في مجال هندسة مضخات الحرارة الهوائية ووحدات تسخين المياه، رسّخت شركة هين، الرائدة في هذا المجال، مكانتها بقوة، وقدمت أداءً متميزًا بأسلوب عملي، وواصلت تطوير مضخات الحرارة الهوائية وسخانات المياه. خير دليل على ذلك فوز مشاريع هين الهندسية الهوائية بجائزة "أفضل تطبيق لمضخات الحرارة وتكامل الطاقة المتعددة" لثلاث سنوات متتالية في الاجتماعات السنوية لصناعة مضخات الحرارة الصينية.
في عام 2020، فاز مشروع هين لتوفير الطاقة في خدمة تسخين المياه المنزلية في المرحلة الثانية من سكن جامعة جيانغسو تايتشو بجائزة "أفضل تطبيق لمضخة الحرارة ذات المصدر الهوائي والتكامل متعدد مصادر الطاقة".
في عام 2021، فاز مشروع هين لنظام المياه الساخنة التكميلي متعدد الطاقة الذي يعتمد على مصدر الهواء والطاقة الشمسية واستعادة الحرارة المهدرة في حمام رونجيانغ يوان بجامعة جيانغسو بجائزة "أفضل تطبيق لمضخة الحرارة والتكامل متعدد الطاقة".
في 27 يوليو 2022، فاز مشروع نظام المياه الساخنة المنزلية "توليد الطاقة الشمسية + تخزين الطاقة + المضخة الحرارية" التابع لشبكة الطاقة الصغيرة في الحرم الجامعي الغربي لجامعة لياوتشنغ في مقاطعة شاندونغ بجائزة "أفضل تطبيق للمضخة الحرارية وتكامل الطاقة المتعددة" في مسابقة تصميم تطبيقات نظام المضخة الحرارية السابعة لكأس "توفير الطاقة" لعام 2022.
نحن هنا لنلقي نظرة فاحصة على أحدث مشروع حائز على جوائز، وهو مشروع جامعة لياوتشنغ "توليد الطاقة الشمسية + تخزين الطاقة + مضخة حرارية" لنظام المياه الساخنة المنزلية، من منظور مهني.
1. أفكار التصميم التقني
يقدم هذا المشروع مفهوم خدمة الطاقة الشاملة، بدءًا من إنشاء مصادر طاقة متعددة وتشغيل شبكة طاقة مصغرة، ويربط بين مصادر الطاقة (الكهرباء الرئيسية)، وإنتاج الطاقة (الطاقة الشمسية)، وتخزين الطاقة (تقليل ذروة الطلب)، وتوزيع الطاقة، واستهلاك الطاقة (التدفئة بمضخة حرارية، ومضخات المياه، إلخ) في شبكة طاقة مصغرة. صُمم نظام الماء الساخن بهدف رئيسي هو تحسين راحة الطلاب أثناء استخدامهم للتدفئة. يجمع هذا النظام بين التصميم الموفر للطاقة، والتصميم المستقر، والتصميم المريح، لتحقيق أقل استهلاك للطاقة، وأفضل أداء مستقر، وأقصى قدر من الراحة للطلاب أثناء استخدامهم للماء. يُبرز تصميم هذا النظام بشكل أساسي الميزات التالية:
تصميم نظام فريد. يقدم المشروع مفهوم خدمة الطاقة الشاملة، ويُنشئ نظامًا مصغرًا لتسخين المياه، يعتمد على شبكة طاقة صغيرة، مع مصدر طاقة خارجي، ومخرجات طاقة (طاقة شمسية)، وتخزين طاقة (بطاريات)، وتسخين بمضخة حرارية. ويُحقق هذا النظام إمدادًا متعددًا للطاقة، وتخفيفًا لذروة الطلب، وتوليدًا للحرارة بأعلى كفاءة ممكنة.
تم تصميم وتركيب 120 وحدة من الخلايا الشمسية. تبلغ القدرة المركبة 51.6 كيلوواط، ويتم نقل الطاقة الكهربائية المولدة إلى نظام توزيع الطاقة الموجود على سطح الحمام لتوليد الطاقة المتصلة بالشبكة.
تم تصميم وتركيب نظام تخزين طاقة بقدرة 200 كيلوواط. يعمل النظام بنظام إمداد الطاقة لتخفيف ذروة الطلب، حيث تُستخدم الطاقة الفائضة خلال فترات الذروة. يُشغّل هذا النظام وحدات المضخات الحرارية خلال فترات ارتفاع درجات الحرارة، مما يُحسّن كفاءة استهلاك الطاقة ويُقلّل من استهلاكها. يرتبط نظام تخزين الطاقة بشبكة توزيع الكهرباء لضمان التشغيل المتصل بالشبكة وتخفيف ذروة الطلب تلقائيًا.
تصميم معياري. يزيد استخدام التصميم القابل للتوسيع من مرونة التوسع. في تصميم سخان المياه الهوائي، تم اعتماد تصميم بوصلة احتياطية. عند عدم كفاية معدات التسخين، يمكن توسيعها بشكل معياري.
يُساهم تصميم النظام بفصل التدفئة عن إمداد الماء الساخن في جعل إمداد الماء الساخن أكثر استقرارًا، ويحل مشكلة تذبذب درجة حرارته. يتكون النظام من ثلاثة خزانات لتسخين الماء وخزان واحد لإمداد الماء الساخن. يبدأ تشغيل خزان التسخين وفقًا للوقت المحدد. بعد الوصول إلى درجة حرارة التسخين المطلوبة، يُضخ الماء إلى خزان إمداد الماء الساخن بفعل الجاذبية. يقوم خزان إمداد الماء الساخن بتوزيع الماء الساخن إلى الحمام. يوفر هذا الخزان الماء الساخن فقط دون تسخين، مما يضمن ثبات درجة حرارة الماء الساخن. عندما تنخفض درجة حرارة الماء الساخن في خزان إمداد الماء الساخن عن درجة حرارة التسخين، يبدأ منظم الحرارة بالعمل، مما يضمن ثبات درجة حرارة الماء الساخن.
يتم دمج التحكم في الجهد الثابت لمحول التردد مع التحكم الزمني في دوران الماء الساخن. عندما تقل درجة حرارة أنبوب الماء الساخن عن 46 درجة مئوية، ترتفع درجة حرارة الماء الساخن في الأنبوب تلقائيًا عن طريق الدوران. وعندما تزيد درجة الحرارة عن 50 درجة مئوية، يتوقف الدوران ليدخل الماء إلى وحدة إمداد الماء ذات الضغط الثابت، وذلك لضمان الحد الأدنى من استهلاك الطاقة لمضخة تسخين الماء. المواصفات الفنية الرئيسية كالتالي:
درجة حرارة الماء الخارج من نظام التدفئة: 55 درجة مئوية
درجة حرارة خزان المياه المعزول: 52 درجة مئوية
درجة حرارة إمداد المياه الطرفية: ≥45 درجة مئوية
مدة إمداد المياه: 12 ساعة
سعة التدفئة التصميمية: 12000 شخص/يوم، سعة إمداد المياه 40 لترًا لكل شخص، إجمالي سعة التدفئة 300 طن/يوم.
القدرة المركبة للطاقة الشمسية: أكثر من 50 كيلوواط
سعة تخزين الطاقة المركبة: 200 كيلوواط
2. تكوين المشروع
يتكون نظام تسخين المياه بشبكة الطاقة الصغيرة من نظام إمداد الطاقة الخارجية، ونظام تخزين الطاقة، ونظام الطاقة الشمسية، ونظام تسخين المياه بمصدر الهواء، ونظام تسخين بدرجة حرارة وضغط ثابتين، ونظام تحكم آلي، إلخ.
نظام إمداد الطاقة الخارجي. ترتبط المحطة الفرعية في الحرم الجامعي الغربي بشبكة الكهرباء الحكومية كطاقة احتياطية.
نظام الطاقة الشمسية. يتكون من وحدات شمسية، ونظام تجميع التيار المستمر، ومحول التيار، ونظام التحكم في التيار المتردد، وما إلى ذلك. يُستخدم لتوليد الطاقة المتصلة بالشبكة وتنظيم استهلاك الطاقة.
نظام تخزين الطاقة. تتمثل وظيفته الرئيسية في تخزين الطاقة في أوقات انخفاض الطلب وتوفير الطاقة في أوقات ذروة الطلب.
الوظائف الرئيسية لنظام تسخين المياه بالهواء. يُستخدم سخان المياه بالهواء لتسخين المياه ورفع درجة حرارتها لتوفير المياه الساخنة للاستخدام المنزلي للطلاب.
الوظائف الرئيسية لنظام إمداد المياه بدرجة حرارة وضغط ثابتين: توفير مياه ساخنة بدرجة حرارة تتراوح بين 45 و50 درجة مئوية للحمام، وضبط تدفق المياه تلقائيًا وفقًا لعدد المستخدمين وحجم استهلاك المياه لتحقيق تدفق موحد.
الوظائف الرئيسية لنظام التحكم الآلي. يتم استخدام نظام التحكم في مصدر الطاقة الخارجي، ونظام الماء الساخن بمصدر الهواء، ونظام التحكم في توليد الطاقة الشمسية، ونظام التحكم في تخزين الطاقة، ونظام درجة الحرارة الثابتة ونظام إمداد المياه الثابت، وما إلى ذلك، للتحكم في التشغيل الآلي والتحكم في تقليل ذروة شبكة الطاقة الصغيرة لضمان التشغيل المنسق للنظام، والتحكم في الربط، والمراقبة عن بعد.
3. أثر التنفيذ
وفر الطاقة والمال. بعد تنفيذ هذا المشروع، حقق نظام تسخين المياه بشبكة الطاقة الصغيرة تأثيرًا ملحوظًا في توفير الطاقة. بلغ إنتاج الطاقة الشمسية السنوي 79,100 كيلوواط/ساعة، وتخزين الطاقة السنوي 109,500 كيلوواط/ساعة، ووفرت مضخة الحرارة الهوائية 405,000 كيلوواط/ساعة، وبلغ التوفير السنوي في الكهرباء 593,600 كيلوواط/ساعة، ووفرت كمية الفحم القياسي 196 طن مكافئ فحم، ووصل معدل توفير الطاقة إلى 34.5%. وبلغت الوفورات السنوية في التكاليف 355,900 يوان.
حماية البيئة والحد من الانبعاثات. الفوائد البيئية: انخفاض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بمقدار 523.2 طن/سنة، وانخفاض انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت بمقدار 4.8 طن/سنة، وانخفاض انبعاثات الدخان بمقدار 3 أطنان/سنة، وهي فوائد بيئية كبيرة.
آراء المستخدمين: يعمل النظام بثبات منذ بدء تشغيله. يتميز نظاما توليد الطاقة الشمسية وتخزينها بكفاءة تشغيلية عالية، كما أن نسبة كفاءة الطاقة لسخان المياه ذي المصدر الهوائي مرتفعة. وقد تحسّن توفير الطاقة بشكل ملحوظ بعد التشغيل التكاملي متعدد المصادر للطاقة. في البداية، يُستخدم مصدر الطاقة المخزن لتوفير الطاقة والتدفئة، ثم تُستخدم الطاقة الشمسية المولدة لتوفير الطاقة والتدفئة. تعمل جميع وحدات المضخة الحرارية خلال فترة ارتفاع درجات الحرارة من الساعة 8 صباحًا إلى 5 مساءً، مما يُحسّن بشكل كبير نسبة كفاءة الطاقة لوحدات المضخة الحرارية، ويزيد من كفاءة التدفئة إلى أقصى حد، ويقلل من استهلاك طاقة التدفئة. إن طريقة التدفئة التكاملية متعددة المصادر والفعّالة هذه جديرة بالتعميم والتطبيق.
تاريخ النشر: 3 يناير 2023