Téměř 80 % energie spotřebováváme ve formě tepla. Přesto právě pro tuto energii hledáme již víc než sto let příhodný akumulátor, který by ji dokázal ve chvílích přebytku uschovat a ve chvíli potřeby vrátit. Krátkodobé zásobníky tepla běžně užíváme v domácnostech v podobě akumulačních kamen nebo zásobníkových ohřívačů (bojlerů).
|
|
| Ruthsův akumulátor páry. |
Horkovodními, parními a parovodními akumulátory se začala energetika zabývat v souvislosti s rozvojem parních elektráren a výtopen před sedmdesáti
lety. Nejúspěšnějším zařízením po celá desetiletí byl a je tzv. Ruthsův
parovodní akumulátor. Přebytečná pára
z kotelny předává svou tepelnou energii kondenzací chladnější vodě v tlakové
válcovité nádobě. Při kondenzaci každý kilogram páry vrací 2 250 kJ, které
musela kotelna na jeho odpaření předtím vynaložit. Při "nabíjení"
parovodního akumulátoru roste v jeho nádobě tlak i teplota. Potřebujeme-li energii
odebírat, otevřeme ventil na vrchní části akumulátoru. Stačí nepatrný pokles tlaku v prostoru nad hladinou horké vody, aby
došlo k jejímu prudkému varu a odpařování. Stovky takových parovodních
akumulátorů sloužily v předválečných tepelných
elektrárnách a kotelnách v nejrůznějším zapojení. V noci se nabíjely
přebytečnou ostrou parou, ve chvílích špičkového odběru mohla tato pára posílit
výkon kotlů, nebo byla vedena do turbín,
případně v zimním období byla využívána teplárensky. Akumulátor vysoký jako
několikapatrový dům mohl akumulovat až 600 tun páry. To by v dnešních tepelných
velkoelektrárnách vystačilo sotva na hodinový provoz 200 MW turbosoustrojí.
Pro akumulaci tepla získaného ve slunečních kolektorech jsou vyvíjeny
nejrůznější typy latentních zásobníků tepla, založených na
vypařování a kondenzaci, nebo tání a tuhnutí nejrůznějších látek, jejichž
teplota se v průběhu akumulace nemusí příliš měnit. Nadějný je např. glycerol,
parafin nebo Glauberova sůl. Jistou naději vkládají vědci do využití zeolitů -
křemičitanů s velkou vnitřní plochou struktury, schopných pojmout značné objemy
vody a v každém cm3 absorbovat téměř 800 J.
Do praxe se zatím prosadily spíše jednodušší metody akumulace
nízkopotenciálního tepla ve vodních nádržích a ve štěrkovém loži. Rozsáhlý
pokus o celoroční vytápění sídliště s 55 rodinnými domky prakticky jen solární energií se uskutečňuje ve
Švédsku. Teplo soustředěné z parabolických kolektorů s plochou 2 600 m2
je akumulováno do horkovodního zásobníku o objemu 14 tisíc m3. V
mrazivých dnech však musí vypomáhat pomocná kotelna na topný olej. Švýcarský
projekt počítá s akumulátorem vyplněným štěrkem, který se ohřívá
cirkulujícím médiem na 30 až 100 ° C. Ukázalo se, že každý m3 vody je
schopen akumulovat 40 kWh, kdežto m3 štěrku sotva polovinu této energie.
 |
| Rozložení slaných vrstev vody ve slunečním rybníku. |
Nejjednodušším akumulátorem tepla se stávají tzv. sluneční
bazény. Mají černě zabarvené dno a boky kvůli nejvyššímu pohlcování
tepelného záření a v jejich vodní náplni se rozpouští sůl tak, aby se koncentrace
u dna blížila 28 %. Sluneční paprsky prostoupí horními, méně slanými vrstvami a
asi 30 % pohlcené energie se akumuluje v nejspodnější vrstvě, odkud je cirkulací
přes tepelný výměník v případě
potřeby odebíráno. Teplota vody v bazénu krytém nahoře průsvitnou fólii kolísá
od 50 ° C v zimě do 95 ° C v létě. Největší sluneční bazén zřízený k
vyhřívání městského plaveckého bazénu byl zřízen v Miamisburgu u Ohia (USA).
Zaujímá plochu půl hektaru a v 12 milionech litrů vody má rozpuštěny dva tisíce
tun soli. Do hloubky tří metrů se podle koncentrace voda rozděluje na tři vrstvy s
různou samovolnou cirkulací.