Закономерности влияния формы тепловых аккумуляторов на их эффективность изучили ученые Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) и Института автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН). Полученные данные позволят создавать усовершенствованные устройства накопления энергии под специальные задачи. Статья об этом опубликована в журнале Renewable Energy vk.cc/azJ0Qj
Ученые ДВФУ и ДВО РАН проводили исследование для накопителей, принцип работы которых основан на использовании гранулированных материалов с фазовыми переходами. При нагревании такие материалы переходят из твердого состояния в жидкое. За счет этого удается сохранить полученную тепловую энергию, чтобы отдать ее при затвердевании. Подобные устройства используют в перспективных энергетических системах.
Используя разработанную ранее численную модель, ученые рассчитали, как сужения и расширения цилиндрических тепловых аккумуляторов влияют на процессы накопления (зарядки), хранения и отдачи энергии (разрядки) такими аккумуляторами с учетом различных критериев предпочтительности.
«Исследуя процессы зарядки и разрядки тепловых аккумуляторов разных форм, мы применили шесть различных критериев эффективности. Иногда наиболее предпочтительным может быть такой аккумулятор, в котором сохранится как можно больше проходящей через него энергии. В другом случае может понадобиться аккумулятор с наименьшим временем зарядки. Также в случае разрядки кому-то требуется аккумулятор, который отдает наибольший процент запасенной энергии, а для других может оказаться более полезным аккумулятор, поддерживающий максимально долго температуру газа на выходе не ниже требуемой», — рассказал один из авторов исследования, профессор Инженерного департамента Политехнического института ДВФУ, заведующий лабораторией ИАПУ ДВО РАН Николай Луценко.
Ученый также сообщил, что чаще всего предпочтительны тепловые аккумуляторы с прямыми стенками. В то же время форма накопителя тепловой энергии как при зарядке, так и при разрядке зависит от выбора критериев эффективности и конкретных условий процесса, таких как граничные условия, температура фазового перехода гранулированного материала и так далее. Сужение или расширение накопителей тепловой энергии дает преимущества в некоторых случаях.
Накопители тепловой энергии используют также в составе аккумуляторов других типов. Например, адиабатические накопители энергии сжатого воздуха применяют, чтобы запасать энергию от традиционных электростанциями ночью или же солнечными батареями и ветрогенераторами в благоприятную погоду. Это позволяет выдавать дешевую энергию при пиковом энергопотреблении в утренние и вечерние часы.
Соавтором исследования выступил аспирант Николая Луценко, Сергей Фецов, который по итогам конкурса для студентов высших учебных заведений 2019 года награжден медалью Российской академии наук за работу «Численное моделирование течений газа через слой гранулированного материала с фазовым переходом».
Направление Material Science, включающее исследования в области новых технологий и материалов, определено в Дальневосточном федеральном университете как одно из приоритетных и ориентировано на решения принципиально новых научно-технологических задач, которые находятся на переднем крае современной науки. Ученые ДВФУ ведут фундаментальные исследования и практические разработки по приоритетным направлениям Стратегии научно-технологического развития РФ, которые необходимы для перехода к технологиям будущего.