Күннің Жылу Энергиясын Сақтау технологиясы

Қазақстан аумағында 1 шаршы жер бетіне, жылына түсетін күн инсоляциясы 1200-1700 кВтсағ-ты құрайды. Мұндай жоғарғы көрсеткіш жылыту және ыстық сумен қамтамасыз ету жүйелеріне арналған күн жылу станцияларын (КЖС) салуға мүмкіндік береді. КЖС тиімді салныған жағдайда, аталған күн энергиясының жоғарғы потенциалы ірі қалалардағы және шалғай елді мекендердегі жылыту және ыстық су жүйелеріне деген ішкі сұранысты 50-60% — ға дейін қанағаттандыруға мүмкіндік береді.  Дегенмен, КЖС-лары ауа райының тәуліктік және маусымдық өзгеруіне байланысты күннің жылу энергиясын үзілісті(тұрақты емес) түрде өндіреді және негізінен орталықтандырылмаған болып табылады. Өз кезегінде, орталықтандырылған жылумен және ыстық сумен қамтамасыз етудің қолданыстағы жүйелері тұрақты емес жылу энергиясын пайдалану мүмкіндігін көздемейді, себебеі көмір/газ  негізіндегі электр және жылу станциялары жылу энергиясын үздіксіз беру есебінен жылумен қамтамасыз етуге арналған. Ауа-райының тәуліктік және маусымдық өзгерісіне байланысты, КЖС-ларының күн энергиясын өндіру уақыты жылу энергиясына деген сұраныс уақытымен сәйкес келмейді. Сондықтан да, осы сәйкессіздікті жою мақсатында жылу энергиясын сақтауға арналған жаңа зияткерлік технологияларды дамыту қажеттігі туындайды.

2012 жылдан бастап әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық Университетінің механика-математика факультетінің жас зерттеушілер тобы күн энергиясын өндіру мен энергияға деген сұраныс арасындағы сәйкессіздік мәселесін шешуге мүмкіндік беретін күн жылу энергиясын түрлендіру және сақтау саласында зерттеулер жүргізіп келеді. Екі жыл ішінде олар тәуліктік және маусымдық күн жылу энергиясын тиімді сақтауға және жылуту және ыстық сумен қамтамасыз ету жүйелеріне берілетін жылу энергиясын орталықтандырылған түрде пайдалануға мүмкіндік беретін жылу жүйесін әзірледі. Зерттеу тобы аталған технологияны энергетикалық нарыққа енгізу мақсатында   Дүниежүзілік банктің «Өнімді инновацияларды ынталандыру»жобасы аясындағы гранттық қаржысын ұтып алды.

Зерттеу тобы, «GreenWell Mechanics» start-up компаниясының негізін қалай отырып, Алматы қаласының маңында Дүниежүзілік банктің гранттық қаражысына күн жылу энергиясын өндіру мен сақтаудың орталықтандырылған жүйесінің алғашқы пилоттық үлгісін жасады. Салынған пилоттық үлгі ауданы 240 м² офистік ғимаратты, күн жылу энергиясы есебінен, жылумен және ыстық сумен қамтамасыз етеді. Қазіргі уақытта компания өз клиенттерімен бірге өнердірістік салаларға арналған күн жылу энергиясын сақтаудың және тиімді қолданудың орталықтандырылған жүйесін әзірлеуде. «GreenWell Mechanics» компаниясы Қазақстан мен Орта Азиядағы күн энергиясын сақтау секторының иницияторы және қозғаушы күші болуын жалғастыруда.

Технологияның функционалдық мақсаты

САСТЭ технологиясы жер асты жылу сақтау аккумуляторында және қысқа мерзімді аккумуляторларда көп мөлшерде күннің жылу энергиясын сақтауға және жылу энергиясына деген сұраныс болған жағдайда, күн энергиясының тәуліктік және маусымдық өзгерісіне байланысты күн жылу энергиясын өндіру мен сұраныс уақыттыраының арасындағы сәйкессіздік мәселелерін жоя отырып ауа-райының өзгерістерінен тәуелсіз орталықтандырылған жүйе ретінде, пайдаланушы блогын жыл бойы жылумен және ыстық сумен қамтамасыз етуге арналған.

Техникалық нәтиже күн энергиясының орташа маусымдық пайдалану коэффициентін арттыру болып табылады , яғни жылуға және ыстық суға деген сұраныстың 70%- ын тегін, сарқылмайтын және таза күн энергиясы есебінен қамтамасыз ету.

Технологияның қысқаша сипаттамасы

КЖЭС технологиясы келесі құрамдас бөліктерден тұратын тұрады:

1. күн коллекторларының жүйесі (ККЖ);
2. көлемдік жылу сиымдылығы үлкен, фазасы алмасатын материалдар және қысқа мерзімді жылу сақтау аккумуляторы (ҚМЖСА);

• маусымдық жер асты жылу сақтау аккумуляторы(МЖСА) және U-тәрізді ұңғымалық жылу алмастырғыштар жүйесі;

1. қосымша жылу көзі (электрлік немесе газ негізіндегі тэн).

Жаз мезгілінде күн жылу энергиясы күн коллекторлар жүйесінің көмегімен (i), ҚМЖСА-ына жиналады (ii), бұдан әрі күн жылу энергиясы МЖСА-на (iii) U-тәрізді ұңғымалық жылу алмастырғыштар жүйесінің көмегімен сақталады (iv). U-тәрізді ұңғымалық жылу алмастырғыштар бір-бірімен МЖСА-ын ортасынан жиегіне қарай қыздырытындай етіп қосылған. Бойындағы жылуды жер астындағы топыраққа берген сұйықтық ҚМЖСА –на тұйық контур арқылы кері беріледі. Демек, МЖСА-ы ядросының температурасы ең жоғары температураға ие болады және жаз кезінде 70°С-ге дейін көтеріледі. Жылыту маусымы басталған уақытта ҚМЖСА-ындағы температураны 45°С ұстап тұру үшін U-тәрізді ұңғымалық алмастырғыштар көмегімен жылу МЖСА-ынан кері  алынады. Бұл жағдайда жылу МЖСА-ның жиегінен бастап жинала бастайды және ортасына жеткенде керекті температураға қол жеткізіледі. Жылдың күн инсолясиясы көп түсетін мезгілде ҚМЖСА-ындағы температура қосымша жылу көздерінсіз 90°С-105°С дейін көтеріледі. Жүйенің циклдық қосылуының артықшылығы жылу тасымалдағыш сұйықтықтың тұйық контур бойымен тасмалдануы болып табылады. Мұндай тасмалдану түрі тұтынушыларға жылыту және ыстық сумен қамтамасыз ету жүйелерінде қақтың түзілуін болдырмау үшін сүзу және дезинфекциялау құралдарын орнату қажеттілігін тудырмайды.