ذخیره انرژی گرمایی با استفاده از تکنولوژیهای متنوع و مختلفی صورت می‌گیرد. با توجه به هر نوع از انواع این تکنولوژی‌ها، می‌توان انرژی حرارتی اضافی و مازاد را برای ساعت‌ها، روزها یا ماه‌های پیش رو، در مقیاس‌های lتفاوت من جمله فرایند مجزا، در ساختمان، ساختمان‌های چند کاربره منطقه یا شهر، ذخیره و سپس در زمان مناسب استفاده کرد. از نمونه‌های کاربردی به تعادل تقاضا برای انرژی مابین شب و روز، ذخیره گرمای زمان تابستان برای گرمایش اوقات زمستانی یا اینکه ذخیره‌سازی سرمای زمستان در جهت تهویهٔ هوا در تابستان می‌توان اشاره نمود. سیستم‌های ذخیره‌سازی مشمول بر توده‌های سنگ بستر زمین، مخازن آب با یخ خرد شده با یاری گرفتن از گمانه‌ها و مبدل‌های حرارتی و آبخوان‌های عمیق موجود در میان سطوح غیرقابل نفوذ، چاه‌های کم عمقی که با ماسه و آب و محلول‌های یوتکتیک و مواد تغییر فاز عایق بندی شده‌اند می‌باشند.
جهت شرکت در دوره آموزش طراحی پایپینگ آموزشگاه نوین پارسیان کلیک کنید
از منابع انرژی حرارتی دیگری که برای ذخیره‌سازی: گرما و یا سرما تولیدی به واسطه‌ی پمپ‌های حرارتی در طی ساعات کم باری مصرف (مصرف پایین برق) می‌باشد که این نحوه‌ی عمل ذخیره‌سازی را اصلاح پیک می‌نامند. گرما تولیدشده از نیروگاه‌های ترکیبی گرما و قدرت (CHP) انرژی الکتریکی تجدید پذیری می‌باشد که این میزان بیشتر از تقاضای شبکه و اتلاف گرما در طول فرایندهای صنعتی است. ذخیره‌سازی گرما در انواع شیوه‌های فصلی و همچنین کوتاه مدت به عنوان یک ابزار با اهمیت بالا در جهت استفاده در سهم‌های بالای تولید کردن برق تجدیدپذیر که به نحوی ضعیف متعادل گشته‌اند و ترکیب بخش‌های گرما و برق در سیستم‌های انرژی که به حالت کامل یا تقریباً کامل به واسطه انرژی تجدیدپذیر تغذیه شده‌اند، در نظر گرفته می‌شود.
روش‌ها و فرایندهای مختلف ذخیره انرژی حرارتی
در صنایع تخصصی مدرن و در عصر حاضر روش‌ها و تکنیک‌های بسیار متنوعی برای انجام امر مهم ذخیره انرژی حرارتی استفاده می شود. در این بخش به تعادی از آنها می‌پردازیم:
روش های ذخیره سازی انرژی خورشیدی
اکثریت سیستم‌های حرارتی خورشیدی فعال، ذخیره‌سازی را تنها برای ساعاتی مشخص از شبانه‌روز فراهم می‌کند. مقدار بسیار زیادی از وسایل ذخیره‌کننده انرژی گرمایی و حرارتی را در تابستان به نحو فصلی (STES) و به منظور انجام عمل گرمایش محیط در فصل زمستان ذخیره سازی می‌کنند. انجمن خورشیدی فروددریک (DLSC) یک جامعه برنامه‌ریزی شده در اوکوتوک آلبرتا کانادا است که به صورت تخصصی مجهز شده با یک سیستم خورشیدی مرکزی و همینطور فناوری‌های مدرن و کارآمد دیگر انرژی می‌باشد. در واقع این سیستم گرمایشی نخستین نمونه از نوع خود در آمریکای شمالی است، هرچند سیستم‌های بسیار عظیم‌تری در بخش شمالی اروپا پیش از این ساخته شده‌است. ۵۲ واحد خانه در محله به وسیله‌ی یک سیستم گرمایشی خورشیدی که با گرمای حاصله از عمل ذخیره‌سازی انرژی خورشید تابیده به سقف یک گاراژ است، به صورت کامل تأمین می‌شود. در استان آلبرتای کانادا، در حال حاضر به میزان استفاده‌ی ۹۷ درصد گرمای خورشید در طول سال دست پیدا کرده‌اند، بهبود یافتن رکورد جهانی فقط با ترکیب STES امکان‌پذیر می‌باشد. استفاده بردن از حساسیت گرمایی و یا نهان گرمایی نیز امکان دارد با یک ورودی حرارتی با درجه حرارت به مقدار بالا باشد، مخلوط‌های مختلف و متفاوت الکترومغناطیسی فلزات، همانند آلومینیوم و سیلیکون (AlSi12) دارای نقطه ذوب بسیار بالا و نامطلوب برای تولید پربازده مناسب است، این در حالی است که ترکیبات آلومینیوم و سیمان قابلیت ذخیره‌سازی گرمایی به نسبت خوبی را از خود بروز می‌دهند.
جهت شرکت در دوره آموزش HVAC در نوین پارسیان کلیک کنید
تکنولوژی های مرتبط با نمک مذاب
از گرمای محسوس نمک مذاب در جهت انجام عملیات ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی در دماهای به نسبت بالا بهره برداری می‌شود، نمک مذاب قادر می‌باشد به عنوان یک روش در جهت حفظ انرژی گرمایی بکارگرفته شود.
در حال حاضر، استفاده از نمک مذاب برای ذخیره انرژی گرمایی در یک تکنولوژی تجاری جهت جمع‌آوری گرمای نیروی خورشیدی متمرکز است. گرما امکان دارد سپس برای تامین بخارات بسیار داغ لازم جهت فذاهم آوردن قدرت توربین‌های بخار رایج و در آب و هوای نامناسب یا حتی در زمان شب بکار گرفت، این مسئله در دو پروژه خورشیدی صورت گرفتهه طی سالهای ۱۹۹۵– ۱۹۹۹ میلادی نشان داده شده‌است. در سال ۲۰۰۶ میلادی، برآوردهای انجام شده یک بازدهی سالانه ۹۹ درصدی را پیش‌بینی کردند که بر پایه این براورد می‌توان به موضوع انرژی بدست آمده از طریق فرابندهای ذخیره‌سازی گرما پیش از تبدیل آن به برق در مقابل تبدیل گرما به برق به صورت مستقیم اشاره کرد. چنین سیستم‌هایی در کاربردهای غیر از سیستم‌های خورشیدی در صنایع مختلف من جمله صنایع شیمیایی و فلزی به عنوان مایع مورد بهره برداری در سیستم های انتقال حرارت بکار بسته می‌شود، نمک در دمای ۱۳۱درجه سانتی گراد (۲۶۸فارنهایت)ذوب می‌شود، این مایع در دمای ۲۸۸ درجه سانتی گراد (۵۵۰ درجه فارنهایت) در بخش تانک عایق ذخیره ساز با دمای پایین و سرد نگهداری می‌شود. نمک مایع از طریق پنل‌ها در یک دستگاه گردآورنده خورشیدی پمپاژ می‌گردد که در آن نور خورشید متمرکز شده آن را به دمای حدود ۵۶۶ درجه سانتیگراد (۱۰۵۱درجه فانهایت) می‌رساند. پس از آن به یک مخزن ذخیره‌سازی با دمای بالا و داغ ارسال می‌شود. با یاری گرفتن از عایق مناسب مخزن، می‌توان انرژی حرارتی را تا یک هفته ذخیره کرد.
ذخیره انرژی حرارتی در مخازن و یا غارهای سنگی
باتری بخار در واقع یک مخزن استیل عایق فشار و محتوی آب داغ و بخار تحت فشار می‌باشد که به عنوان یک وسیلهٔ در جهت ذخیره‌سازی گرما بکار گرفته می‌شود، این سیستم در جهت تولید گرما به واسطه یک منبع ثابت یا متغیر از تقاضای متغیر گرما آبکار گرفته می‌شود. باتری‌های بخار امکان دارد در جهت انجام فعالیت‌های ذخیره انرژی در پروژه‌های انرژی خورشیدی اهمیت بالایی داشته باشند. در اسکاندیناوی درفروشگاه‌های بزرگ به‌طور فراگیر ی برای ذخیره گرما برای چند روز، ایزوله گرماوتولید برق و کمک به زمان‌های اوج مصرف ذخیره‌سازی میان فصلی در غارها آزمایش شده که به نظر می‌رسد از لحاظ اقتصادی قابل قبول باشد.
ذخیره انرژی گرمایی در سنگ‌های گرم، بتن، سنگریزه
آب دارای یکی از بالاترین ظرفیت‌های حرارتی در میان مواد مختلف می‌باشد، ظرفیت حرارتی آن- 4. 2 J / (cm3 · K) می‌باشد و این در حالی است که ظرفیت حرارتی بتن حدود یک سوم این مقدار است. از سوی دیگر بتن این امکان را دارد که به درجه حرارت بسیار بالاتر رسانده شود – به عنوان نمونه گرمایش الکتریکی آن به میزان ۱۲۰۰ درجه سانتی گراد است – در نتیجه دارای ظرفیت حجمی بسیار بالاتری است. در نمونه زیر یک مکعب عایق بابعد ۲٫۸ متراست که به نظر می‌رسد برای ذخیره‌سازی انرژی مورد نیاز برای تامین گرما و روشنایی یک خانه را تا میزان ۵۰٪ تأمین کند. این امکان وچود دارد در اصل در جهت ذخیره گرمای ناشی از انرژی باد یا میزان حرارت PV اضافی به علت توانایی گرمای الکتریکی برای رسیدن به درجه حرارت بالا و متناسب استفاده شود درسطح محله، Wiggenhausen-Süd در جهت صورت گرفتن توسعه و بکارگیری نیروی خورشیدی در فروشگاه Friedrichshafen توجه مراکز و کارشناسان بین‌المللی را جلب کرده است. این ویژگی یک فروشگاه حرارتی بتنی ۱۲٬۰۰۰ مترمکعب می‌باشد که به ۴٬۳۰۰ متر مربع از مجموعه‌های خورشیدی گیشرفته متصل شده‌است که ۵۷۰ خانه مقدار حدود ۵۰ درصد از حرارت و آب گرم خود را از آن تأمین می‌کنند، زیمنس یک ذخیره گر دمایی ۳۶ مگاوات در نزدیکی‌هامبورگ با بازالت دمای ۶۰۰ درجه سانتیگراد و خروجی ۱٫۵ مگاوات برق تولیدی می‌سازد. سیستمی تا حدودی متشابه برای Sorø دانمارک برنامه‌ریزی و محاسبه شده‌است که از میزان ۴۱ تا ۵۸ درصد گرمای ۱۸مگاوات ساعت ذخیره گشته در جهت گرمایش منظقه‌ای از شهر به چرخه بازگردانیده شده و مقدار حدودا ۳۰ تا ۴۱ درصد برق مرکزی شهر فراهم کند.
دوره جامع و آموزش Hysys در نوین پارسیان
تکنولوژیهای پیشرفته ی ذخیره حرارتی
تکنولوژی مبتننی بر آلیاژ تقسیم پذیر
واکنش پذیری آلیاژها وابسه به تمایل به تغیر فاز فلزات برای ذخیره‌سازی انرژی است فلزی در مواد فلزی دیگرکه آن را نمی‌توان (مخلوط) آلیاژ کرد به جای پمپاژ مایع فلزی بین مخازن به عنوان یک سیستم مذاب-نمک فلز در یک ماده فلزی دیگر محصور شده‌است، عمل می‌کند. وابا توجه به دو ماده انتخاب شده (مواد تغییر دهنده فاز و مواد بسته‌بندی شده)، تراکم ذخیره‌سازی می‌تواند بین ۰٫۲ تا ۲ مگاژول برلیتر باشد. یک مایع کار، معمولاً از آب یا بخار، برای استفاده در سیستم های انتقال حرارت به داخل و خارج از MGA استفاده می‌شود هدایت حرارتی MGA اغلب از (تا 400 W / m K) بالاتر است، تکنولوژیهای رقابتی به معنی سریع تر شدن «شارژ» و «تخلیه» ممکن برای ذخیره‌سازی حرارتی است. البته این تکنولوژی هنوز در مقیاس وسیع اجرا نشده‌است.
تکنولوژی مبتی بر یخ
چندین کاربرد یخ در ذخیره سازی انرژی حرارتی در حال توسعه هستند ازجمله درجایی که یخ در طول دوره‌های غیر اوج بار مصرف، تولید می‌شود و بعداً برای امور مرتبط با خنک سازی استفاده می‌شود. مثلاً درشب برای تبدیل آب به یخ، با یاری گرفتن از هزینه برق کم، تهویه مطبوع می‌تواند به لحاظ اقتصادی تر ارائه شود، با یاری گرفتن از ظرفیت خنک‌کننده یخ در بعدازظهر برای کاهش مصرف برق مورد نیاز برای تهویه مطبوع موردنیاز بکارگرفته شود. انرژی گرمایی ذخیره شده یخ با یاری گرفتن از ظرفیت گرمایی زیاد آب قابل توجیه است. از لحاظ قدمت تاریخی، یخ از کوه به شهرها منتقل می‌شده تا بعدها به عنوان یک ابزار خنک‌کننده استفاده شود. یک تن آب ایتن قابلیت را دارد که ۳۳۴ میلیون ژول (MJ) انرژی را در خود ذخیره دارد. یک ذخیره ساز به نسبت ابعادی بسیار کوچک قادر می‌باشد یخ به میزان کافی برای یک ساختمان بزرگ را در طول یک روز یا حتی یک هفته نگه دارد. علاوه بر استفاده کردن از یخ و قابلیت های گرمایی آن در برنامه‌های سرمایش مستقیم، در سیستم‌های پمپی گرمای مبتنی بر حرارت نیز بهره برداری می‌شود. در این برنامه‌ها و سیستم‌ها، انرژی تغییر حالت از عوامل بسیار مهم می‌باشد که تا حد بسیاری ظرفیت حرارتی را فراهم می‌کند که در نزدیکی محدوده دمای کم قرار دارد که پمپ‌های گرمای منبع آب می‌توانند در آن کار کنند تا به سیستم این اجازه را بدهد که از دشوارترین شرایط گرمایش بار خارج شود و مواقعی که انرژی عناصر منبع بتوانند به سیستم بازگردند، گسترده شود. ذخیره انرژی دستگاه‌های فریزر این از مایع سازی هوا یا نیتروژن به عنوان یک فروشگاه انرژی استفاده می‌کند. یک سیستم انرژی خورشیدی کریوژنیک که به عنوان انرژی ذخیره از ماده‌ی هوای حالت مایع استفاده می‌کند و کمترین میزان اتلاف حرارت وکمترین افزایش دما هوا برای راه اندازی دوباره را داردکه از سال ۲۰۱۰ میلادی در نیروگاه Sloughدر انگلستان به کاربسته شده‌است.
تکنولوژی مبتنی بر سیلیکون داغ
سیلیکون جامد یا سیلیکون مذاب دمای ذخیره‌سازی بسیار بالاتری به نسبت نمک‌های مختلف دارد و از ظرفیت و کارایی بسیار بیشتری به نسبت آنها نیز برخوردار است. این مسئله به عنوان یک تکنولوژی ذخیره‌سازی انرژی بسیار کارآمد امکان‌پذیر و قابل استفاده است. ماده‌ی سیلیکون به صورت کلی قادر به ذخیره بیش از ۱ مگاژول انرژی در متر مکعب در دمای به میزان ۱۴۰۰ درجه سانتیگراد می‌باشد.
دوره جامع و آموزش Ansys در نوین پارسیان
سیستم ایزنتروپیک
یکی از سیستم‌هایی متعددی که توسط شرکت Isentropic انگلستان در سالهای گذشته و پیش از ورشکستگی آن توسعه یافت، به شرح زیر است:
این سیستم متشکل از دو ظروف عایق پر از سنگ‌های خرد شده یا شن می‌باشد که یک مخزن داغ ذخیره انرژی حرارتی در دما و فشار به میزان بالا و مخزن دیگر محتوی رطوبت سرد جهت ذخیره انرژی حرارتی در دمای پایین و فشار کم می‌باشد. مخازن به واسطه لوله‌هایی به بخش‌های بالایی و پایینی متصل می‌شوند و کلیت سیستم با گاز نجیب یا بی اثر آرگون پر شده است. در مدت زمان شارژ سیستم از پیک کم برق در جهت عملکرد به عنوان یک پمپ حرارتی ویژه استفاده می‌کند. آرگون در دمای محیط و فشاری بالاتر از ظرف سرد با فشار ۱۲ بار فشرده گشته است که مقدار حرارت آن را به حدود میزان ۵۰۰ درجه سانتی گراد رسانیده و گاز فشرده شده به بخش بالایی مخزن داغ منتقل می‌شود، جایی که آن گاز از طریق ماسه نفوذ می‌کند و گرما را به سنگ‌های موجود منتقل می‌کند و سپس به دمای محیط باز می‌گردد. گاز خنک شده اما هنوز تحت فشار بالایی قرار دارد که در انتهای مخزن ظاهر می‌شود و به مروز کاهش یافته و فشارش به کمتراز ۱ بار می‌رسد و دمای آن به ۱۵۰-سانتی گراد کاهش می‌یابد، پس از آن گاز سرد موجود از طریق یک لوله گرم عبور می‌کند، تا گرم شود و دمای آن بالا رود و به شرایط گرم اولیه خود برسد. انرژی به واسطه معکوس ساختن چرخه انرژی به عنوان برق افزایش می‌یابد. گاز داغ از مخازن داغ به وسیله یک دستگاه ژنراتور رانده شده و بعد از آن به مخزن سرد منتقل می‌شود. گاز خنک که در بخش کف مخزن سرد بازیابی می‌شود، فشرده گشته و پس از آن گاز را به دمای گرم محیط باز می‌گرداند. سپس گاز به بخش پایینی مخزن گرم برای گرم شدن ارسال می‌شود. فرایند انبساط و انقباض توسط یک ماشین مجزا طراحی شده که با یاری گرفتن از شیرهای کشویی کار می‌کند گرمای اضافی ناشی از ناکارآمدی در فرایند، از طریق مبدل‌های حرارتی در طول روند چرخه تخلیه در محیط زیست اطراف سیستم رها می‌شود. توسعه دهندهٔ آن ادعا می‌کند که میزان راندمان خارج ار تصور ۷۲–۸۰٪ قابل دستیابی می‌باشد. این نسبت تا ۸۰٪ قابل دستیابی با ذخیره انرژی هیدروژنی پمپی می‌شود. سیستم پیشنهادی دیگری از تورب ماشین استفاده می‌کند و قادر است در سطوح قدرت بسیار بالاتر عمل کند، استفاده کردن و بهره‌بری از مواد تغییر حالت دهنده (PCM) به عنوان مواد ذخیره‌سازی حرارت موجب افزایش میزان راندمان به صورت کلی خواهد شد.
