استفاده از منابع آب زیرزمینی به عنوان مخزن ذخیره انرژی

شکاف روز افزون بین عرضه و تقاضای انرژی و تخلیه سریع منابع برگشت ناپذیر سوختهای فسیلی و آثار مخرب زیست محیطی آنها عاملی برای توسعه منابع انرژی مکمل و جدید مانند منابع انرژی طبیعی(باد ، زمین و خورشید و ...) شده است. استفاده بهینه از این انرژیها مستلزم ذخیره آنهاست ویکی از بهترین راههای ذخیره انرژی حرارتی ذخیره آن در زیر زمین (under ground thermal energy storage ) است جایی که حجم زیادی موجود ولی نامریی است. یکی از پرکاربردترین و اقتصادی ترین روشهای ذخیره انرژی حرارتی در زیر زمین ، ذخیره در اکیفرها (aquifer thermal energy storage) می باشد. در این سیستم دو چاه جذبی در سفره آب زیرزمینی نفوذپذیر (اکیفر) حفر می شوند و برداشت و تزریق آب سرد و گرم از طریق این دو چاه انجام می شود. بدین صورت که آب گرم در فصل تابستان درون چاه گرم تزریق و درون اکیفر برای مدتی ذخیره می شود تا در فصل سرد به منظور گرمایش، برداشت و به کار گرفته شود. به منظور تحلیل عملکرد سیستم ذخیره زیرزمینی، حل عددی معادله حرارت سفره آب زیر زمینی با استفاده از معادلات حاکم بر محیط متخلخل مورد بررسی قرار گرفت. برای مدلسازی یک سیستم ساده ates ، اکیفری به ارتفاع h و دمای اولیه را در نظر گرفته که درون آن یک چاه جذبی به شعاع r حفر شده و آب با دمای که بزرگتر از دمای اولیه اکیفر است درون آن تزریق می شود. دو لایه نفوذ ناپذیر (خاک رس) در بالا و پایین، اکیفر را محدود کرده اند. معادلات پیوستگی و انرژی در مختصات استوانه ای را با استفاده از تقارن محوری ( ) در دو راستای شعاعی و عمودی نوشته و ضریب هدایت حرارتی اکیفر و ظرفیت حرارتی حجمی آن را تابعی از میزان تخلخل و مقادیر مربوط به آب و فاز جامد در نظر می گیریم. همچنین تاثیر دیسپرشن حرارتی در جهت شعاعی و عمودی روی ضریب هدایت حرارتی لحاظ می شود. محیط متخلخل همگن و ایزوتروپیک و جریان آرام فرض می شود. همچنین از اثر جابه جایی طبیعی و وابستگی دمایی پارامترهای ترموفیزیکی صرف نظر شده و فرض می شود در هر نقطه تعادل حرارتی بین آب و فاز جامد وجود دارد و مولفه عمودی سرعت صفر است (جریان شعاعی) . هدف به دست آوردن توزیع دمایی اکیفر برای اهداف فصلی یعنی بعد از گذشت 30، 60 و 90 روز از زمان شروع تزریق و یا برداشت می باشد. با حل عددی معادله حرارت برای دبی های مختلف و دماهای تزریق متفاوت ، نسبت آنتالپی ورودی (مرحله تزریق) به آنتالپی خروجی(مرحله برداشت) به عنوان راندمان حرارتی سیستم محاسبه گردیده و در نهایت بهترین راندمان سیستم با تغییر دبی و دمای نقطه تزریق و مدت زمان تزریق و برداشت ارایه می گردد. با به دست آوردن توزیع دمایی مشاهده می شود که دمای تزریق شده تاثیر چندانی بر راندمان حرارتی سیستم ندارد. همچنین با افزایش دبی و با کاهش اثر دیسپرشن حرارتی، راندمان حرارتی سیستم افزایش می یابد و برای تزریقهای دوره ای (مانند استفاده از انرژی خورشیدی در ساعاتی از شبانه روز و ذخیره آن در بقیه روز) راندمان بالاتر از تزریق به صورت متمادی و سپس ذخیره آن در اکیفر است.