مدلسازي عددي ذخيره‌سازي فصلي انرژي در اكيفر براي استفاده يك مجتمع مسكوني و بررسي اثرات اقتصادي و زيست محيطي

Numerical Modeling of an Aquifer Thermal Energy Storage(ATES) for Using in a Residential Complex and Investigation of Economic and Environmental Effects

اكيفرها (سفره­هاي آب زيرزميني) ساختارهاي متخلخلي هستند كه محتوي و انتقال­دهنده آب مي­باشند. فراواني و پراكندگي اين ساختارها آنها را براي ذخيره­ سازي انرژي جالب توجه مي ­نمايد؛ بويژه سفره­ هاي آب زيرزميني محبوس كه از بالا و پايين توسط لايه­ هاي نفوذ­ناپذير رسي محدود شده و از آب، اشباع مي­ باشند. يك اكيفر محبوس با سرعت آب زيرزميني بسيار پايين جهت تأمين نيازهاي سرمايشي و گرمايشي يك مجتمع مسكوني در تهران در نظر گرفته شده است. سه نوع بهره­برداري مختلف جهت استفاده از ذخيره­ سازي فصلي انرژي حرارتي در اكيفر براي تامين نياز گرمايشي و سرمايشي سالانه مجتمع بررسي شده است. اين موارد شامل استفاده تنها از ذخيره ­سازي انرژي در اكيفر براي سرمايش، تلفيق آن با كلكتورهاي خورشيدي جهت گرمايش و تلفيق آن با پمپ حرارتي جهت سرمايش و گرمايش بوده است. براي ارزيابي اقتصادي از روش ارزيابي چرخه عمر استفاده شده است. نرم افزار Ret Screen براي ارزيابي زيست­ محيطي بكار گرفته شده است. نتايج نشان دادند كه از بين بهره ­برداري­هاي مختلف، استفاده تنها از ذخيره ­سازي انرژي در اكيفر براي سرمايش داراي كمترين بازگشت سرمايه (2/41 سال) و كمترين ميزان هزينه چرخه عمر (16000 دلار) بوده است. همچنين تلفيق ذخيره­ سازي انرژي در اكيفر با پمپ حرارتي براي تأمين نياز سرمايشي و گرمايشي كمترين ميزان توليد گاز دي­ اكسيد كربن (359 تن در سال) را داشته است

The Aquifers are underground porous formations containing water. Confined aquifers are surrounded by impermeable layers on top and bottom, called cap rocks and bed rocks. These aquifers are suitable for seasonal thermal energy storage.A confined aquifer with a very low groundwater flow velocity was considered to meet the annual cooling and heating energy needs of a residential complex located in Tehran, Iran.Three different alternatives of aquifer thermal energy storage (ATES) were employed to meet the heating/cooling demands of the complex. These alternatives were: using ATES for cooling alone, employing flat plate solar energy collectors for heating alone and employing a heat pump for cooling and heating. For the economical evaluation of the alternatives, a life cycle cost analysis was employed. For the environmental evaluation, Ret Screen software was employed. For the three considered operational alternatives, using ATES for cooling alone had the minimum payback period time of 2.41 year and life cycle cost of $16000. In the environmental consideration of the three alternatives, coupling of ATES with heat pump for cooling and heating had the minimum of CO2 generation, corresponding to 359 tons/year.