يتضمن تخزين الطاقة الحرارية (TES) إضافة طاقة حرارية (حرارية) إلى وسيط تخزين ، ثم إزالتها من تلك الوسيلة لاستخدامها في وقت آخر. قد يتضمن ذلك تخزين الطاقة الحرارية في درجات حرارة عالية (تخزين الحرارة) أو في درجات حرارة منخفضة (تخزين بارد).
في تطبيقات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء ، فإن وسائط التخزين الأكثر شيوعًا المستخدمة للتخزين الحراري البارد هي الثلج والماء. يستخدم نظام تخزين المياه المبردة السعة الحرارية المعقولة لكمية كبيرة من المياه لتخزين الطاقة الحرارية. يستخدم المبرد لخفض درجة حرارة الماء ، ويتم تخزين هذا الماء البارد في خزان كبير لاستخدامه في وقت آخر. ومع ذلك ، فإن نظام تخزين الجليد يستخدم السعة الكامنة للماء ، المرتبطة بتغيير الطور من مادة صلبة (جليدية) إلى سائل (ماء) ، لتخزين الطاقة الحرارية.
تم إدخال العديد من تقنيات تخزين الثلج ، وازدهرت لفترة قصيرة ، ثم غادرت السوق بعد ذلك. لا تزال أنظمة تخزين الثلج التي تعتمد على الجليكول تحظى بشعبية كبيرة لأنها بسيطة وتشبه أنظمة المياه المبردة التقليدية. أي تطبيق مناسب لنظام الماء المبرد هو مرشح لتخزين الجليد القائم على الجليكول.
يستخدم هذا النوع من أنظمة تخزين الثلج مبردًا لتبريد سائل ناقل للحرارة ، وغالبًا ما يكون خليطًا من الماء ومضاد للتجمد (مثل الجليكول) ، إلى درجة حرارة أقل من نقطة تجمد الماء. يتم ضخ هذا السائل من خلال واحد أو أكثر من صهاريج تخزين الثلج ، حيث يتم نقل الحرارة من الماء داخل الخزان إلى سائل نقل الحرارة. هذا يتسبب في تجمد الماء داخل الخزان.
عندما تكون هناك حاجة للطاقة الحرارية في وقت لاحق ، يتم ضخ سائل نقل الحرارة مرة أخرى عبر خزان التخزين ، ولكن الآن عند درجة حرارة أعلى من نقطة تجمد الماء. تنتقل الحرارة من سائل نقل الحرارة إلى الجليد المخزن داخل الخزان ، مما يتسبب في ذوبان الجليد.
يمكن أن تؤدي إضافة تخزين الثلج إلى نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء إلى تقليل تكاليف المرافق المرتبطة بالتبريد عن طريق تحويل تشغيل المبرد من أوقات الكهرباء عالية التكلفة إلى أوقات الكهرباء منخفضة التكلفة.
يوضح الشكل أعلاه ملف تعريف حمل التبريد في يوم التصميم لمبنى نموذجي. بين منتصف الليل والسادسة صباحاً ، المبنى غير مأهول ولا يوجد حمل تبريد. في الساعة 6 صباحًا ، يبدأ المبنى في العمل ويزداد حمل التبريد. يكون حمل التبريد أعلى ما بين الساعة 11 صباحًا و 4 مساءً ، ثم ينخفض بشكل كبير بعد الساعة 5 مساءً مع مغادرة الناس للمبنى. هناك حمل تبريد صغير يستمر طوال ساعات المساء ، قبل المغادرة عند منتصف الليل.
تواجه معظم شركات المرافق الكهربائية أكبر طلب على الكهرباء خلال ساعات النهار ، حتى أن بعضها يواجه نقصًا في السعة. لتشجيع الحد من استخدام الكهرباء خلال هذه الأوقات ، وضعت العديد من شركات المرافق الكهربائية أسعارًا للوقت من اليوم تخلق نوافذ زمنية للكهرباء عالية التكلفة خلال هذه الفترات التي يرتفع فيها الطلب. غالبًا ما يشار إلى الساعات التي تكون فيها تكلفة الكهرباء مرتفعة بفترة "الذروة". من ناحية أخرى ، تشير فترة "خارج الذروة" إلى الساعات التي تكون فيها تكلفة الكهرباء أقل.
بالنسبة لهذا المبنى النموذجي نفسه ، يتم تعريف فترة الظهيرة حتى الساعة 8 مساءً على أنها فترة الذروة. يتم تعريف جميع الساعات الأخرى على أنها فترة خارج الذروة.
عنصر شائع آخر في معدل المرافق الكهربائية هو رسوم الطلب. هذا رسم يعتمد على أعلى قوة (kW) رسم أو طلب يستخدمها المبنى خلال إطار زمني محدد. عادةً ما يتم تطبيق رسوم الطلب فقط على فترة الذروة ، أو تكون رسوم الطلب في الذروة أعلى بكثير من رسوم الطلب خارج الذروة.
تعمل أنظمة تخزين الثلج على خفض تكاليف المرافق الشهرية عن طريق إذابة الثلج لتلبية أحمال تبريد المبنى خلال فترة الذروة. هذا يتجنب ، أو يقلل بشكل كبير ، الكهرباء المطلوبة لتشغيل المبرد خلال هذا الإطار الزمني. يتم تحويل تشغيل المبرد إلى فترة خارج الذروة ، حيث تكون تكلفة الكهرباء أقل وتكون تكلفة الطلب أقل أو غير موجودة. يستخدم المبرد خلال تلك الفترة لتجميد المياه داخل صهاريج التخزين ، وتخزين الطاقة الحرارية حتى فترة الذروة.
في هذا المثال ، يتم إرضاء أحمال تبريد المبنى التي تحدث خلال فترة الذروة ، والتي تحدث بين الظهر والساعة 8 مساءً ، عن طريق إذابة الجليد المخزن ، ويتم إيقاف تشغيل المبرد.
هذا النوع من النظام ، الذي يُطلق عليه غالبًا "نظام التخزين الكامل" ، يكون ممكنًا فقط إذا كانت سعة التخزين للخزانات كبيرة بما يكفي لتلبية أحمال التبريد في الذروة في اليوم المحدد.
ومع ذلك ، قد لا تكون التكلفة المثبتة لنظام التخزين الكامل ممكنة. تمتلك العديد من أنظمة تخزين الثلج سعة كافية لتلبية جزء فقط من أحمال التبريد في الذروة. غالبًا ما يُطلق على هذا النوع من الأنظمة "نظام التخزين الجزئي".
في هذا المثال لنظام التخزين الجزئي ، يتم استيفاء أحمال التبريد التي تحدث خلال فترة الذروة عن طريق ذوبان الجليد وتشغيل المبرد. يعمل المبرد بسعة منخفضة ويستهلك طاقة أقل ويستهلك طاقة أقل. يتم تلبية أحمال التبريد الأكبر من السعة التي يوفرها المبرد عن طريق إذابة الثلج المخزن.
يؤدي إيقاف تشغيل المبرد ، أو تقليل سعته بشكل كبير ، خلال فترة الذروة إلى تقليل استهلاك هذه الكهرباء ذات الأسعار المرتفعة وتقليل الطلب على الكهرباء في وقت الذروة. كلاهما يمكن أن يؤدي إلى انخفاض فواتير المرافق الشهرية.
للوهلة الأولى ، قد يبدو أن نظام تخزين الثلج المصمم لتقليل الطلب على الكهرباء في وقت الذروة (kW) هو نفس النظام المصمم لتقليل استهلاك الكهرباء في الذروة (kWh). ومع ذلك ، يمكن لأي منهما أن يغير بشكل كبير كيفية تصميم النظام و / أو التحكم فيه.
لتقليل الطلب في الذروة ، يجب على النظام إذابة الجليد فقط عندما يكون الطلب الكهربائي للمبنى أعلى. من المقبول تمامًا وجود ثلج متبقي داخل الخزان في نهاية اليوم. يستخدم هذا النهج ، المسمى "ذروة الحلاقة" ، بشكل شائع عندما يكون معدل الطلب على الكهرباء في الذروة (kW) مرتفعًا ، ولكن معدلات استهلاك الكهرباء (kWh) تكون متساوية تقريبًا من فترات خارج الذروة إلى فترات الذروة. تحاول حلاقة الذروة إيجاد التوازن الأمثل بين تقليل الطلب على الكهرباء في وقت الذروة (عن طريق إذابة الجليد وتشغيل المبرد بقدرة منخفضة) وتجنب زيادة استهلاك الكهرباء خارج الذروة بشكل كبير (والذي يحدث عندما يحتاج المبرد إلى العمل في صنع الثلج الوضع).
بدلاً من ذلك ، لتقليل استهلاك الكهرباء في الذروة ، يجب على النظام إذابة أكبر قدر ممكن من الثلج كل يوم. يستخدم هذا النهج ، المسمى "تحويل الحمل" ، بشكل شائع عندما يكون معدل استهلاك الكهرباء في الذروة (kWh) أعلى بكثير من معدل الاستهلاك خارج الذروة. يحاول تحويل الأحمال تقليل استهلاك الكهرباء في أوقات الذروة قدر الإمكان عن طريق إذابة كل الجليد خلال فترة الذروة ، وتحويل تشغيل المبرد إلى فترة خارج الذروة.
في حين أنه من الممكن أن يكون للنظام المصمم للحلاقة القصوى نفس سعة تخزين الثلج مثل النظام المصمم لتحويل الحمل ، إلا أنه يتم التحكم في هذين النظامين بشكل مختلف.
بالإضافة إلى خفض تكاليف المرافق الشهرية ، هناك فائدة أخرى محتملة لتخزين الثلج تتمثل في تقليل حجم وسعة معدات التبريد الميكانيكية.
عند استخدام تخزين الثلج لتلبية كل أو جزء من حمل التبريد التصميمي (أو أسوأ حالة) ، فقد يكون المبرد قادرًا على تقليص حجمه طالما أن المبرد المصغر لديه الوقت الكافي لإعادة تجميد الماء داخل الخزانات.
قد ينتج عن المبردات الأصغر التي تعمل بالكهرباء أيضًا خدمة كهربائية أصغر للمبنى ، مما قد يقلل أيضًا من تكلفة التركيب.
الفوائد المحتملة
- انخفاض تكاليف المرافق
- انخفاض استهلاك الكهرباء في أوقات الذروة (كيلوواط ساعة)
- انخفاض الطلب على الكهرباء في وقت الذروة (كيلوواط)
- حجم المعدات أصغر
- مبرد أصغر
- خدمة كهربائية أصغر (أ)
- انخفاض تكلفة التركيب
- قد تكون مؤهلة للحصول على حسومات المرافق أو غيرها من الحوافز
بينما تضيف صهاريج تخزين الثلج إلى التكلفة المثبتة للنظام ، فإن تأثير تقليص حجم معدات التبريد الميكانيكية قد يعوض بعض (أو كل) هذه التكلفة الإضافية. بالإضافة إلى ذلك ، تقدم بعض شركات المرافق الكهربائية حسومات أو حوافز أخرى عند استخدام تخزين الثلج لتقليل الطلب على الكهرباء في أوقات الذروة. عند توفر هذه الحوافز ، قد تؤدي إضافة تخزين الثلج إلى تقليل التكلفة الإجمالية المثبتة للنظام.
في بعض التركيبات ، يمكن تحقيق كل من هذه الفوائد. ومع ذلك ، في عمليات التثبيت الأخرى ، قد لا يحدث واحد أو أكثر. على سبيل المثال ، قد تؤدي إضافة تخزين الثلج إلى خفض تكاليف المرافق ، ولكن الوقت المتاح لإعادة تجميد المياه داخل الخزانات قد يكون قصيرًا جدًا بحيث يجب أن يظل المبرد بنفس الحجم من أجل تجميد الماء بسرعة كافية.
إشارة
TRC019-EN Ice Storage Systems
