مخازن ذخیره سرمایی (Cool Thermal Storage)

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 1970 و 1980 آغاز گردید. در این زمان نیروگاه های تولید انرژی الكتریكی متوجه ضرورت كاهش پیك 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 یك پروژه بیشتر به سهم دستگاهها و تجهیزات تهویه مطبوع اختصاص داشت.
در بررسی انجام شده در ایالات متحده مشخص گردید كه در بسیاری از ایالتها تبرید در تابستان بیش از %35 كل 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 كه اگر بتوان تبرید را در زمان غیر یك مصرف انرژی به طریقی ذخیره نمود و بعداً مورد استفاده قرار داد بار مصرفی زیادی از دوش شبكه در زمان پیك 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 پیك مصرف انرژی نیز بطور كامل استفاده خواهد گردید.
در نتیجه بسیاری از شركتها و نیروگاههای تولید كننده انرژی الكتریكی از راههای مختلف از جمله با تغییر تعرفه خود، اضافه كردن مبالغ قابل توجهی به قیمت مصرف در زمان پیك مصرف انرژی، تعیین مبلغی اضافه برای مصرف كننده بر اساس مقدار ماكزیمم انرژی مصرفی در طول یك ماه ( هزینه دیماند( Demand) ( و نه براساس مقدار كل انرژی مصرفی) وحتی تعیین وامها و سوبسید هایی برای ترغیب مصرف كننده ها به انتقال پیك مصرف انرژی خود به ساعتهای غیر پیك، سعی در انتقال قسمتی از انرژی الكتریكی از ساعات پیك مصرف به ساعات غیر پیك نمودند.
مخزن ذخیره یكی از این راههاست كه كاركرد چیلرها را كه از پرمصرف ترین دستگاههای تهویه مطبوع می باشند به ساعات دلخواه موكول می نماید. در اكثر موارد نیز هزینه ای كه از كم كردن سایز چیلر صرفه جویی می گردد برای ساختن یك مخزن یا خرید آن كافی می باشد.

همانطور كه ذكر گردید بحث استفاده از مخازن ذخیره گرمایی و سرمایی از سال 1980 آغاز گردیده و تاكنون بسیاری از فواید استفاده از مخازن ذخیره در تعدیل نرخ و هزینه مصرف انرژی و كوچك تر كردن سایز تجهیزات مورد نیاز روشن گردیده است.
یكی دیگر از مصارف مخزن ذخیره، استفاده از آیس بانك(Ice Bank) جهت داشتن سیال مبرد با دمای ثابت 32 درجه می باشد كه 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 یك پروسه سرمایش كنترل شده، تنها سیستمی كه بتواند در تمام مدت پروسه یك سیال سرد با دمای ثابت و یكنواخت تامین نماید، یك سیستم آیس بانك (Ice Bank) می باشد در طول فصل به كلیه مزایای یك 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 كه به سرمایش كمتری نیاز است گرفته و این سرمای باصطلاح ذخیره شده در مبرد (سیال سرد یا یخ) در زمان دیگری جهت تكمیل بار سرمایی محل مورد استفاده قرار می گیرد. این ماده مبرد میتواند آب سرد، یخ یا نمك اوتكتیك(Eutectic salt) باشد.
به بیان ساده تر مثل اینكه چیلر در طول شب (یا هر زمان دیگر كه به تبرید احتیاج نباشد یا به مقدار كمی مورد نیاز باشد) به كار بپردازد و یك مخازن پر از آب سرد یا پر از یخ ایجاد نماید و در طول روز (یا در زمان دیگری كه پیك بار سرمایی مورد نیاز رخ می دهد) این مخزن برای تأمین بار سرمایی محل استفاده قرار می گیرد.
بنابراین یك سیستم با مخزن ذخیره در كل همان بار سرمایی را جوابگو خواهد بود كه یك سیستم بدون مخزن دخیره تأمین خواهد نمود اما در مقابل با ظرفیت لحظه ای پایین تر.
–اما در واقع اصلاً چرا این كار لازم است ؟
اولین فایده ای كه این كار دارد كوچك شدن سایز چیلر به نصف و حتی در برخی موارد كمتر می باشد و این بمعنای كاهش هزینه اولیه خواهد بود.
*علت اینكه چنین كاری ممكن خواهد بود این است كه در حالت اجرای سیستم با مخزن ذخیره زمانی زیادی در دست خواهد بود تا چیلر بتواند ذخیره سرمایی لازم جهت گذراندن پیك بار سرمایی را اندوخته نماید ؛ در این حالت ممكن است یك چیلر كوچك بتواند یك پیك سرمایی بزرگ را از سر بگذراند.
البته این نكته نیز قابل توجه است كه در برخی موارد همان هزینه ای كه از كوچك 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 كه كوچك كردن سایز چیلرها باعث كم شدن تعداد آنها می شود، معمولا ساخت مخزن ذخیره هزینه كمتر 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 كه چیلرها مجبور نخواهند بود تا در گرمترین ساعات روز با بازده پایین به كار بپردازند و در مقابل در ساعات شب با پایین بودن دمای كندانسیگ (Condensing) در بازده بسیار بالاتری كار خواهند نمود و این از نظر مصرف انرژی گامی در جهت صرفه جویی در مصرف خواهد بود.
فایده دیگر استفاده از مخازن ذخیره كاهش هزینه های مصرف انرژی است؛ زیرا قیمت برق مصرفی در تمام ساعات روز یكسان نیست و برای تشویق مصرف كنندگان به انتقال مصرف خود به ساعات غیر پیك مصرف انرژی، قیمت برق در ساعاتی كه مصرف كم است، بسیار پایین می باشد.
این حركت اخیراً در ایران نیز آغاز شده و اداره برق كنتور 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 كه چون در این ساعات تمام وسایل مصرف كننده روشن هستند و مقدار ماكزیمم مصرف انرژی بسیار بالا می باشد؛ این باعث می گردد تا بازای هر kWh كیلووات-ساعت برق مصرفی، مبلغ زیادی توسط اداره برق تعیین گردد در صورتیكه اگر در مورد چیلرها بخصوص چیلرهای تراكمی بتوان كار آنها را به ساعات دیگری منتقل نمود، مقدار ماكزیمم مصرف كاهش 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 اینكه قیمت هر kWh كیلووات-ساعت برق مصرفی ثابت می باشد اما در مقابل هزینه دیماند (Demand) تعریف می گردد كه مبلغی را بازای ماكزیمم kW كیلووات مصرفی به مبلغ برق مصرفی مصرف كننده می افزاید؛ در نتیجه جهت جلوگیری از بالارفتن این هزینه (جریمه) دیماند (Demand)بهتر آن است كه حتی الامكان كاركرد چیلر ها را به ساعاتی كه دستگاههای دیگر خاموش هستند منتقل نمود.

علاوه بر این كاركرد چیلرها بصورت نیم بار (Part Load) معمولا با كاهش بازده همراه می باشد و در یك سیستم بئون مخزن ذخیره به این علت كه ساعات پیك بار سرمایی فقط مدت زمان كوتاهی می باشد لذا در بقیه موارد كمپرسور بصورت نیم بار (Part Load) كار می كند كه این باعث هدردادن انرژی می گردد و مجموع این انرژی ها در طول یكسال مقدار قابل توجهی خواهد گردید. در سیستم مخزن ذخیره كمپرسور بصورت تمام بار كار خواهد كرد تا مخزن را شارژ نماید؛ لذا در اكثر موارد كمپرسورها با حداكثر بازده خود بكار خواهند پرداخت.
در سیستمهای دارای مخزن ذخیره بعلت پایین تر بودن دمای سیال تغذیه (Supply) با كوچكتر كردن سایز لوله كشی 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 كاهش مواردی مورد نیاز) كاهش خوهد یافت و طبیعتاً قیمت اولیه و انرژی مصرفی آنها نیز كمترخواهد 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.