سيستم*هاي ذخيره*سازي سرما
سيستم*هاي ذخيره*سازي سرما
http://www.hamedmonsef.com/images/88-8/cool-storage.jpg
آشكار است پيك بار در گرمترين روز سال، در تيرماه يا مردادماه در شبكه سراسري ايران روي مي*دهد، كه ناشي از كاركرد سيستم*هاي برودتي همانند كولرها، يخچالهاي خانگي و صنعتي، فريزرها، چيلرها، تونلهاي انجماد و سردخانه*هاست. بنابر آمار موجود نزديك به 30 درصد از كل مصرف انرژي در فصل تابستان صرف سرماسازي مي*شود. نابرابري توليد و مصرف انرژي در تابستان باعث قطع مكرر برق مي*شود و در پي آن آسيبهاي زيادي به شبكه و مصرف*كنندگان وارد مي*شود. گفتني است با استفاده از سيستم*هاي تبريد*جذبي به جاي سيستم*هاي تبريد تراكمي مي*توان مولفه*هاي بار را اصلاح كرد و كمبود انرژي الكتريكي كشور را در وضع كنوني برطرف ساخت. بي*گمان دستيابي به ترازمندي در توليد و مصرف بدون بكاربردن روشهاي مديريت مصرف اقدامي غيراقتصادي است، زيرا راه ديگر جز كاهش هزينه*هاي گزاف خريد و نصب نيروگاههاي بزرگ وجود ندارد.
نيروگاههاي بزرگي، كه تنها در زمان كوتاهي از سال هنگام پيك بار سالانه كه تقريباً 9 درصد از كل زمان بهره*برداري است وارد شبكه مي*شوند. يكي از رهيافتها كاربرد سيستم*هاي تبريد جذبي است.
ويژگيهاي سيستم*هاي تبريد جذبي
1- برخورداري از روش ساخت ساده نسبت به سيستم*هاي تبريد تراكمي
2- داراي تعداد قطعات متحرك كم، استهلاك، سر و صدا و ارتعاش ناچيز و هزينه تعمير و نگهداري نسبتاً كمتر
3- مواد بكار رفته درچيلرهاي جذبي (آب و ليتيوم برومايد)، نسوز و غيرسمي است و در صورت بروز نشتي، خطرناك نيست، و محيط*زيست را نمي*آلايد. در حالي كه در سيستمهاي تبريد تراكمي از CCF ها مانند فريون استفاده مي*شود، كه براي لايه ازون زيان*آور است و محيط*زيست را مي*آلايد.
4- صرفه*جويي قابل توجه در مصرف انرژي الكتريكي به عبارت ديگر سيستم تبريد جذبي نياز اندكي به انرژي الكتريكي يا مكانيكي دارد. اين نياز حدود 1 درصد نياز سيستم*هاي تبريد تراكمي است.
5- انرژي مورد نياز سيستم*هاي جذبي، از نوع حرارتي است كه از هر منبع انرژي (مانند خورشيدي يا ژئوترمال) مي*توان آنرا تامين كرد.
6- اصلاح ضريب بار شبكه و صاف شدن منحني بار سالانه، (ويژگي*هاي بهبود ضريب بار: رفع مشكلات بهره*برداري، رفع تنش از واحدهاي توليد، افزايش ظرفيت توليد و انتقال وتوزيع، كاهش زيانهاي ناشي از خاموشي به شبكه و مصرف*كنندگان)
7- حذف جريانهاي راه*اندازي بارهاي سنگين ناگهاني، بويژه در ساعتهاي پيك، كه باعث ناپايداري شبكه مي*شود.
8- بي نيازي از نيروگاههاي جديد براي تامين بار در ساعتهاي پيك
9- كاهش هزينه برق براي مصرف*كنندگان
10- بي*نيازي از نصب خازن
11- آزادسازي ظرفيت بزرگي از توان توليدي شبكه در بخش خدمات، كه مي*تواند دربخش صنعت مورد استفاده قرار گيرد. به عبارت ديگر اصلاح مولفه*هاي بار.
انباره*هاي سرما
يكي از شيوه*هاي ترازمند*سازي جزئي بار استفاده از انباره*هاي سرما و گرماست. از انباره*هاي سرما مي*توان در اداره*ها، بيمارستانها، فروشگاههاي بزرگ و ساختمانهاي بلند استفاده كرد.
بازار پژوهشي سيستم*هاي انباره سرما در آمريكا، كه بوسيله اپري (EPRI) انجام شده، نشان مي*دهد: كاربرد اين سيستم مي*تواند پيك بار سرمايي بخش تجاري را تا سال 2000 به اندازه 17 گيگاوات (برابر با 10 درصد) كاهش دهد.
تصاوير زير نمايي از كاركرد سيستم انباره سرما را به صورت شماتيك نشان ميدهد:
درسال 1986 شركت برق فلوريدا در زمينه گسترش بازار اين سيستم درمحدوده كار خود بررسيهاي انجام داده است. اين شركت 300 مشترك را در 14 ساختمان مورد بررسي قرار داده است. نتايج حاصل از بررسيها نشان مي*دهد كه سيستم*هاي انباشت با روش جزئي داراي كوتاه*ترين دوره برگشت سرمايه بوده*اند. كاهش بار بدست آمده در سال 2001 براي شش گزينه زير محاسبه شد:
1- عدم برنامه*ريزي براي گسترش نصب سيستم انباره سرما
2- اجراي برنامه*هاي آگاهاننده
3- ضمانت كاركرد انباره*هاي سرما از سوي شركت
4- دهش وامهاي كم*بهره (2 درصد كمتر از نرخ بهره*بازار)
5- ضمانت بازگشت سرمايه (شركت به مشتركاني كه دوره بازگشت سرمايه آنها كمتر از 7 سال باشد، به اندازه*اي تخفيف دهد، كه دوره بازگشت سرمايه آنها به 3 سال بعد كاهش يابد.
6- تخفيف به مشتركان (به ازاي هر يك كيلووات كاهش بار، 100 دلار تخفيف داده شود)
7- نتايج به دست آمده نشان داد، كه گزينه 6، دهش تخفيف به مشترك، بيشترين تاثير را درگسترش بازار سيستم*هاي انباره سرما داشته است.
گفتني است شكل منحني بار شبكه نيز در ميزان سود حاصل از بكارگيري سيستم*هاي انباره سرما و ميزان كاهش بار پيك شبكه موثر است. افزوده مي*شود كه براي استفاده موثر از اين سيستم، پيك بار شبكه برق بايد با پيك بار سرمايي ساختمانها همزمان باشد.
بنابراين، چنانچه بار سرمايي تاثير چنداني در تشكيل بار نداشته باشد، كاربرد سيستم انباره سرما محدود مي*شود.
سيستم انباره سرما
سيستم انباره سرما بر مبناي نوع ماده انبار شونده طبقه*بندي مي*شود مانند انباره آب يا يخ و يا تغيير حالت (فاز)، تقسيم*بندي دوم بر پايه نوع كاركرد سيستم است، كه نقش تعيين ظرفيت سيستم را دارد. گروه يكم: انباشت جزيي، گروه دوم: انباشت با ديماند محدود و گروه سوم: انباشت كامل.
مواد انباشت سرما
سيستم انباره سرما براي نگهداري سرما به ماده*اي با ظرفيت حرارتي زياد نياز دارد كه حجم (انباشت) زيادي لازم نباشد. آب اين ويژگي را داراست. بعلاوه هم ارزان است و هم در دسترس.
بنابراين براي بيشتر سيستم*هاي انباشت در ساختمانهاي تجاري از آب سرد يا يخ استفاده مي*شود. ديگر مواد انباشت همانند مواد تغيير حالت و تركيبهاي جداساز (مخلوط آب و مبردها) نيز مورد استفاده قرار مي*گيرد.
سيستم انباشت آب سرد
اين سيستم از نوع انباشت گرماي محسوس است، كه از ظرفيت حرارتي آب استفاده مي شود.
درحالت كلي، اين سيستم، آب را با دماي 6 درجه صد بخشي يا سانتي گراد توليد مي*كند تا براي سرد كردن ساختمان استفاده شود. سيستم آب سرد به دليل همانند با سيستم تهويه مطبوع متداول داراي ويژگيهاي زير است:
1- امكان استفاده از چيلرها، لوله*كشي و تجهيزات متداول
2- امكان استفاده ازچيلرهاي موجود
3- آشنايي قبلي مهندسان با نحوه طراحي آنها (شباهت با سيستمهاي سرمايي متداول)
سيستم آب سرد كاستيهايي نيز دارد، كه به علت اصلي آن نياز به مخازن بزرگ انباشت است. كاستيهاي سيستم آب سرد را مي*توان چنين برشمرد:
1- فضاي بزرگتر براي استقرار تانك يا مخزن
2- تلفات حرارتي بيشتر از سطح مخزن
3- نياز به ساخت فونداسيون اساسي براي جلوگيري از نشتي
سيستم انباشت يخ
براي استفاده از ظرفيت انباشت بيشتر مي*توان از آب (در نقش ماده انباشت تغيير فاز يا حالت) استفاده كرد. سيستم انباشت يخ به دو دسته تقسيم مي شود: نوع استاتيك و نوع ديناميك
در سيستم استاتيك، يخ روي سطح اواپراتور تشكيل مي*شود و تا زماني كه به وسيله بار حرارتي ساختمان ذوب شود در آنجا باقي مي*ماند.
در سيستم ديناميك، يخ در اواپراتور تشكيل مي*شود و تا زمان ذوب شدن به وسيله بار حرارتي ساختمان در آنجا باقي مي*ماند. در سيستم ديناميك، يخ در اواپراتور تشكيل مي شود و سپس در مخازن نگهداري مي شود.
سيستم استاتيك انباشت يخ
اين سيستم را يخ*ساز مي*گويند و مي*تواند به شكل روباز يا سرپوشيده باشد. در سيستم روباز معمولاً مدبل حرارتي براي جداسازي آب پيرامون يخ و آب بازگشتي ساختمان استفاده مي*شود. از آنجا كه سطح فوقاني مخزن باز است، آب بيرونشد مخزن ممكن است بر اثر گرد و خاك آلوده شود. براي صرفه*جويي در فضا، مخازن روباز را مي*توان بر روي بام نصب كرد.
در سيستم سرپوشيده، سطح فوقاني مخزن پوشانده مي*شود و بنابراين، مخزن را مي*توان در زير زمين نصب كرد. در اين سيستم، بار سرمايي ساختمان مستقيماً با چرخش آبي كه اطراف يخ دور اواپراتور است تامين مي*شود.
سيستم ديناميك انباشت يخ
در اين سيستم، يخ بر روي سطح اواپراتور تشكيل مي*شود و پس از رسيدن به ضخامت معيني در يك مخزن ذخيره مي*شود. يخ را مي*توان با استفاده از تجهيزات مكانيكي و ياتزريق گاز داغ به داخل ورقه*هاي اواپراتور جدا كرد. در بيشتر سيستم*ها، واحد يخ*سازي بر روي مخزن نصب مي*شود.
سيستم*هاي يخدار نسبت به سيستم*هاي آب سرد ويژگيهاي زيادي دارند و اين ويژگيها به سبب فشردگي سيستم است و اما ويژگيهاي اين سيستم:
1- ظرفيت سرمايي بيشتر براي حجم معين
2- نياز به فضاي كمتر
3- تلفات حرارتي كمتر
و كاستيهاي اين سيستم:
1- محدوده انتخاب سيستم وسيع نيست و بازار رقابتي محدودتري دارد.
بازده چرخه سرمايي به سبب كم بودن دماي مكش، كمتر است.
استفاده از تجهيزات غيراستاندارد باعث افزايش شمار آموزشهاي كاركنان و تعميركاران مي*شود.
انباشت كامل
در اين روش با انتقال انرژي مصرفي از ساعتهاي پيك به ساعتهاي غيرپيك، هزينه سرمايي به كمترين مقدار خود مي*رسد. در اين روش، سيستم سرمايي اصلي در ساعتهاي پيك بكار نمي*افتد و تمام بارهاي سرمايي ساختمان از طريق مخزن تامين مي*شود. از آنجا كه كل بار سرمايي روزانه ساختمان بايد بوسيله انرژي انباشته در ساعنهاي غيرپيك تامين شود، اين روش به مخازن بزرگ نياز دارد. ويژگيها و كاستيهاي اين روش در زير برشمرده مي*شود:
ويژگيها
1- بيشترين كاهش هزينه برق
2- استفاده از سيستمهاي با كنترل ساده و ارزان
3- امكان استفاده با سيستم هاي برودتي موجود
كاستيها
1- نياز به فضاي زياد
2- نياز به بيشترين حجم انباشت و تاسيسات
3- نياز به سرمايه*گذاري اوليه بيشتر براي تجهيزات و مخزن
در اين روش، در همسنجش با سيستمهاي سرمايي معمولي يا استاندارد مي*توان حداكثر بار سرمايي ساختمان را به اندازه 80 تا 90 درصد كاهش داد.
هزينه*هاي تعميرات و نگهداري سالانه
هزينه*هاي جاري سالانه سيستم*هاي برودتي (باستثناي هزينه*هاي برق، آب و گاز طبيعي) شامل هزينه*هاي دوره*اي سالانه (مربوط به تعميرات و نگهداري) مي*شود.
در ميان سيستم*هاي مورد بررسي، تنها چيلرهاي تراكمي داراي هزينه*هاي دوره است. هزينه*هاي مزبور كه هر 5 سال يكبار اتفاق مي*افتد معادل 5 درصد هزينه خريد چيلر تراكمي در نظر گرفته شده است.
هزينه*هاي سالانه كه شامل تعميرات، سرويس يا نگهداري و شارژ مي*شود، براي سيستم*هاي تراكمي با ظرفيت 150 تن معادل 2500 هزار ريال است، كه به ازاي هر تن افزايش ظرفيت حدود 10 هزار ريال به اين هزينه اضافه مي*شود. هزينه*هاي مذكور در مورد سيستم*هاي جذبي با ظرفيت 300 تن يا كمتر معادل 3000 هزار ريال است، كه به ازاي هر تن افزايش ظرفيت حود 10 هزار ريال به هزينه*هاي مذكور افزوده مي*شود.
مصرف برق، گاز طبيعي و آب
توان مصرفي انرژي مكانيكي در سيستم*هاي تراكمي به ازاي هر تن ظرفيت 9/0 كيلوولت درنظر گرفته شده است. در سيستم*هاي جذبي بين ظرفيت و توان مصرفي نسبت خطي برقرار نيست. براي چيلرهاي 50، 100، 180، 240، 410 تني به ترتيب: صفر، 6، 9، 6/9، 4/10 كيلووات در نظر گرفته شده است. هيچيك از سيستم*ها به استثناي سيستم جذبي، گاز طبيعي مصرف نمي*كنند. مصرف گاز چيلرهاي جذبي به ازاي هر تن ظرفيت 57/0 مترمكعب در ساعت در نظر گرفته شده است. همچنين هيچيك از سيستم*ها به استثناي كولر آبي مصرف*كننده آب نيستند و يا مصرف آب آنها بسيار جزيي و قابل جشم*پوشي است.
