Использование солнечной энергии зимой или длительное хранение тепла для бытовых нужд

Использование солнечной энергии зимойМожно ли хранить до зимы, а затем использовать тепловую энергию солнца? Ученые европейского исследовательского консорциума Empa потратили четыре года на изучение этого вопроса, сопоставив три разных метода.

Человечеству предстоит пройти еще долгий путь к использованию экологически чистых видов энергии. В 2014 году, 71% частных квартир и домов Швейцарии отапливались за счет использования ископаемого топлива, то же происхождение имели 60% горячей воды, потребляемой частными домохозяйствами, Другими словами, можно было бы экономить значительное количество ископаемых видов топлива, если бы люди научились запасать тепло в солнечные летние дни, хранить его до зимы и использовать простым щелчком выключателя. Возможно ли такое? Похоже, что да. После многолетних исследований, в Empa создана и с осени 2016 года, надежно работает установка лабораторного масштаба, способная обеспечивать длительное хранение тепловой энергии. Но путь к ней был долгим и извилистым.

Хранение тепла, полученного из возобновляемых источников энергии

Теоретическая основа такого хранения тепла – довольно проста. При наполнении водой в стакана, который содержит гидроксид натрия (NaOH) в твердом или концентрированном виде, температура смеси повышается. Процесс растворения носит экзотермический характер, то есть проходит с высвобождением химической энергии в форме тепла. Кроме того, раствор гидроксида натрия – очень гигроскопичный и способен поглощать водяной пар. Получаемая в результате этого теплота конденсации еще больше нагревает раствор.

Возможен и обратный вариант: если подавать энергию в форме тепла в разбавленный раствор гидроксида натрия, вода испаряется, и раствор становится более концентрированным, сохраняя таким образом добавленную энергию. Такой раствор можно хранить месяцами и даже годами, транспортируя в резервуарах. При повторном контакте с водой (паром), он будет отдавать накопленное ранее тепло.

Вот и вся теория. Но можно ли эксперимент, проделанный в лабораторном стакане, воспроизвести в масштабах, позволяющих запасать количество энергии, достаточное для нужд одной семьи? Роберт Вебер и Бенджамин Фьюми, исследователи из Empa, засучили рукава и принялись за работу. Для своего лабораторного эксперимента, который проводится на базе Empa в Дюбендорфе, они использовали герметичный морской контейнер, что обусловлено мерами безопасности, так как концентрированный раствор гидроксида натрия обладает высокой коррозионной способностью: если в системе появится течь, то лучше уж пусть будет испорчен контейнер, чем здание лаборатории Empa.

Испытания лабораторной модели Empa

Испытания лабораторной модели EmpaК сожалению, так называемый прототип COMTES работал не так, как ожидалось. Исследователи выбрали выпарной аппарат с падающей плёнкой, применяемый в пищевой промышленности для получения концентрата апельсинового сока. Однако, вместо того, чтобы протекать по теплообменнику правильным потоком, густой раствор гидроксида натрия образовывал крупные капли. Он поглощал слишком мало водяного пара, и количество передаваемого тепла оставалось слишком маленьким.

Затем Фьюми пришла блестящая идея: вязкая среда хранения тепла должна струиться вдоль спиральной трубки, поглощая по пути водяной пар и передавая трубке генерируемое тепло. Обратный процесс – заряд среды хранения – тоже можно было бы реализовать таким образом, только наоборот. Это сработало. Самое лучшее в этом то, что спиральные теплообменники уже существуют – они используются в проточных водонагревателях.

На следующем шаге оптимизации лабораторной системы надо было определить диапазон значений концентрации NaOH, который обеспечивал бы оптимальную эффективность, а также температуру воды на входе и выходе спиральной трубки.

В процессе потребления запасенного тепла, концентрация раствора гидроксида натрия, текущего по внешней стороне трубки теплообменника, снижается с 50% до 30%, обеспечивая нагрев воды в трубке до 50 градусов, что идеально подходит для системы подогрева пола.

При пополнении запасов энергии, 30% раствор омывает спираль, внутри которой протекает вода, нагретая до 60 градусов (что может обеспечить, например, солнечный коллектор). При этом, вода из раствора испаряется, а водяной пар удаляется и конденсируется. Тепло конденсации передается в геотермальный зонд, где и сохраняется. Раствор на выходе теплообменника снова будет иметь концентрацию 50%, то есть «заряжен» тепловой энергией.

«Данный метод позволяет хранить солнечную энергию от лета до зимы в форме химической энергии», - говорит Фьюми. «И это еще не все: сохраненное тепло можно транспортировать в виде концентрированного раствора гидроксида натрия куда угодно, что позволяет гибко его использовать». В настоящее время ведутся поиски промышленных партнеров для создания компактной бытовой системы на базе лабораторной модели Empa.

Открыть счет для торговли акциями высокотехнологичных компаний

  • использование солнечной энергии
  • солнечная энергия зимой
  • хранение тепла
  • лабораторная модель Empa
  • тепло для бытовых нужд
  • тепло из возобновляемых источников энергии

Комментарии (4)

Чтобы оставить комментарий, вам необходимо войти или зарегистрироваться
UP