بخشی از مقاله
چکیده
لزوم کاهش مصرف سوختهاي فسیلی به دلیل آثار مخرب استفاده از آن از یک طرف و همچنین کمبود منابع سوختهاي فسیلی از طرف دیگر، استفاده از منابع انرژي نو و تجدید پذیر را اجتناب ناپذیر ساخته است. در این راستا مطالعاتی در جهت استفاده از زمین به عنوان یک منبع انرژي پاك صورت پذیرفته است. در سالیان اخیر علاوه بر موضوع استفاده از انرژي زمین گرمایی، ذخیرهسازي انرژي در زیر زمین نیز مورد توجه قرار گرفته است. استفاده از این روشها علاوه بر جلوگیري از اتلاف انرژي سبب میشود تا روند تامین انرژي از منابع انرژيهاي نو پایدار گردد و نوسانات عرضه و تقاضا کنترل شود. این روشها از توجیه اقتصادي برخوردار بوده و با محیط زیست هماهنگ هستند و قابلیت اجرا در شرایط مختلف را دارا میباشند. در این پژوهش ابتدا کلیات این روش مورد بحث قرار میگیرد. سپس این گونه روشها دسته بندي شده و علاوه بر مطالعه چگونگی کارکرد هر روش، مزایا و معایب آن معرفی میگردد. امروزه استفاده از این سیستم در دنیا به طور تصاعدي در حال افزایش است. مطالعات نشان میدهد که استفاده از ذخیره گرهاي انرژي حرارتی در زیرزمین علاوه بر افزایش بهرهوري سیستمهاي گرمایشی و سرمایشی و تهویه مطبوع موجب کاهش چشمگیر مصرف سوختهاي فسیلی میشود.
واژههاي کلیدي: ذخیرهگر انرژي در زیرزمین، ذخیرهگر حلقه باز، ذخیرهگر حلقه بسته، ذخیرهگر در مغار، چاه با سطح ایستابی، آبخوان
-1 مقدمه
مشکلات روزافزون بهداشتی، اجتماعی و اقتصادي آلایندههاي محیط زیست و گازهاي گلخانهاي سبب گردیده است تمایل به استفاده از منابع انرژي تجدیدپذیر و پاك و روشهاي کاهنده مصرف سوختهاي فسیلی گسترش یابد. عدم دسترسی به انواع مختلف انرژي در تمام فصول سال یا دسترسی به انواعی از انرژي در زمانی که احتیاجی به آن نداریم یا فراتر از احتیاج ماست، ایده ذخیرهگرهاي انرژي را شکل داده است. این مساله در مورد منابع انرژيهاي تجدیدپذیر و پاك بیشتر احساس میشود. به عنوان نمونه میتوان به انرژي خورشیدي، باد و ... اشاره نمود که در تمامی مواقع در دسترس نیستند.
دامنه استفاده از ذخیرهگرهاي انرژي حرارتی - حغ - 1 در سالیان اخیر رو به افزایش بوده است. مبناي فعالیت این ذخیرهگرها ایجاد تعادل بین نوسانات عرضه و تقاضاي انرژي حرارتی است.ب1م به عنوان مثال استفاده از ذخیرهگرها در کنار سیستمهاي تولید انرژي خورشیدي باعث میشود که مازاد مصرف گرماي تولیدي ذخیره شده و در فصولی که دسترسی به انرژي خورشیدي کمتر است مورد استفاده قرار گیرد. یکی از روشهاي ذخیرهسازي انرژي حرارتی، ذخیرهسازي انرژي حرارتی در زیرزمین - حغ1س - است. بنیان این روشها بر این اصل استوار است که دما در اعماق 10 الی 15 متري زمین از نوسانات دمایی در طول سال تاثیر نمیپذیرد و دماي آنها ثابت و در حدود میانگین دماي سالانه محیط اطراف است.
این روشها به دلیل بازدهی مناسب، نسبت هزینه به سود پایین و دوره بازگشت سرمایه کوتاه از نظر اقتصادي کاملا توجیهپذیر هستند. همچنین به دلیل تنوع این روشها، میتوان آنها را در شرایط هیدروژئولیکی، اجتماعی و کاربريهاي گوناگون اجرا نمود.ب2م مزیت دیگر این روشها هماهنگی با محیط زیست بوده و تاثیرات این سامانهها بر روي محیط زیست در مقایسه با منابع انرژي سنتی بسیار کمتر است. اولین بار در حدود چهل سال پیش در چین از این روش استفاده شد.ب3م دهههاي هفتاد و هشتاد میلادي دوران آغاز استفاده از این روش و گسترش کاربرد آن بود. در این زمینه طرحهاي تحقیقاتی و تجاري بسیاري آغاز گردید. بیشتر این فعالیتها به منظور استفاده از این روشها به عنوان مکمل انرژي خورشیدي، استفاده از پمپهاي حرارتی و استفاده از آب گرم مازاد متمرکز بود.
سامانههاي ذخیره انرژي حرارتی در زیرزمین به انواع زیر تقسیمبندي میشوند:
• حلقه باز یا استفاده از آبخوان - حغ - A1
• حلقه بسته یا استفاده از چاهک - حغ - B1
• استفاده از مغار - حغ1ه -
• چاه با سطح ایستابی - حهح -
-2 ذخیرهگر حلقه باز
در نوع حلقه باز آب گرم یا سرد از طریق چاه به آبخوان تزریق شده و زمانی که به آن احتیاج داریم مجددا به محل مصرف که سیستمهاي سرمایشی، گرمایشی یا تهویه مطبوع هستند پمپاژ شده و از انرژي ذخیرهشده در آن استفاده میشود. آبی که در سیستم مصرف شده مجددا از طریق چاههاي تغذیه یا آبهاي سطحی به آبخوان بازگردانده میشود. در این روش بنا بر ظرفیت مورد نیاز میتوان از یک چاه گرم و یک چاه سرد یا گروه چاههاي سرد و گرم استفاده نمود. این سامانهها اغلب در کنار یک پمپ حرارتی عمل میکنند. در شکل هاي 1 و 2 جزئیات اجراي چاهها در این روش نشان داده شده است.
ذخیرهگرهاي انرژي حرارتی در آبخوان بر حسب نوع رژیم جریان به دو دسته با رژیم جریان متناوب - دو طرفه - و با رژیم جریان متوالی همانطور که در شکل هاي3 و 4 نشان داده شده است تقسیمبندي میشوند. در روش متناوب آب در دمایی بالاتر یا پایینتر از دماي طبیعی آبخوان ذخیره میشود اما در ذخیرهگر با رژیم جریان متوالی، دماي تولیدشده سامانه در حدود دماي طبیعی آبخوان است. رژیم متناوب گستره دماي خروجی بالاتري دارد اما در عوض هزینه اجرا و نگهداري آن بالاتر است. رژیم جریان متوالی اجرا و نگهداري سادهتر و کم هزینهتري دارد اما در دامنه دماي خروجی محدودي قابل استفاده است.ب1م همچنین بر حسب نوع انرژي تولیدي میتوان ذخیرهگرها را به سه دسته ذخیرهگر سرما، ذخیرهگر گرما و سامانههاي یکپارچه ذخیرهگر سرما و گرما تقسیم نمود.
