Skladovanie tepla pomocou tepelných úložísk

Skladovanie tepla pomocou tepelných úložísk

Veľkokapacitné tepelné úložiská môžu uľahčiť poskytovanie tepla do siete pre zariadenia s kombinovanou výrobou elektriny a tepla. Článok rieši dizajn a plánovanie systémov tepelného úložiska a ponúka najdôležitejšie typy skladovacích nádrží, ich konštrukciu, cenu a financovanie.

Nemecký farmár sa po modernizácii svojej bioplynovej stanice, zásobujúcej sieť s 36 prípojkami, rozhodol, že spolu s 1,5 MWh kogeneračnou jednotkou (KGJ) musí zabezpečiť aj skladovanie vytvoreného tepla. To dosiahol s inštaláciou tepelného úložiska s objemom 1000 m³ a výškou 16 metrov, ktoré je aj v zime schopné zásobovať celú sieť po dobu 2 dni v prípade problémov s KGJ.

Najväčšie výhody skladovania tepla sú dodatočná využiteľná rezervná kapacita a bezpečnosť dodávok. Systém môže skladovať množstvo tepla ale aj regulovať tepelný výkon aby nenastala prebytočná produkcia tepla v prípade najvyššieho dopytu (obmedzenie maximálneho zaťaženia).

Niektoré úložiská pre diaľkové vykurovanie majú podobu tepelných jám. Tieto projekty so skladovacou kapacitou až niekoľko desiatok tisíc metrov kubických sa nachádzajú najmä v Dánsku. Takéto úložiská zaberajú mnoho miesta a preto ich bolo postavených len niekoľko. Medzi nimi je aj úspešný projekt Stadtwerke Heidelberg, ktorý chce tepelné úložisko zakomponovať do architektonického návrhu pre verejný priestor s vyhliadkovou vežou a reštauráciami. V Mníchove sa, naopak, rozhodli ukryť úložisko pod vrstvu zeme a vytvoriť tak umelý kopec, ktorý slúži na rekreačné a športové účely.

Úroveň teploty je ďalšie rozhodujúce kritérium pre dizajn a plánovanie systému skladovania tepla. Rozlišujeme dva typy skladovacích nádrží. Atmosférické skladovacie nádrže, bez tlaku, ktoré zvládnu teplotu do 98 stupňov Celzia a pretlakové skladovacie nádrže, ktoré operujú až do teploty 150 stupňov. Kvôli vysokým cenám za veľké pretlakové nádrže sa často uprednostňuje viacero prepojených menších nádrží.

Dvojzónový systém skladovania je akýmsi hybridom medzi týmito dvoma typmi nádrží. Pozostáva z dvoch častí naplnených vodou uložených nad sebou a prepojených spojovacími rúrami. Vo vrchnej časti je voda s teplotou od 60 do 90 stupňov. Svojou vlastnou váhou vytvára tlak na spodnú časť, v ktorej je voda s teplotou nad 100 stupňov. Tlak zabezpečí, že voda v spodnej časti sa nezačne vyparovať. Pretlaková nádrž preto nie je potrebná.

Oceľ je hlavným materiálom, ktorý sa používa na stavbu konštrukcie. Existujú aj betónové nádrže, vystužené oceľou, kedy voda ostáva v nádrži. Pri tomto type nádrže nevzniká korózia a vodu je možné napustiť aj z vodovodu. Betónové nádrže sa stavajú viac do šírky než do výšky. Množstvo uloženého tepla je tak väčšie, než plocha povrchu, čo zamedzí prebytočnému úniku tepla.

Cena tepelného zásobníka závisí na type, veľkosti a plnení nádrže. Čím väčší výkon, tým väčší a drahší systém potrubia. V prepočte na objem je typ pretlakovej nádrže jednoznačne drahší. Pri tepelnej kapacite je však najviac ekonomický. Nemecký farmár vďaka zvýšenej kapacite prevzal zodpovednosť za najvyššie zaťaženie a zabezpečenie dodávok v sieti a tak mohol od operátora siete požadovať vyššie ceny za svoje teplo. Počiatočná investícia sa môže vrátiť aj v tejto forme.

Zdroj: https://www.biogas.org/edcom/webfvb.nsf/id/DE-Biogas-Journal