Issiqlikni saqlash texnologiyasi: issiqlik energiyasidan kompleks foydalanish samaradorligini oshirish

Hozirgi vaqtda ko'plab energiyadan foydalanish tizimlarida energiya ta'minoti va talabning mos kelmasligi o'rtasida qarama-qarshilik mavjud bo'lib, natijada energiyadan asossiz foydalanish va katta miqdordagi chiqindilar paydo bo'ladi. Quyosh energiyasi va sanoat chiqindilarining issiqlik kabi energiya samaradorligi past bo'lib, bu nafaqat resurslarni isrof qiladi, balki atmosfera muhitiga ahamiyatsiz bo'lmagan issiqlik ifloslanishini ham keltirib chiqaradi.

Shu sababli, energiya konvertatsiyasi va undan foydalanishni yaxshilash mamlakatlar barqaror rivojlanish strategiyalarini amalga oshirish uchun ustuvor ahamiyatga ega bo'lishi kerak bo'lgan asosiy masalaga aylandi va issiqlik energiyasidan kompleks va samarali foydalanish uchun issiqlik saqlash texnologiyasini ishlab chiqish muhim ahamiyatga ega.

Ko'p resurslar mavjud

Quyosh energiyasi qayta tiklanadigan energiya manbalari orasida eng muhim asosiy energiya manbai hisoblanadi. Bu"tuganmas va bitmas" va keng tarqalgan va ifloslanishsiz. Bu iqtisodiy toza energiya. Quyosh sekundiga 391×1021 kVt energiya chiqarishi mumkin. Agar yer yuzasiga tarqaladigan energiya uning atigi 2,2 milliarddan bir qismini tashkil qilsa ham, bu dunyodagi energiya ishlab chiqarishdan 80 000 marta ko'pdir' mening mamlakatim quyosh energiyasiga nisbatan boy mamlakat. Mamlakat hududining uchdan ikki qismidan koʻprogʻida yillik quyosh radiatsiyasi 6 GJ·m2 dan ortiq va yillik quyosh nuri soati 2200 soatdan ortiq. Mening mamlakatimda yer yuzasi tomonidan olinadigan yillik quyosh nurlanish energiyasi 50×1019 kJ ni tashkil qiladi, bu 170 milliard tonna standart ko'mirga teng. Quyosh energiyasining bunday mo'l-ko'l resurslari mamlakatimizda quyosh energiyasi ishlab chiqarishni rivojlantirish va undan foydalanish uchun ham yaxshi sharoit yaratadi. Sanoat chiqindilarining issiqliklari asosan metallurgiya, qurilish materiallari va kimyo sanoati kabi tarmoqlardan keladi. 2010 yildagi statistik ma'lumotlar shuni ko'rsatdiki, sanoat chiqindilari issiqlik resurslari umumiy yoqilg'i issiqligining 67 foizini tashkil qiladi, ulardan tiklanish darajasi 60 foizga etdi. Biroq, mening mamlakatimda chiqindi issiqlik resurslaridan umumiy foydalanish darajasi past va yirik temir va po'lat korxonalarining chiqindi issiqlikdan foydalanish darajasi taxminan 30% ni tashkil qiladi. ~50%.

Mamlakatimda sanoat chiqindilaridan issiqlik resurslaridan foydalanish darajasini oshirish uchun imkoniyatlar ko‘p. Misol tariqasida metallurgiya sanoatini olaylik. 2010-yilda mamlakatimizda xom po‘lat ishlab chiqarish 627 million tonnani tashkil etdi. Ishlab chiqarilgan tutun gazida mavjud bo'lgan energiya 30 million tonna standart ko'mirga, ishlab chiqarilgan po'lat cürufining miqdori taxminan 280 million tonnaga, issiqlik energiyasi esa 10 million tonna standart ko'mirga teng edi. . Hozirgi vaqtda mahalliy temir va po'lat korxonalarida chiqindi gazining issiqlikdan foydalanish darajasi taxminan 30% ni tashkil qiladi va temir va po'lat shlakli chiqindilarning issiqlikdan foydalanish darajasi deyarli nolga teng. Agar chiqindi gazining issiqlikdan foydalanish darajasi 90% ga va po'lat shlakli chiqindi issiqlikdan foydalanish darajasi 60% ga oshirilishi mumkin bo'lsa, har yili 21,6 million tonna standart ko'mirni tejash mumkin, CO2 emissiyasini taxminan 50 millionga kamaytirish mumkin. tonna, 3,3 mlrd.kVt/soat elektr energiyasi ishlab chiqarish mumkin.

Ko'rinib turibdiki, chiqindi issiqlikni qayta ishlash mening mamlakatim'ning energiya strategiyasining asosiy talabi bo'lib, beqiyos iqtisodiy foyda keltiradi va mening mamlakatim'ning iqtisodiy rivojlanishi, ijtimoiy taraqqiyoti uchun katta ahamiyatga ega. , va milliy energiya xavfsizligi. Biroq, quyosh energiyasi yoki sanoat chiqindi issiqlik resurslari bo'ladimi, tegishli texnologiyalarni ilgari surish va qo'llashga jiddiy to'sqinlik qiladigan uzilishlar va beqarorlik muammolari mavjud.

O'rta va yuqori haroratli yashirin issiqlikni saqlash texnologiyasiga shoshilinch ehtiyoj

Issiqlik energiyasini saqlash texnologiyasidan foydalanish vaqt, intensivlik va makon bo'yicha issiqlik energiyasini etkazib berish va talab o'rtasidagi qarama-qarshilikni engillashtirishi mumkin va issiqlik energiyasi tizimlarining optimallashtirilgan ishlashi uchun muhim vositadir. Issiqlik saqlash asosan uchta shaklni o'z ichiga oladi: sezgir issiqlik saqlash, yashirin issiqlik saqlash va kimyoviy reaktsiya issiqlik saqlash.

Kimyoviy reaksiya issiqlik saqlashi murakkab tizimi, texnik qiyinligi va yomon ishlashi tufayli hali ham eksperimental tadqiqot bosqichida; oqilona issiqlik saqlash texnologiyasi keng qo'llanilgan bo'lsa-da, issiqlikni saqlash issiqlik saqlash materiallarining birlik hajmiga past issiqlik saqlash zichligi tufayli yuzaga keladi Ko'p miqdordagi materiallar katta hajmli issiqlik saqlash tizimini katta hajmli, jarayonda murakkab va yuqori narxga aylantiradi. .

Yashirin issiqlikni saqlash - bu issiqlikni saqlash va chiqarish uchun issiqlik saqlovchi materialning faza o'zgarishi jarayonida chiqarilgan yoki so'rilgan yashirin issiqlikdan foydalanish. Oqilona issiqlik saqlash texnologiyasi bilan solishtirganda, yashirin issiqlik saqlash birlik hajmiga katta issiqlik saqlash zichligi afzalliklariga ega va fazaga o'tish harorati oralig'ida ko'proq energiya assimilyatsiya qilish va chiqarishga ega va saqlash va chiqarish harorati oralig'i tor, bu foydalidir. zaryadlash va bo'shatish uchun termal jarayonning harorati barqaror.

Energiyani konvertatsiya qilish samaradorligini oshirish va xarajatlarni kamaytirish uchun quyosh energiyasidan foydalanish texnologiyasi yuqori ish haroratiga qarab harakat qilmoqda. Issiqlik energiyasini ishlab chiqarishning ish harorati 600 ° C dan oshdi va ko'p miqdorda sanoat chiqindi issiqlikning harorati ham juda yuqori (masalan, konvertor gazining harorati taxminan 1600 ° S).

Bularning barchasi zudlik bilan o'rta va yuqori haroratli yashirin issiqlik saqlash texnologiyalarini tadqiq qilish va ishlab chiqishni talab qiladi. Garchi uyda va chet elda ko'plab olimlar uzoq vaqt davomida materiallar va jarayonlar kabi turli darajadagi tadqiqotlar olib borishgan bo'lsa-da, hozirgacha barqaror ishlaydigan etuk o'rta va yuqori haroratli yashirin issiqlik saqlash tizimi mavjud emas.

Ko'pgina mahalliy va xorijiy tadqiqot bo'linmalari tomonidan ushbu sohada ko'p yillik chuqur izlanishlar olib borilgandan so'ng, mahalliy va xorijiy texnologiyalarni rivojlantirishning hozirgi holati va tendentsiyalari bilan birgalikda, o'rta va yuqori haroratli yashirin issiqlik saqlash texnologiyasi asosan quyidagilarga duch keladi, deb ishoniladi. muhim muammolar.

Birinchidan, yuqori issiqlik saqlash zichligi va kuchli issiqlik o'tkazuvchanligi kabi keng qamrovli xususiyatlarga ega o'rta va yuqori haroratli yashirin issiqlik saqlash materiallari etishmasligi mavjud. Yashirin issiqlik saqlash texnologiyasining asosi fazani o'zgartirish materiallari hisoblanadi. Hozirgi vaqtda kerosin mumi va gidratlangan tuz asosidagi past haroratli issiqlikni saqlaydigan materiallar (& lt;100 ° C) bo'yicha tadqiqotlar keng ko'lamli bo'lib, u qurilish va kiyim-kechak sohalarida ham qo'llanilmoqda. Biroq, o'rta va yuqori haroratli issiqlik saqlash materiallari, ayniqsa, erish nuqtasi>600 ° C bo'lgan yuqori haroratli fazali o'zgaruvchan issiqlik saqlash materiallari hali ham etishmayapti.

Ikkinchidan, o'rta va yuqori haroratli fazali issiqlikni saqlash materiallari asosan noorganik tuzlar va qotishmalardir. Bir tomondan, nomzod materiallarni tanlash materialning fazaviy o'tish jarayonining termodinamikasini va kinetik mexanizmlarini chuqur tushunishni talab qiladi. Boshqa tomondan, mikro tuzilmaning materiallarning issiqlik xususiyatlariga ta'sirini ikki jihatdan aniqlash kerak: issiqlik uzatishni kuchaytirish va issiqlikni samarali saqlash.

Bundan tashqari, suyuq-qattiq fazani o'zgartirish materiallarining inkapsulyatsiyasi va xizmat ko'rsatish jarayonida termal xususiyatlarning parchalanishi o'rta va yuqori haroratli fazalarni o'zgartirish materiallarini tadqiq qilishda ajralmas tarkibdir. Bu ko'pincha bunday materiallarni tadqiq qilish va ishlab chiqishda qiyinchilik tug'diradi. Yuqori samarali issiqlik saqlovchi materiallar ishlab chiqiladi

Uyda va xorijda ko'plab olimlar metallarni issiqlik saqlash materiallari sifatida o'rganishgan. 1980 yilda Birchenall va boshqalar. yer yuzida koʻp boʻlgan Al, Cu, Mg, Si va Zn dan tashkil topgan ikkilik va uchlamchi qotishmalarning termofizikaviy xossalarini oʻlchadi va tahlil qildi va fazaviy oʻtish harorati 780～850 K oraligʻida va Si ga boy ekanligini aniqladi. Yoki Al qotishmalari eng yuqori issiqlik saqlash zichligiga ega, keyin alyuminiy va silikon asosidagi qotishma fazasini o'zgartiradigan issiqlik saqlash materiallari keng qamrovli o'rganildi.

Noorganik tuz materiallari manbalarning keng doirasiga ega, katta faza o'zgarishi entalpiyasi qiymatlari va o'rtacha narxlarga ega va ayniqsa, o'rta va yuqori haroratli fazali o'zgarishlar issiqlik saqlash materiallari sifatida foydalanish uchun javob beradi. Tadqiqotchilar 450 ℃ dan yuqori haroratda erigan tuzning termofizik xususiyatlarini o'rganishdi va quyosh issiqlik energiyasini ishlab chiqarish sohasiga 220 ℃ dan 290 ℃ gacha bo'lgan harorat oralig'idagi noorganik evtektik tuzni qo'llashni kengaytirdilar va differentsial kabi sinovlardan o'tdilar. skanerlash kalorimetri. Usul, eritilgan tuzning termofizik xususiyatlari o'lchandi.

Bundan tashqari, faza o'zgarishidan oldin va keyin ko'plab erigan tuz tizimlarining hajm o'zgarishi tezligi 10% dan oshadi. Katta hajmdagi o'zgarish tezligi eritilgan tuz fazasini o'zgartirish materiallari tizimidagi bo'shliqlarni oshiradi, issiqlikni saqlash / chiqarish tezligiga ta'sir qiladi va issiqlikni saqlashni oshiradi. Tizim uskunasining dizayndagi qiyinligi issiqlikni saqlash samaradorligini pasaytiradi. Shu sababli, tadqiqotchilar eritilgan tuz fazasini o'zgartirish issiqlik saqlash materiallarining zanglamaydigan po'lat bilan mosligini o'rganishdi va natijalar zanglamaydigan po'latdan ko'pchilik eritilgan tuzlarga yaxshi korroziyaga qarshi ta'sirga ega ekanligini ko'rsatdi.

Shu bilan birga, uchlik alyuminiy asosidagi qotishma fazani o'zgartirish materiallarining tsikli ishlashi va konteynerlar bilan mosligi; ftoridli eritilgan tuzlarning kobalt, nikel va refrakter metall elementli qotishma po'latlar bilan mosligi; lityum gidroksidining strukturaviy qotishma materiallari bilan mosligi Boshqa jihatlarda ham olimlar tadqiqot o'tkazdilar.

O'rta va yuqori haroratli fazani o'zgartirish issiqlik saqlash materiallarini tadqiq qilishda ba'zi natijalarga erishilgan bo'lsa-da, metall va qotishma fazasini o'zgartirish materiallarining narxi yuqori va birlik massasiga issiqlik saqlash zichligi cheklangan. Bundan tashqari, metall qotishma fazasini o'zgartirish materiallarining kimyoviy faolligi faza o'zgarishidan keyin kuchliroqdir. , Kuchli yuqori haroratli korroziya uning o'rta va yuqori haroratli issiqlikni saqlash sohasida keng qo'llanilishini sezilarli darajada cheklaydi.

Fazali o'zgaruvchan issiqlik saqlash materiali sifatida eritilgan tuz katta faza o'zgarishi entalpiyasiga, yuqori issiqlik saqlash zichligiga va o'rtacha narxga ega. O'rta va yuqori haroratli issiqlikni saqlash dasturlari sohasida katta rivojlanish salohiyatiga ega. Shu bilan birga, eritilgan tuz zaif issiqlik o'tkazuvchanligiga ega va metall qotishma fazasini o'zgartirish materiallari bilan jiddiy yuqori haroratli korroziya muammolariga ega, bu hali ham uning miqyosda qo'llanilishini cheklaydigan muammodir.

Shu sababli, yuqori samarali issiqlik saqlash materiallari va ularni tayyorlash usullarini ishlab chiqish o'rta va yuqori haroratli issiqlik saqlash materiallarini tadqiq qilishda muqarrar tendentsiya va issiqlik saqlash texnologiyasini rivojlantirishning muqarrar usuli hisoblanadi.

Quyosh energiyasining tarqalishi, sanoat chiqindilarining issiqligi, katta energiya oralig'i va qayta tiklanadigan energiyaning intervalgacha tabiati o'rta va yuqori haroratli fazali o'zgarishlar issiqlik saqlash texnologiyasini talab qiladi.

Keng ko'lamli issiqlik saqlash texnologiyasini tadqiq qilish materialshunoslik, kimyo muhandisligi, mashinasozlik, issiqlik va massa almashinuvi va ko'p fazali oqimning kesishishini o'z ichiga oladi.

Yuqori samarali o'rta va yuqori haroratli fazali o'zgarishlar issiqlik saqlash materiallarini ishlab chiqish o'rta va yuqori haroratli issiqlikni saqlash, ayniqsa quyosh issiqlik energiyasini ishlab chiqarish, sanoat chiqindilarini issiqlikni qayta ishlash va boshqa sohalar uchun katta ahamiyatga ega.