Termal Saqlash San'ati: Barqaror Kelajak Uchun Energiyani Ishga Solish

Energiya talablarining ortib borayotgan va ekologik muammolar dolzarb bo'lib turgan bir davrda barqaror energiya yechimlarini izlash hech qachon bunchalik muhim bo'lmagan. O'rganilayotgan turli strategiyalar orasida termal energiya saqlash (TES) texnologiyasi energiyani boshqarish va undan foydalanish usullarimizni inqilob qilish potentsialiga ega istiqbolli texnologiya sifatida ajralib turadi. Ushbu keng qamrovli qo'llanma TES tamoyillari, texnologiyalari, qo'llanilishi va afzalliklarini chuqur o'rganib, yanada barqaror kelajakni qurishdagi uning rolini global nuqtai nazardan taqdim etadi.

Termal Energiya Saqlash (TES) nima?

Termal energiya saqlash (TES) – bu termal energiyani (issiqlik yoki sovuqlikni) keyinchalik foydalanish uchun saqlash imkonini beruvchi texnologiya. U energiya ta'minoti va talabi o'rtasidagi bo'shliqni to'ldirib, energiyani talab past yoki mavjudlik yuqori bo'lgan davrlarda (masalan, kunduzi quyosh energiyasidan) saqlashga va talab yuqori yoki mavjudlik past bo'lganda uni chiqarishga imkon beradi. Ushbu vaqtinchalik ajratish energiya samaradorligini sezilarli darajada oshirishi, xarajatlarni kamaytirishi va qayta tiklanuvchi energiya manbalarining integratsiyasini kuchaytirishi mumkin.

Aslida, TES tizimlari termal energiyani saqlash muhitiga o'tkazish orqali ishlaydi. Bu muhit suv, muz, toshlar, tuproq yoki maxsus faza o'zgaruvchan materiallar (FOM) kabi turli xil materiallar bo'lishi mumkin. Saqlash muhitini tanlash muayyan qo'llanilishga, harorat oralig'iga va saqlash muddatiga bog'liq.

Termal Energiya Saqlash Texnologiyalarining Turlari

TES texnologiyalari ishlatiladigan saqlash muhiti va usuliga qarab keng tasniflanishi mumkin:

Sezgir Issiqlik Saqlash

Sezgir issiqlik saqlash energiyani saqlash muhitining fazasini o'zgartirmasdan uning haroratini oshirish yoki pasaytirish orqali saqlashni o'z ichiga oladi. Saqlangan energiya miqdori harorat o'zgarishiga va saqlash materialining solishtirma issiqlik sig'imiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Keng tarqalgan sezgir issiqlik saqlash materiallariga quyidagilar kiradi:

Suv: Yuqori solishtirma issiqlik sig'imi va mavjudligi tufayli keng qo'llaniladi. Isitish va sovutish uchun ham mos keladi. Misollar orasida maishiy foydalanish uchun issiq suv saqlash va markazlashtirilgan sovutish uchun sovitilgan suv saqlash mavjud.
Toshlar/Tuproq: Katta miqyosli saqlash uchun tejamkor. Ko'pincha yer osti termal energiya saqlash (YOTES) tizimlarida ishlatiladi.
Yog'lar: Konsentratsiyalangan quyosh elektr stansiyalari (KQES) kabi yuqori haroratli dasturlarda qo'llaniladi.

Yashirin Issiqlik Saqlash

Yashirin issiqlik saqlash energiyani saqlash uchun faza o'zgarishi (masalan, erish, muzlash, qaynash, kondensatsiya) paytida yutilgan yoki chiqarilgan issiqlikdan foydalanadi. Bu usul sezgir issiqlik saqlashga qaraganda yuqori energiya saqlash zichligini taklif qiladi, chunki faza o'tish paytida doimiy haroratda katta miqdorda energiya yutiladi yoki chiqariladi. Yashirin issiqlik saqlash uchun eng ko'p ishlatiladigan materiallar Faza O'zgaruvchan Materiallar (FOM) hisoblanadi.

Faza O'zgaruvchan Materiallar (FOM): FOM - bu faza o'zgartirganda issiqlikni yutadigan yoki chiqaradigan moddalar. Misollar:

Muz: Sovutish dasturlarida, ayniqsa konditsioner tizimlarida keng qo'llaniladi. Muz saqlash tizimlari tig'iz bo'lmagan soatlarda suvni muzlatadi va tig'iz soatlarda sovutishni ta'minlash uchun uni eritadi.
Tuz Gidratlari: Turli erish haroratlarini taklif qiladi va turli xil isitish va sovutish dasturlari uchun mos keladi.
Parafinlar: Yaxshi termal xususiyatlarga va barqarorlikka ega bo'lgan organik FOMlar.
Evtektik Aralashmalar: Doimiy haroratda eriydigan yoki muzlaydigan ikki yoki undan ortiq moddalarning aralashmalari, moslashtirilgan faza o'zgarish haroratini ta'minlaydi.

Termokimyoviy Saqlash

Termokimyoviy saqlash energiyani qaytar kimyoviy reaksiyalar orqali saqlashni o'z ichiga oladi. Bu usul eng yuqori energiya saqlash zichligini va minimal energiya yo'qotishlari bilan uzoq muddatli saqlash potentsialini taklif etadi. Biroq, termokimyoviy saqlash texnologiyalari odatda sezgir va yashirin issiqlik saqlashga qaraganda murakkabroq va qimmatroqdir.

Termokimyoviy saqlash materiallariga misol qilib metall gidridlari, metall oksidlari va kimyoviy tuzlarni keltirish mumkin.

Termal Energiya Saqlashning Qo'llanilishi

TES texnologiyalari quyidagi kabi keng ko'lamli sohalarda qo'llaniladi:

Binolarni Isitish va Sovutish

TES tizimlari energiya samaradorligini oshirish va tig'iz talabni kamaytirish uchun binolarning HVAC tizimlariga integratsiya qilinishi mumkin. Misollar:

Muz Saqlashli Konditsionerlash: Tig'iz bo'lmagan soatlarda (masalan, kechasi elektr narxi past bo'lganda) suvni muzga aylantirish va tig'iz soatlarda (masalan, kunduzi sovutishga talab yuqori bo'lganda) sovutishni ta'minlash uchun muzni eritish. Bu elektr tarmog'idagi yukni kamaytiradi va energiya xarajatlarini pasaytiradi. Dunyo bo'ylab ofislar, shifoxonalar va savdo markazlari kabi tijorat binolarida keng qo'llaniladi. Misol: Yaponiyaning Tokio shahridagi yirik ofis majmuasi yozning issiq oylarida elektr energiyasining eng yuqori iste'molini kamaytirish uchun muz saqlashdan foydalanadi.
Sovitilgan Suv Saqlash: Tig'iz bo'lmagan soatlarda ishlab chiqarilgan sovitilgan suvni tig'iz sovutish davrlarida foydalanish uchun saqlash. Bu muz saqlashga o'xshaydi, lekin faza o'zgarishisiz.
Issiq Suv Saqlash: Quyosh termal kollektorlari yoki boshqa issiqlik manbalari tomonidan ishlab chiqarilgan issiq suvni keyinchalik isitish yoki maishiy issiq suv ta'minoti uchun saqlash. Odatda turar-joy binolari va markazlashtirilgan isitish tizimlarida qo'llaniladi. Misol: Quyosh nurlanishi yuqori bo'lgan Gretsiya va Ispaniya kabi O'rta yer dengizi mamlakatlarida termal saqlash idishlari bo'lgan quyoshli issiq suv tizimlari keng tarqalgan.
FOM bilan Kuchaytirilgan Qurilish Materiallari: Termal inertlikni yaxshilash va harorat o'zgarishini kamaytirish uchun FOMlarni devorlar, tomlar va pollar kabi qurilish materiallariga qo'shish. Bu termal qulaylikni oshiradi va isitish va sovutish yuklarini kamaytiradi. Misol: Germaniyadagi binolarda termal ko'rsatkichlarni yaxshilash va energiya sarfini kamaytirish uchun FOM bilan kuchaytirilgan gipsokarton plitalari ishlatiladi.

Markazlashtirilgan Isitish va Sovutish

TES bir nechta binolarga yoki butun jamoalarga markazlashtirilgan isitish va sovutish xizmatlarini ko'rsatadigan markazlashtirilgan isitish va sovutish (DHC) tizimlarida muhim rol o'ynaydi. TES DHC tizimlarining samaraliroq ishlashiga, qayta tiklanuvchi energiya manbalarini integratsiya qilishga va tig'iz talabni kamaytirishga imkon beradi. Misollar:

Yer Osti Termal Energiya Saqlash (YOTES): Termal energiyani yer osti suvli qatlamlarida yoki geologik tuzilmalarda saqlash. YOTES issiqlik yoki sovuqlikni mavsumiy saqlash uchun ishlatilishi mumkin, bu esa yoz oylarida ortiqcha issiqlikni ushlab qolish va uni qish oylarida chiqarish yoki aksincha imkonini beradi. Misol: Kanadaning Okotoks shahridagi Drake Landing Quyosh Jamiyati quyosh termal energiyasidan foydalangan holda yil davomida isitishni ta'minlash uchun quduq termal energiya saqlash (BTES) dan foydalanadi.
Katta Hajmli Suv Idishlari: Markazlashtirilgan isitish yoki sovutish tarmoqlari uchun issiq yoki sovitilgan suvni saqlash uchun katta izolyatsiyalangan suv idishlaridan foydalanish. Misol: Daniya va Shvetsiya kabi ko'plab Skandinaviya mamlakatlari o'zlarining markazlashtirilgan isitish tizimlarida issiqlik va elektr energiyasini birgalikda ishlab chiqaruvchi stansiyalar (CHP) va sanoat jarayonlaridan olingan ortiqcha issiqlikni saqlash uchun katta hajmli issiq suv saqlash idishlaridan foydalanadilar.

Sanoat Jarayonlarini Isitish va Sovutish

TES isitish yoki sovutishni talab qiladigan sanoat jarayonlarining samaradorligini oshirish uchun ishlatilishi mumkin. Misollar:

Chiqindi Issiqlikni Qayta Ishlash: Sanoat jarayonlaridan chiqqan chiqindi issiqlikni ushlab qolish va uni keyinchalik boshqa jarayonlarda yoki binolarni isitish uchun saqlash. Misol: Janubiy Koreyadagi po'lat ishlab chiqarish zavodi o'z pechlaridan chiqindi issiqlikni ushlab qolish va uni materiallarni oldindan isitish uchun ishlatish uchun termal saqlash tizimidan foydalanadi, bu esa energiya sarfini va chiqindilarni kamaytiradi.
Tig'iz Yukni Kamaytirish: Tig'iz bo'lmagan soatlarda termal energiyani saqlash va uni tig'iz soatlarda elektr talabini va xarajatlarni kamaytirish uchun ishlatish. Misol: Avstraliyadagi oziq-ovqat mahsulotlarini qayta ishlash zavodi sovutgich uchun elektr energiyasiga bo'lgan eng yuqori talabni kamaytirish uchun muz saqlash tizimidan foydalanadi.

Qayta Tiklanuvchi Energiya Integratsiyasi

TES quyosh va shamol energiyasi kabi uzlukli qayta tiklanuvchi energiya manbalarini energiya tarmog'iga integratsiya qilish uchun zarurdir. TES qayta tiklanuvchi energiya ishlab chiqarish yuqori bo'lgan davrlarda hosil bo'lgan ortiqcha energiyani saqlashi va ishlab chiqarish past bo'lganda uni chiqarishi mumkin, bu esa yanada ishonchli va barqaror energiya ta'minotini ta'minlaydi. Misollar:

Konsentratsiyalangan Quyosh Elektr Stansiyalari (KQES): Quyosh kollektorlari tomonidan ishlab chiqarilgan termal energiyani saqlash uchun erigan tuz yoki boshqa yuqori haroratli saqlash materiallaridan foydalanish. Bu KQES stansiyalariga quyosh porlamayotgan paytda ham elektr energiyasi ishlab chiqarish imkonini beradi. Misol: Marokashdagi Noor Ouarzazate quyosh elektr stansiyasi kuniga 24 soat elektr energiyasi bilan ta'minlash uchun erigan tuzli termal saqlashdan foydalanadi.
Shamol Energiyasini Saqlash: Shamol turbinalari tomonidan ishlab chiqarilgan ortiqcha elektr energiyasini saqlash uchun TESdan foydalanish. Bu energiya keyinchalik suv yoki havoni isitish uchun ishlatilishi yoki termal dvigatel yordamida qayta elektr energiyasiga aylantirilishi mumkin. Misol: Germaniya va Daniyada bir nechta tadqiqot loyihalari shamol turbinalari bilan birgalikda TESdan foydalanishni o'rganmoqda.

Termal Energiya Saqlashning Afzalliklari

TES texnologiyalarini joriy etish iqtisodiy, ekologik va ijtimoiy sohalarni qamrab olgan ko'plab afzalliklarni taqdim etadi:

Energiya Xarajatlarining Kamayishi: Energiya iste'molini tig'iz soatlardan tig'iz bo'lmagan soatlarga o'tkazish orqali TES energiya xarajatlarini sezilarli darajada kamaytirishi mumkin, ayniqsa vaqtga bog'liq elektr narxlari mavjud bo'lgan hududlarda.
Energiya Samaradorligining Oshishi: TES chiqindi issiqlik yoki ortiqcha energiyani ushlab qolish va saqlash orqali energiya sarfini optimallashtiradi, energiya yo'qotishlarini minimallashtiradi va mavjud resurslardan maksimal darajada foydalanishni ta'minlaydi.
Tarmoq Barqarorligining Yaxshilanishi: TES energiya ta'minoti va talabi o'rtasida bufer yaratib, elektr tarmog'ini barqarorlashtirishga yordam beradi, tig'iz quvvat stansiyalariga bo'lgan ehtiyojni kamaytiradi va elektr uzilishlari xavfini minimallashtiradi.
Qayta Tiklanuvchi Energiyaning Integratsiyasi: TES quyosh va shamol energiyasi kabi uzlukli qayta tiklanuvchi energiya manbalarining integratsiyasini osonlashtiradi, ortiqcha energiyani saqlaydi va kerak bo'lganda uni chiqaradi, bu esa yanada ishonchli va barqaror energiya ta'minotini ta'minlaydi.
Issiqxona Gazlari Chiqindilarining Kamayishi: Energiya samaradorligini oshirish va qayta tiklanuvchi energiyaning integratsiyasini ta'minlash orqali TES issiqxona gazlari chiqindilarini kamaytirishga va iqlim o'zgarishini yumshatishga hissa qo'shadi.
Energiya Xavfsizligining Oshishi: TES qazib olinadigan yoqilg'iga bog'liqlikni kamaytirish va energiya manbalarini diversifikatsiya qilish orqali energiya xavfsizligini oshiradi.
Tig'iz Yukni Siljitish: TES elektr energiyasiga bo'lgan eng yuqori talabni siljitib, tarmoqdagi stressni kamaytiradi.

Muammolar va Imkoniyatlar

Ko'p sonli afzalliklariga qaramay, TES texnologiyalarining keng tarqalishi bir nechta muammolarga duch kelmoqda:

Yuqori Boshlang'ich Xarajatlar: TES tizimlari uchun boshlang'ich investitsiya xarajatlari nisbatan yuqori bo'lishi mumkin, bu esa ba'zi dasturlar uchun to'siq bo'lishi mumkin.
Joy Talablari: TES tizimlari, ayniqsa katta hajmli saqlash idishlari yoki YOTES tizimlari, sezilarli joy talab qiladi.
Ishlashning Yomonlashuvi: Ba'zi TES materiallari, masalan, FOMlar, takroriy faza o'zgarishlari tufayli vaqt o'tishi bilan ishlash samaradorligining pasayishiga duch kelishi mumkin.
Termal Yo'qotishlar: Saqlash idishlari va quvurlardan issiqlik yo'qotishlari TES tizimlarining umumiy samaradorligini kamaytirishi mumkin.

Biroq, TES texnologiyalarini yanada rivojlantirish va joriy etish uchun muhim imkoniyatlar ham mavjud:

Texnologik Yutuqlar: Davom etayotgan tadqiqot va ishlanmalar TES materiallari va tizimlarining ishlashini yaxshilash, xarajatlarni kamaytirish va xizmat muddatini uzaytirishga qaratilgan.
Siyosiy Qo'llab-quvvatlash: Soliq imtiyozlari, subsidiyalar va qoidalar kabi davlat siyosati va rag'batlantirishlari TES texnologiyalarini joriy etishni rag'batlantirishda muhim rol o'ynashi mumkin.
Tarmoqni Modernizatsiya qilish: Elektr tarmog'ini modernizatsiya qilish, shu jumladan aqlli tarmoqlar va ilg'or o'lchov infratuzilmasini joriy etish, TES va boshqa taqsimlangan energiya resurslarining integratsiyasini osonlashtirishi mumkin.
Xabardorlikni Oshirish: Iste'molchilar, korxonalar va siyosatchilar o'rtasida TESning afzalliklari to'g'risida xabardorlikni oshirish talabni oshirishi va uning joriy etilishini tezlashtirishi mumkin.

Termal Energiya Saqlashni Amalga Oshirishning Global Misollari

TES texnologiyalari butun dunyo bo'ylab turli mamlakatlar va mintaqalarda amalga oshirilmoqda, bu ularning ko'p qirraliligi va moslashuvchanligini namoyish etadi.

Daniya: Daniya markazlashtirilgan isitish bo'yicha yetakchi bo'lib, qayta tiklanuvchi energiya manbalarini integratsiya qilish va tizim samaradorligini oshirish uchun katta hajmli issiq suv saqlash idishlaridan keng foydalanadi. Ko'pgina shaharlar termal saqlash uchun dengiz suvidan foydalanadi.
Germaniya: Germaniya energiya samaradorligini oshirish va isitish va sovutish yuklarini kamaytirish uchun FOM bilan kuchaytirilgan qurilish materiallarini faol ravishda tadqiq qilmoqda va rivojlantirmoqda.
Kanada: Kanadaning Okotoks shahridagi Drake Landing Quyosh Jamiyati quyosh termal energiyasini mavsumiy saqlash uchun quduq termal energiya saqlash (BTES) samaradorligini namoyish etadi.
Marokash: Marokashdagi Noor Ouarzazate quyosh elektr stansiyasi kuniga 24 soat elektr energiyasi bilan ta'minlash uchun erigan tuzli termal saqlashdan foydalanadi.
Yaponiya: Yaponiya tijorat binolarida elektr energiyasiga bo'lgan eng yuqori talabni kamaytirish uchun muz saqlashli konditsioner tizimlarini keng joriy qilgan.
Qo'shma Shtatlar: AQShdagi ko'plab universitetlar va shifoxonalar sovutish uchun elektr energiyasining eng yuqori iste'molini kamaytirish uchun sovitilgan suv saqlashdan foydalanadilar.
Avstraliya: Avstraliyadagi ba'zi oziq-ovqat mahsulotlarini qayta ishlash zavodlari va ma'lumotlar markazlari sovutgich va sovutish uchun elektr energiyasiga bo'lgan eng yuqori talabni kamaytirish uchun termal saqlashdan foydalanadilar.
Xitoy: Xitoy o'sib borayotgan energiya talablarini qondirish va havo sifatini yaxshilash uchun YOTES tizimlarini va FOM bilan kuchaytirilgan qurilish materiallarini faol ravishda joriy etmoqda.

Termal Energiya Saqlashning Kelajagi

Termal energiya saqlash global energiya landshaftida tobora muhim rol o'ynashga tayyor. Energiya talablari o'sishda davom etar ekan va barqaror energiya yechimlariga bo'lgan ehtiyoj yanada dolzarb bo'lib borar ekan, TES energiya samaradorligini oshirish, xarajatlarni kamaytirish va qayta tiklanuvchi energiya manbalarini integratsiya qilish uchun jozibador yo'lni taklif etadi. Davom etayotgan tadqiqot va ishlanmalar TES texnologiyalarining ishlashini yaxshilash, xarajatlarni kamaytirish va qo'llanilishini kengaytirishga qaratilgan. Uzluksiz innovatsiyalar va siyosiy qo'llab-quvvatlash bilan TES energiyani boshqarish va undan foydalanish usulimizni o'zgartirish potentsialiga ega bo'lib, yanada barqaror va chidamli kelajakka yo'l ochadi.

Xulosa

Termal saqlash san'ati uning energiya ta'minoti va talabi o'rtasidagi bo'shliqni to'ldirish qobiliyatida yotadi, bu energiya samaradorligini oshirish, qayta tiklanuvchi energiya manbalarini integratsiya qilish va qazib olinadigan yoqilg'iga bo'lgan ishonchimizni kamaytirish uchun kuchli vositani taklif etadi. Binolarni isitish va sovutishdan tortib markazlashtirilgan energiya tizimlari va sanoat jarayonlarigacha, TES texnologiyalari keng ko'lamli sohalarda energiyani boshqarish va undan foydalanish usulimizni o'zgartirmoqda. Biz yanada barqaror kelajak sari harakat qilar ekanmiz, termal energiya saqlash, shubhasiz, kelajak avlodlar uchun toza, chidamliroq va samaraliroq energiya tizimini shakllantirishda hal qiluvchi rol o'ynaydi. TESni qabul qilish shunchaki tanlov emas; bu barqaror sayyora uchun zaruratdir.