مخازن ذخیره سرمایی (Cool Thermal Storage)
آیس بانک (ICE BANK)
جهت بهینه سازی مصرف انرژی و صرفه جویی در هزینه ها
مقدمه
بحث استفاده از مخازن ذخیره سرمایی (Cool Thermal Storage) از سالهای ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰ آغاز گردید. در این زمان نیروگاه های تولید انرژی الکتریکی متوجه ضرورت کاهش پیک مصرف انرژی برای سهولت و حتی پیشرفت در امر تولید و توزیع شده بودند و در خیلی از موارد بخصوص در روزهای گرم سال، مقدار ماگزیمم مصرف انرژی در یک پروژه بیشتر به سهم دستگاهها و تجهیزات تهویه مطبوع اختصاص داشت.
در بررسی انجام شده در ایالات متحده مشخص گردید که در بسیاری از ایالتها تبرید در تابستان بیش از %۳۵ کل برق مصرفی را بخود اختصاص داده است. (درنتیجه صحبت بر سر بهینه سازی ملیاردها دلار هزینه انرژی مصرفی می باشد).
در نتیجه صنعت به این امر توجه نمود که اگر بتوان تبرید را در زمان غیر یک مصرف انرژی به طریقی ذخیره نمود و بعداً مورد استفاده قرار داد بار مصرفی زیادی از دوش شبکه در زمان پیک مصرف برداشته خواهد شد و در نتیجه ظرفیت بیشتری برای مصارف دیگر در طول این زمان در دست خواهد بود و همچنین از ظرفیت اوقات غیر پیک مصرف انرژی نیز بطور کامل استفاده خواهد گردید.
در نتیجه بسیاری از شرکتها و نیروگاههای تولید کننده انرژی الکتریکی از راههای مختلف از جمله با تغییر تعرفه خود، اضافه کردن مبالغ قابل توجهی به قیمت مصرف در زمان پیک مصرف انرژی، تعیین مبلغی اضافه برای مصرف کننده بر اساس مقدار ماکزیمم انرژی مصرفی در طول یک ماه ( هزینه دیماند( Demand) ( و نه براساس مقدار کل انرژی مصرفی) وحتی تعیین وامها و سوبسید هایی برای ترغیب مصرف کننده ها به انتقال پیک مصرف انرژی خود به ساعتهای غیر پیک، سعی در انتقال قسمتی از انرژی الکتریکی از ساعات پیک مصرف به ساعات غیر پیک نمودند.
مخزن ذخیره یکی از این راههاست که کارکرد چیلرها را که از پرمصرف ترین دستگاههای تهویه مطبوع می باشند به ساعات دلخواه موکول می نماید. در اکثر موارد نیز هزینه ای که از کم کردن سایز چیلر صرفه جویی می گردد برای ساختن یک مخزن یا خرید آن کافی می باشد.
همانطور که ذکر گردید بحث استفاده از مخازن ذخیره گرمایی و سرمایی از سال ۱۹۸۰ آغاز گردیده و تاکنون بسیاری از فواید استفاده از مخازن ذخیره در تعدیل نرخ و هزینه مصرف انرژی و کوچک تر کردن سایز تجهیزات مورد نیاز روشن گردیده است.
یکی دیگر از مصارف مخزن ذخیره، استفاده از آیس بانک(Ice Bank) جهت داشتن سیال مبرد با دمای ثابت ۳۲ درجه می باشد که در صنایع غذایی و صنایع لبنیات و پاستوریزاسیون بسیار حائز اهمیت است چون در این صنایع زمان و درجه حرارت محصول بسیار مهم است در یک پروسه سرمایش کنترل شده، تنها سیستمی که بتواند در تمام مدت پروسه یک سیال سرد با دمای ثابت و یکنواخت تامین نماید، یک سیستم آیس بانک (Ice Bank) می باشد در طول فصل به کلیه مزایای یک سیستم با مخزن ذخیره به تفصیل پرداخته خواهد شد.
کلیات تعریف
*** تعریف و معرفی مخزن ذخیره سرمایی (Cool Thermal Storage)
مخزن ذخیره، گرما را از ماده مبرد در طول مدت زمانی که به سرمایش کمتری نیاز است گرفته و این سرمای باصطلاح ذخیره شده در مبرد (سیال سرد یا یخ) در زمان دیگری جهت تکمیل بار سرمایی محل مورد استفاده قرار می گیرد. این ماده مبرد میتواند آب سرد، یخ یا نمک اوتکتیک(Eutectic salt) باشد.
به بیان ساده تر مثل اینکه چیلر در طول شب (یا هر زمان دیگر که به تبرید احتیاج نباشد یا به مقدار کمی مورد نیاز باشد) به کار بپردازد و یک مخازن پر از آب سرد یا پر از یخ ایجاد نماید و در طول روز (یا در زمان دیگری که پیک بار سرمایی مورد نیاز رخ می دهد) این مخزن برای تأمین بار سرمایی محل استفاده قرار می گیرد.
بنابراین یک سیستم با مخزن ذخیره در کل همان بار سرمایی را جوابگو خواهد بود که یک سیستم بدون مخزن دخیره تأمین خواهد نمود اما در مقابل با ظرفیت لحظه ای پایین تر.
–اما در واقع اصلاً چرا این کار لازم است ؟
اولین فایده ای که این کار دارد کوچک شدن سایز چیلر به نصف و حتی در برخی موارد کمتر می باشد و این بمعنای کاهش هزینه اولیه خواهد بود.
*علت اینکه چنین کاری ممکن خواهد بود این است که در حالت اجرای سیستم با مخزن ذخیره زمانی زیادی در دست خواهد بود تا چیلر بتواند ذخیره سرمایی لازم جهت گذراندن پیک بار سرمایی را اندوخته نماید ؛ در این حالت ممکن است یک چیلر کوچک بتواند یک پیک سرمایی بزرگ را از سر بگذراند.
البته این نکته نیز قابل توجه است که در برخی موارد همان هزینه ای که از کوچک شدن چیلر صرفه جویی می شود تماما صرف ساختن مخزن ذخیره می گردد.
]بررسی این مورد بسته به شرایط پروژه و پروفیل بار سرمایی محل از هر پرروژه به پروژه دیگر تفاوت دارد [
در پروژه های بزرگ که کوچک کردن سایز چیلرها باعث کم شدن تعداد آنها می شود، معمولا ساخت مخزن ذخیره هزینه کمتر از مقدار صرفه جویی شده خواهد داشت و از نظر هزینه اولیه ساخت مخزن بسیار مناسب خواهد بود.
*دومین فایده سیستمهای با مخزن ذخیره این است که چیلرها مجبور نخواهند بود تا در گرمترین ساعات روز با بازده پایین به کار بپردازند و در مقابل در ساعات شب با پایین بودن دمای کندانسیگ (Condensing) در بازده بسیار بالاتری کار خواهند نمود و این از نظر مصرف انرژی گامی در جهت صرفه جویی در مصرف خواهد بود.
فایده دیگر استفاده از مخازن ذخیره کاهش هزینه های مصرف انرژی است؛ زیرا قیمت برق مصرفی در تمام ساعات روز یکسان نیست و برای تشویق مصرف کنندگان به انتقال مصرف خود به ساعات غیر پیک مصرف انرژی، قیمت برق در ساعاتی که مصرف کم است، بسیار پایین می باشد.
این حرکت اخیراً در ایران نیز آغاز شده و اداره برق کنتور دو تعرفه ای و سه تعرفه ای را به هر مشتری متقاضی واگذار می نماید.
علاوه بر این در تعرفه های مصارف خانگی، قیمت انرژی بر حسب مقدار مصرف بطور تصاعدی بالا می رود به این معنی که چون در این ساعات تمام وسایل مصرف کننده روشن هستند و مقدار ماکزیمم مصرف انرژی بسیار بالا می باشد؛ این باعث می گردد تا بازای هر kWh کیلووات-ساعت برق مصرفی، مبلغ زیادی توسط اداره برق تعیین گردد در صورتیکه اگر در مورد چیلرها بخصوص چیلرهای تراکمی بتوان کار آنها را به ساعات دیگری منتقل نمود، مقدار ماکزیمم مصرف کاهش چشمگیری خواهد داشت و در نتیجه باعث می گردد تا برق مصرفی برای دیگر موارد نیز با تعرفه پایین تری محاسبه گردد.
در تعرفه های صنعتی نیز با اینکه قیمت هر kWh کیلووات-ساعت برق مصرفی ثابت می باشد اما در مقابل هزینه دیماند (Demand) تعریف می گردد که مبلغی را بازای ماکزیمم kW کیلووات مصرفی به مبلغ برق مصرفی مصرف کننده می افزاید؛ در نتیجه جهت جلوگیری از بالارفتن این هزینه (جریمه) دیماند (Demand)بهتر آن است که حتی الامکان کارکرد چیلر ها را به ساعاتی که دستگاههای دیگر خاموش هستند منتقل نمود.
علاوه بر این کارکرد چیلرها بصورت نیم بار (Part Load) معمولا با کاهش بازده همراه می باشد و در یک سیستم بئون مخزن ذخیره به این علت که ساعات پیک بار سرمایی فقط مدت زمان کوتاهی می باشد لذا در بقیه موارد کمپرسور بصورت نیم بار (Part Load) کار می کند که این باعث هدردادن انرژی می گردد و مجموع این انرژی ها در طول یکسال مقدار قابل توجهی خواهد گردید. در سیستم مخزن ذخیره کمپرسور بصورت تمام بار کار خواهد کرد تا مخزن را شارژ نماید؛ لذا در اکثر موارد کمپرسورها با حداکثر بازده خود بکار خواهند پرداخت.
در سیستمهای دارای مخزن ذخیره بعلت پایین تر بودن دمای سیال تغذیه (Supply) با کوچکتر کردن سایز لوله کشی و اندازه پمپها در هزینه این تجهیزات و همچنین انرژی مصرفی برای پمپاژ صرفه جویی خواهد گردید. بعلاوه بعلت پایین بودن دمای هوای توزیعی، اندازه دستگاههای هواساز نیز (بعلت کاهش مواردی مورد نیاز) کاهش خوهد یافت و طبیعتاً قیمت اولیه و انرژی مصرفی آنها نیز کمترخواهد بود.
آیس بانک چیست؟
تنها راه برای ذخیره سرمایش تولید یخ می باشد. آیس بانک دستگاهی است که به منظور ذخیره سرمایش استفاده میشود. آیس بانک ها با تولید یخ در محفظه خود سرمایش حاصله از دستگاه های برودتی مانند چیلر را در خود ذخیره می کند.
تولید یخ در آیس بانک ها در طول شب و در زمان غیر پیک انجام می شود و سرمایش ذخیره شده در طول روز و اوج بار به مدار و سیستم سرمایشی باز می گردد. ذخیره سازی سرمایش در طول شب با انرژی کمتر و برق ارزانتر صورت می گیرد تا در اوج گرما انرژی کمتری استفاده شود و بار کمتری بروی دستگاه های برودتی باشد.
کاربرد آیس بانک چیست؟
سرمایش برای بسیاری از افراد چه برای تامین آسایش و چه به لحاظ حفظ و نگهداری مواد غذایی در زمان طولانی تر از اهمیت فراوانی برخوردار است. از دیر باز تاکنون تجهیزات فراوانی برای تامین سرمایش ابدا گردیده است. در حال حاضر تقریبا تمامی سیستم های سرمایشی از انرژی برق برای کاهش دما استفاده می کنند.
سیستم های سرمایشی از جمله سیستم های با توان مصرفی بالا هستند و در زمان اوج گرما (معمولا اواسط روز) بیشترین مصرف را خواهند داشت و در طول شب و به سبب کاهش طبیعی دما کمترین مصرف را دارا می باشند.
تولید کنندگان برق و دولت ها برای کنترل و کاهش مصرف برق اقدام به افزایش چشم گیر قیمت در اوج بار و کاهش قیمت در ساعات شب و غیر پیک می کنند. لذا با ورود به فصول گرم سال هزینه های مصرفی برق به شدت افزایش می یابد.
یکی از روشهای کاهش هزینه های برق استفاده از برق تولیدی در زمان کم بار می باشد. تولید یخ و ذخیره سازی آن در زمان کم بار می تواند روش مناسبی برای کاهش هزینه های برق می باشد. آیس بانک با تولید یخ و ذخیره سرمایش حاصله این وظیفه را برعهده خواهد داشت.
در واقع کاربرد آیس بانک بهینه سازی مصرف انرژی و صرفه جویی در هزینه ها می باشد.
