Szezonális hőtároló feltöltése és kimerítése dinamikus folyamatának matematikai modellezése

Bár végleges megoldásnak nem tekinthető, jelenleg a megújuló energiaforrások intenzívebb kihasználása került az érdeklődés középpontjába. Ismert tény, hogy a napsugárzástól a Föld egy óra alatt több energiát nyer, mint a teljes évi energiaszükséglete és ez a folyamat a tudósok szerint még több mint 4 milliárd évig fog tartani. Ezért érthető, hogy mint a legfontosabb elsődleges megújuló, sőt ellentétben a geotermikus energiával, lényegében kimeríthetetlen energiaforrás jön számításba. A fizikai lényegének megfelelően a Nap sugárzási energiáját leginkább a hőellátásnál lehet hasznosítani. Ennek legnagyobb buktatója, hogy a napsugárzásból termelhető hasznos hő mennyisége és minősége is erősen függ a napszakok és évszakok, valamint az időjárási és éghajlati viszonyok váltakozásától, a szoláris hőtermelés általában olyankor a legintenzívebb, amikor arra kevésbé van szükség és fordítva. Ezért a szoláris hőellátás szempontjából kulcsfontosságú a hőtárolási problémák megoldása.

A Nap sugárzó energiájának hosszú idejű tárolását a természet megoldotta a fotoszintézis által, amely a biomassza keletkezésében nyilvánul meg. A biomassza, mint könnyen tárolható, szállítható és sokoldalúan felhasználható vegyileg kötött napenergia-forma a jelenleg legfontosabbnak tartott megújuló energiaforrásunk. Ennek ellenére az energiatermelésre való felhasználása erősen korlátozott, mert elsősorban az élelmezési igényeket hivatott kielégíteni. Ezen felül nem elhanyagolható az a tény sem, hogy egyenlő nagyságú területen napkollektorokkal kb. 40-szer annyi hőt lehet termelni, mint amennyi a megtermelt biomasszából nyerhető. Nem véletlen, hogy a hőigények kielégítésénél egyre nagyobb szerep jut szoláris hőtermelésnek, amely a környezetet jóval kevésbé terheli mint a biomassza ilyen célú felhasználása. Viszont a szoláris hő tárolása és szállítása sokkal igényesebb.

A napszakok és az időjárás változásai által okozott problémák kezelésére szolgáló rövid idejű hőtárolás már jelenleg is hatékonyan megoldható, de a kutatás és fejlesztés ezen a téren is tovább folyik. A szoláris hőellátásban az igazi áttörést szezonális hőtárolással lehet elérni. Ennek célja a nyáron termelt szoláris hőfölösleg tárolása a fűtési szezonra, amikor nem csak a használati víz melegítésére, hanem fűtési igények kielégítésére is fel lehet használni. Így a rendszer a méretezésétől függően akár a 100 %-os szoláris részarányt is el lehet érni, de a szakemberek többnyire a 40-70 %-ra való méretezést tartják ésszerűnek. Ezzel szemben a rövid idejű hőtárolás esetében ez a fontos mutató általában nem éri el a 30%-ot.

A szezonális hőtárolással elsőként Svédországban és Dánában kezdtek el foglalkozni, de ma már a legtöbb információ a Németországban megvalósított projektekről áll rendelkezésre, pl. a www.solites.de honlapon. Ezekből nyilvánvaló, hogy a szezonális hőtároló a szoláris távhőellátó rendszer legtőkeigényesebb része, ezért kiemelt figyelmet kell szentelni a tervezési, kivitelezési és üzemeltetési problémáinak. A tervezésnél a matematikai modellezés s eredményesen alkalmazható főleg a feltöltés és kimerítés dinamikus folyamatainak analitikus vizsgálatánál. Első lépésként a ezen folyamatok dinamikájának matematikai leírását kell elvégezni. Mivel a tervezés támogatásánál a matematikai modell egyszerűsége és könnyű kezelhetősége fontos követelmény, kezdeti szakaszban a folyamatok és állapotok lényegesen egyszerűsített leírását találtuk előnyösnek.

A tanulmány első része letölthető formában

A tanulmány második része letölthető formában

Forrás: http://www.e-gepesz.hu
Szerző: BÖSZÖRMÉNYI László dr., Debreceni Egyetem, Műszaki Kar; ŠIVÁKOVÁ Emese, Kassai Műszaki Egyetem, Épít