با گسترش سامانههای ذخیرهسازی انرژی، کنترل شرایط حرارتی و تهویه فضاهای نگهداری باتری به یکی از چالشهای اصلی طراحی تأسیسات انرژی تبدیل شدهاست. باتریها بهدلیل تولید حرارت در فرآیند شارژ و دشارژ و حساسیت بالا نسبت به دمای عملکرد، نیازمند محیطی با شرایط حرارتی پایدار هستند.
در این پروژه، عملکرد حرارتی و الگوی جریان هوا در خانهی باتری شهر رگنسبورگ آلمان با استفاده از شبیهسازی دینامیک سیالات محاسباتی(CFD) مورد ارزیابی قرار گرفت تا توزیع دما، مسیرهای حرکت هوا و احتمال شکلگیری نقاط داغ و سرد در شرایط اوج گرمای تابستان و سرمای زمستان بررسی شود.
خانه باتری در شهر Regensburg آلمان، به عنوان بخشی از زیرساخت ذخیرهسازی انرژی، شامل چندین رک باتری درون یک فضای بسته است. این فضا به دلیل؛
نیازمند طراحی دقیق سیستم تهویه و سرمایش است.
ساختمان موسوم به Battery House-Regensburg/Oberhub تحت تحلیل CFD قرار گرفت تا رفتار دمایی و جریان هوا در آن در شرایط بحرانی سال ارزیابی و برای بهینهسازی سیستم تهویه از نتایج آن استفاده شود.
عملکرد نامناسب در کنترل شرایط حرارتی میتواند منجر به ایجاد نقاط داغ، کاهش راندمان، افت عمر مفید تجهیزات و افزایش ریسکهای ایمنی شود؛ از این رو مدیریت جریان هوا و کنترل دما در چنین فضاهایی اهمیت حیاتی دارد.
عملکرد حرارتی و تهویهی “خانه باتری” با استفاده از شبیهسازی دینامیک سیالات محاسباتی(CFD) در شرایط اوج سرمای زمستان و اوج گرمای تابستان مورد بررسی قرار گرفتهاست.
هدف اصلی، ارزیابی توزیع دما و الگوی جریان هوا در میان قفسههای باتری و اطمینان از عدم افزایش دما از حدود مجاز تجهیزات، حفظ یکنواختی دمایی، و جلوگیری از ایجاد نقاط داغ(Hot Spot) است.
مدل سهبعدی پروژه بر اساس آرایش واقعی رکهای باتری، موقعیت ورودیها و خروجیهای هوا و میزان تولید حرارت تجهیزات توسعه یافت. نتایج حاصل از تحلیل CFD مبنای ارائه راهکارهایی برای بهینهسازی مسیرهای جریان هوا، کاهش اختلاف دمای میان رکها، بهبود یکنواختی تهویه و ارتقاء ایمنی و بهرهوری انرژی سیستم تهویه قرار گرفت.
در تحلیل تابستانی، شرایط به گونهای فرض شده که؛
شبیهسازی نشان میدهد که دما در لایههای بالایی رکها نسبت به لایههای پایینی تمایل به افزایش دارد. این موضوع ناشی از حرکت طبیعی هوای گرم به سمت بالا و تشکیل لایههای داغ زیر سقف است. با این حال، در صورتی که مسیرهای برگشت هوا به درستی در بالای فضا تعبیه شوند، میتوان از تجمع هوای گرم کاست.
در نواحیای که سرعت جریان هوا کاهش یافته(مثلاً پشت قفسهها یا در گوشههای دورتر از مسیر مستقیم جریان)، احتمال شکلگیری نقاط داغ وجود دارد. CFD با نمایش کانتورهای دما و بردارهای سرعت، این نواحی را مشخص کرده و امکان اصلاح آرایش رکها یا افزایش موضعی دبی هوا را فراهم میکند.
نتایج نشان میدهد که در صورت توزیع مناسب ورودیها در طول راهروهای بین رکها و قرارگیری خروجیها در نقاط مکشیِ بالادست، اختلاف دما بین گرمترین و خنکترین رکها به محدودهی قابل قبولی محدود میشود. در غیر این صورت، نیاز به افزایش دبی هوای تازه، استفاده از کانالکشی هدفمند یا تغییر موقعیت دهانهها وجود خواهد داشت.
در تحلیل زمستانی، شرایط محیطی سردتر است و نگرانی اصلی، افت بیش از حد دما و ایجاد گرادیانهای شدید بین بخشهای مختلف رکها است.
با وجود دمای پایین هوای ورودی، تولید حرارت داخلی باتریها معمولاً دمای اطراف آنها را در بازهی مناسب نگه میدارد. CFD کمک میکند تا بررسی شود آیا در بخشهای نزدیک به ورودیهای هوای بسیار سرد، دما به زیر محدودهی مطلوب سازنده باتریها نمیرسد.
در صورت برخورد مستقیم هوای سرد به بخشی از رکها، امکان ایجاد نقاط سرد(Cold Spots) و تنش حرارتی در سلولها وجود دارد. با تنظیم جهت و سرعت جریان و استفاده از مسیرهای غیرمستقیم ورود هوا، میتوان این مشکل را کاهش داد.
نتایج زمستانی میتواند نشان دهد که در بسیاری از سناریوها، با اتکا به حرارت تولیدی باتریها، شاید تنها به یک کنترل هوشمند دبی هوای تازه و استفادهی محدود از گرمایش کمکی نیاز باشد. این موضوع در کاهش هزینههای بهرهبرداری و افزایش بهرهوری انرژی نقش دارد.
ترکیب نتایج تحلیلهای تابستانی و زمستانی نشان میدهد که طراحی صحیح مسیرهای جریان هوا، موقعیت ورودیها و خروجیها و آرایش رکها میتواند:
این مطالعه CFD با تمرکز بر بهینهسازی عملکرد حرارتی و تهویهی خانه باتری در Regensburg/Oberhub، مبنایی برای تصمیمگیری در مراحل طراحی، اجرا و بهینهسازی بهرهبرداری فراهم کرده است.
برای مشاوره و مدیریت مصرف انرژی پروژههای خود با ما در ارتباط باشید.
در صورت داشتن هرگونه سوال، با ما در تماس باشید …
