورود به كمپرسور جهت اطمينان از جلوگيري از ورود مايع فيون 22 به كمپرسور اضافه گرديد در عمل با اندازه گيري دما و فشار گاز خروجي از اوپراتور مشاهده شد كه نيازي به اكومولاتور نمي باشد .

-         سيستم كنترل اضافي :

آگاهي از كاركرد سيستم كنترل چيلر ، 6 عدد لامپ سيگنال به مدار كنترل اضافه گرديد تا از عمل فشار سنجها (Lo - Hi) فشار سنج روغن وترموستات اطمينان حاصل شود .

مخزن ذخيره سرما (مخزن يخ)

-         حجم مخزن ذيخره سرما :

مبناي محاسبات حجم مخزن بر پايه ميزان ساعاتي است كه پيك بار لازم است جابجا شود . در اين زمان جابجا شده است كه سيستم خنك كننده (چيلر)يخ ساخته ودر مخزن يخ ذخيره مي كند . ظرفيت مخزن يخ كه مبدل حرارتي نيز مي باشد بايد طوري محاسبه شود كه با توجه به گرماي نهان ذوب يخ (80 كيلو كالري بر كيلو گرم) بتواند سرماي چيلر را جذب و آب يخ را به يخ تبديل نمايد .با توجه به اين موارد به ازاء هر تن برودتي 12000 بي تي يو در ساعت يا 5/37 كيلو گرم يخ در ساعت و با توجه به جرم مخصوص يخ معادل 40 ليتر حجم براي مخزن در نظر گرفته مي شود.

در اين طرح زمان جابجايي پيك در حدود 3 ساعت در نظر گرفته شده كه حجم مخزن با توجه به ظرفايت واقعي چيلر (70 تن) 8660 ليتر بوده و ابعاد مخزن 6/1*2*3 متر در نظر گرفته شده است .

 سطوح حرارتي مبدل يخ ساز (مخزن ذخيره سرما) :

براي محاسبه سطوح حرارتي مبدل يخ ساز (مخزن يخ) مي توان از روشهاي كلاسيك متداول با توجه به نكات زير استفاده نمود.

الف ) آب اطراف لوله هاي مبدل سرما ساكن بوده و فقط گرما از طريق لوله فولادي با ضريب هدايت حرارتي 59w/mc به آب ساكن منتقل و آبي كه اطراف جدار لوله قرار دارد يخ زده مي شود و ضريب هدايت حرارتي يخ برابر 2/2 w/mc است .

ب ) به تدريج كه آب اطراف لوله يخ مي زند به قطر يخ اطراف لوله به طور مساوي افزوده و از مقدار انتقال سرماكاسته مي شود .با توجه به اين نكته لازم است فاصله بين دو لوله مبدل نسبتاً كوچك در نظر گرفته شود كه خود عامل تعيين كننده است . اين فاصله با توجه به اطلاعات تجربي در اين طرح تقريباً 5 سانتيمتر از هر طرف در نظر گرفته شده است .آنچه سازندگان مخازن يخ براي سطح حرارتي موردنياز توصيه كرده اند 0/34m به ازاء هر كبلو وات سرما سازي است كه ر اين طرح نيز به آن توجه شده است . با توجه به موارد مذكور 855 متر لوله 4/3 اينچ به منظور تامين سطح حرارتي لازم در اين مخزن نصب شده است.

طراحي سيستم لوله كشي موتور خانه

با توجه به استفاده از مخزن لازم است در سيستم لوله كشي موتورخانه تغييرات لازم اعمال گرددو به نحوي طراحي شود تا مخزن يخ در مدار مربوطه قرار گيرد . بدين لحاظ تهيه و بر مبناي آن تغييرات سعي شده كه از سيستمهاي دستي كه كنترل آن ساده تر و قابل لمس تر است استفاده شود.

 راه اندازي - آزمايش ونتايج

در تاريخ 6/5/80 پس از شارژ سيستم برودتي با گاز فريون 22 و همچنين شارژ مدار چيلر و مخزن ذخيره سرما (مخزن يخ) با محلول گيلگول 25 در صد و آزمايشهاي  نشتي لازم سيستم راه اندازي شد و به منظور اطمينان از عدم ورود مايع فريون از اپراتور به سوپاپهاي ورودي كمپرسور ، دو عدد ترمومتر در روي لو.له روودي به اكومولاتور و و خروجي از آن (ورود به مكش كمپرسور) نصب گرديد . اين دما د رحداقل منهاي 20 درجه سانتيگراد قرارداشت . با توجه به فشار بين 30-40 psi اطمينان حاصل گرديد كه ضمن كار سيستم فريون 22 قبل از ورود به كمپرسور حالت گازي خود را حفظ نموده و مايعي از اواپراتور به داخل سيلندر كمپرسور وارد نمي شود.

پس از اطمينان از عملكرد چيلر از نظر مكانيكي ، الكتريكي و سيستم كنترل آن ، آزمايشهاي ترموديناميكي سيستم به عمل آمد كه نتايج آن بدين شرح است :

1-  نتايج ترموديناميكي 

درجه حرارت سطح آب داخل مخزن يخ كه از قبل براي آزمايش نشتي در ان قرار داشت با حجم تقريبي 10000 ليتر ، 37 درجه سانتيگراد بود . پس از راه اندازي درجه حارت اين آب در مدت 5/3 ساعت به حدود 1درجه سانتيگراد تنزل يافت. از اين زمان به بعد درجه حرارت اوپراتور در كمتر از 5/0 ساعت به منهاي 4 درجه سانتيگراد و آب مخزن به 5/0- تنزل يافته و اولين لايه يخ روي لوله هاي مخزن يخ (مبدل حرارتي ) مشاهده شد . در اين حالت درجه حرارت آب داخل مخزن در حد 5/0- درجه سانتيگراد ثابت ومرتباً به قطر يخ اطراف لوله هاي اضافه مي گرديد .

با توجه به اهداف اصلي اين طرح كه عبارت بودند از :

الف ) نشان دادن جزئيات اجرايي ذخيره سازي سرما به مسئولين توليد و توزيع انرژي الكتريكي وامكان اضافه نمودن مخزن ذخيه سرما به سيستمهاي قديمي .

ب) ذخيره سازي سرما (ساخت يخ ) در ساعات كم باري شبكه و سپس استفاده از آن در ساعات پيك بار شبكه .نتايج حاصله كاملاً رضايت بخش بوده و با اطمينان مي توان از اين سيستم  درجهت پيك سايي بهره مند شد .

با تعميم اين روش به دستگاههاي خنك كننده موجود در كشور كه بيش از 10000 دستگاه برآورد مي شود مي توان با حدود 1000 مگا وات در فصول گرم سال در ساعات پيك ، بار شبكه برق رساني را تقليل داد .

منبع :ایران داکیومنت

 www.irandac.com

دانلود رایگان
پسورد: www.irandac.com
سوالات و نظر شما در مورد این محصول