Demax күн энергиясын пайдаланатын жылу алмасу жүйелерінде қандай жылу алмасу сұйықтықтары қолданылады?

Demax күн энергиясын пайдаланатын жылу алмасу жүйелері үшін негізгі жылу алмасу сұйықтықтарының опциялары

Су: төмен температурада жұмыс істейтін, қысымды Demax орнатулары үшін ең жақсы шешім

100 градус Цельсийден төмен температурада жұмыс істейтін күн энергиясын жылуға айналдыру қолданбалары үшін су – жылу тасымалдаушы сұйықтық ретінде қолжетімді, экономикалық және тиімді нұсқалардың бірі болып табылады. Судың артықшылықтары оның салыстырмалы түрде жоғары меншікті жылу сыйымдылығынан (шамамен 4,18 кДж/кг·К) туындайды, сонымен қатар оның сорғылау үшін аз қуат қажет болады. Қысымды Demax жүйесімен салқындату кезінде су идеалды болып табылады, себебі ол қайнауға түспейді, қауіпсіз және экологиялық таза. Алайда су 0 градус Цельсийде қатады, сондықтан бұл жүйелер тек тоңған жерлерде ғана жұмыс істейді. Жүйелер қысқы жағдайлар салдарынан қату қаупіне ұшыраған кезде техниктер зақымдануды болдырмау үшін суды толығымен төгіп тастауы керек. Континенттік және жерорта теңізінің климатындағы үйлердегі көрсеткіштерге сүйене отырып, 2023 жылы ESTIF (Еуропалық күн энергиясын жылуға айналдыру өнеркәсібі федерациясы) суды негізге алған жүйелердің маусымдық пайдалы әсер коэффициенті шамамен 60% құрайтынын дәлелдеді.

Қауіпсіздік пен қатуға қарсы шараларға бағытталған шешімдер

Қорғаныс қабатын құру үшін пропилен гликоль мен су қоспалары көптеген перспективаларға ие. Олар минус 30 градус Цельсийге дейін жұмыс істей береді және этилен гликольді қолданатын басқа нұсқаларға қарағанда азырақ қауіпті, сонымен қатар сіңіп кеткен кезде қауіпті болуы мүмкін. Бұл қоспалар сутызбайтын болат пен кейбір басқа пластиктерді қолданып жасалған жүйелерде коррозияны да тоқтатады. Кемшілігі — пропилен гликоль/су қоспалары 20 градус Цельсий температурада судың құрамынан 30–50 пайызға қойыңғы болады, сондықтан сораптар әлдеқайда көп жұмыс істеуі керек. Дегенмен, олар төмен температураны өте жақсы төтеп беретіндіктен, Солтүстік Америка мен Солтүстік Еуропаның көпшілік аймақтарында жылу алмасу сұйықтығы ретінде негізгі таңдау болып табылады. Соңғы кездері өндірушілер сұйықтықтардың ыдырауының жылдамдығын төмендететін нақты лицензияланған химиялық заттарды сұйықтыққа қосу арқылы жақсартуға қол жеткізді. Сұйықтықтар өнеркәсіптік стандарттарға сай жабық циклды Demax жүйелерінде сынақтан өткен кезде олардың қызмет ету мерзімі 5–7 жыл деп бағаланады.

Жылуға төзімді силиконды сұйықтықтар мен ауа: Қысымы жоқ және жоғары температурада жұмыс істейтін күн энергиясын қолданатын жылулық қолданыстардағы арнайы қолданыстар

Жылу алмасуы үшін арналған силиконды сұйықтықтар — 200–400 °C аралығындағы жоғары температурада жұмыс істейтін, қысымы жоқ ашық циклды концентрленген күн энергиясын қолданатын жылулық жүйелерде ұзақ уақыт бойы жұмыс істеуге қабілетті жалғыз сұйықтықтар. Силиконды сұйықтықтар сонымен қатар концентрленген күн энергиясын қолданатын жылулық жүйелерде жоғары температура диапазонында қолдану үшін қажетті жылу алмасу қабілетіне ие. Дегенмен, жылу алмасуы үшін арналған сұйықтықтар ауа жұмыс істейтін жүйелерде қолданылмайды. Ауа ашық циклды жүйелермен бірге қысымы жоқ күн энергиясын қолданатын жылулық жүйелерде жұмыс істеу сенімділігін және қызмет көрсетудің оңайлығын қамтамасыз етеді. Бұл арнайы сұйықтықтардың (тіпті оптимизацияланған болса да) комбинациясы күн энергиясын қолданатын жылулық орнатулардың глобалды жалпы көлемінің 15 пайызынан аз.

Бұл сан Халықаралық Энергетикалық Агенттігінің 2024 жылғы SolarPACES инициативасы бойынша ең соңғы нарықтық талдаудан алынған.

Күн энергиясын жылу арқылы беру сұйықтарын таңдау критерийлері

Жылулық тұрақтылық және ыдырауға төзімділік

Жылу беру сұйықтықтары (ЖБС) күн энергиясын пайдаланатын жылулық қолданыста ұзақ мерзімге дейін химиялық тұрақты болуы керек, себебі кейбір жағдайларда олар ұзақ уақыт бойы (жылдар бойы да) шамамен 200 градус Цельсий температурасында болуы мүмкін. Сұйықтықтар химиялық тұрақсыз болса, бұл жалпы жүйеге теріс әсер етеді, соның ішінде жылулық өнімділіктің төмендеуі де болады. Құжатталған кейбір жағдайларда сұйықтықтардың жылулық өнімділігі бес жыл ішінде 22%-ға төмендеген. Бұл негізінен сұйықтықтың тотығуы мен одан кейінгі шаң-тозаң түзілуіне байланысты вязистіктің артуына байланысты болады. Мұндай жағдайлар сондай-ақ қызмет көрсетудің көбеюіне және жылу алмастырғыштың өнімділігінің төмендеуіне әкеледі. Тотығу ингибиторлары аталған мәселелердің біразын жеңілдетуі мүмкін, бірақ уақыт өте келе сұйықтықтың жүйе материалдарымен сәйкестігіне көбірек назар аудару қажет. Жүйе материалдары — мыс пен алюминий, сонымен қатар кейбір клапандардың резеңке салынған орындары — уақыт өте келе сұйықтықпен әртүрлі химиялық реакцияларға ұшырайды. Дербес айтқанда, қысымды Demax жүйелерінде тұрақты сұйықтықтармен салыстырғанда тұрақсыз сұйықтықтармен коррозия жылдамдығы шамамен 30% жоғары болады деп бағаланады.

Бұл түрдегі тозу және ыдырау тек қана жабдықтардың қызмет көрсету мерзімін қысқартпайды. Сонымен қатар, ол ұзақ мерзімді тұрғыдан алғанда жабдықтардың техникалық қызмет көрсету бюджетін маңызды деңгейде арттырады.

Солардың жылу нарығында Солтүстік Америка мен Еуропадағы климаттық белдеулер бойынша сұйықтық таңдау

Сұйықтық таңдауын орнату аймағындағы климаттың шеткі мәндеріне қатысты қатаң түрде сақтау қажет.

1. Скандинавия елдері мен Орталық Еуропа: –30°C-қа дейінгі температурадан қорғау қамтамасыз етілуі тиіс. Осы мақсатта су мен пропилен гликолінің 50:50 қатынасындағы қоспасы суға қарағанда жылу беру тиімділігінің 85%-дан астамын сақтайтын, сондықтан суық аймақтарда Demax орнатулары үшін де-факто стандарт болып табылады.

2. Жерорта теңізі аймағы мен АҚШ-тың оңтүстік-батысы: Тұрақтану температуралары әдетте 300°C-тан жоғары болады. Сондықтан тұрақтану температуралары жоғары температурада тұрақтылық пен төмен булану қысымын қамтамасыз етуі керек. Осы жағынан силикондар гликолдардан тәжірибеде жоғарылаған жұмыс температураларында булану қысымы 40% төмен болғандықтан, гликолдарға қарағанда жоғары өнімділік көрсетеді; бұл қысымды босату құрылғыларының іске қосылу жиілігін азайтады және сондықтан сұйықтың шығынын төмендетеді.

3. Гибридті климатқа мысал ретінде АҚШ-тың солтүстік-шығысы: Екі деңгейлі қорғаныс дизайні қажет. Соңғы ұрпақ көмірсутекті көпіршіктері –25°C төмен температурада сорғыланатын күйде қалуы мен 290°C-қа дейінгі температурада жылулық ыдырауға төзімділігін қамтамасыз етеді. Бұл жыл сайынғы қауіпсіздікті қамтамасыз етеді және әрі тиімділіктің төмендеуіне әкелмейді.

Олардың қолданылуы тұтқырлықты 12–15% арттырады, бұл сорғылау күшінің артуына және сорғы цилиндірінің диаметрінің ұлғаюына әкеледі; температураға тұрақты сұйықтықтардың қолданылуына бағытталған тенденция байқалады, мәселен олар қосымша қауіпсіздік шектеулерін тудырса да.

Күн энергиясын қолданатын жылулық қолданыстағы пайдалы әсер коэффициенті, қауіпсіздік және жүйенің сыйымдылығы бойынша салыстырмалы сипаттамасы

Нақты жылу сыйымдылығы, тұтқырлығы және сорғылау энергиясына байланысты термофизикалық компромисстік шешімдер күн энергиясын қолданатын жылулық өнімділігіне қатысты ағыс параметрлері бойынша

Әрбір сұйықтың жалпы жылулық сипаттамасы осы сұйықтың үш физико-химиялық сипаттамасына қатысты талданған: сұйықтың жылулық энергияны сақтау қабілеті (меншікті жылу сыйымдылығы), сұйықтың қалыңдығы (тұтқырлығы) және сұйықтың жылулық ыдырауы (жылулық тұрақтылығы). Су – өте жақсы жылулық энергияны сіңіретін зат (меншікті жылу сыйымдылығы шамамен 4,18 кДж/кг·К). Алайда, бұл жүйелерде суды пайдаланған кезде проблемалар туындайды, себебі температура қату нүктесінің төменіне түсуі мүмкін. Осы жағдайларда гликоль қоспаларын қолдану қажет болады, бірақ бұл сұйықтар судың тұтқырлығынан 30–50 % асады. Бұл қосымша тұтқырлық кедергісі сораптарға көбірек жұмыс істеуге мәжбүр етеді, нәтижесінде үлкен өнеркәсіптік жүйелерде энергия тұтынуы 15–30 % артады, бұл жиналған күн энергиясының жалпы көлемін азайтады. Кремний органикалық сұйықтары қыздырылған кезде тұтқырлығы төмен болса да, олардың меншікті жылу сыйымдылығы 1,5–1,8 кДж аралығында шектелген. Сондықтан кремний органикалық сұйықтарын қолданатын операторға суды қолданғанда қажеттіден екі есе көп сұйық ағысын қамтамасыз ету қажет. Бұл сұйықты басқару сораптардың өлшемін ұлғайтуды, электр энергиясына байланысты шығындарды және техникалық қызмет көрсету жұмыстарын көбейтуді талап етеді.

Параболалық ойыс күн сәулесінің электр станцияларындағы нақты әлемдегі сынақтар арқылы сұйықтықтар мен сорғылардың сәйкессіздігі уақыт өте келе жылу шығысын 12–18 пайызға азайтатыны расталды. Маңыздысы, төменгі сапалы сұйықтықтар тез ыдырайды және бар болғаны 5 жылдан кейін 50–80 пайызға ұзақтығы артады, бұл ағысқа әсер етеді. Сондықтан инженерлер жаңа сұйықтықты оның жанасатын кез келген жүйе компонентімен — кеңею ыдыстарымен, клапандармен және атап айтқанда, дәнекерленген пластинкалық жылу алмасу құрылғыларымен — бағалауға мәжбүр.

Жиі қойылатын сұрақтар

Demax жүйелерінде жылу беру сұйықтығы ретінде суды қолданудың негізгі артықшылығы қандай?

Су басқа сұйықтықтарға қарағанда меншікті жылу сыйымдылығы жоғары болғандықтан, жылуды тасымалдауда тиімдірек. Оның тоңазытқышсыз аймақтарда төмен температурада қолданылуы және сорғылау кезіндегі энергия шығынының төмен болуы оны өте қолайлы сұйықтық етеді.

Суға пропилен гликолі қосылған қоспаларды суық аймақтарда қолданудың артықшылықтары қандай?

Бұл қоспалар суға қарағанда қойырақ және этиленгликоль негізіндегі опцияларға қарағанда қауіпсізірек. Олар салқын аймақтарда төмен температураға төзімділік пен ұлғайған тұтқырлық себебінен, әсіресе Солтүстік Америка мен Солтүстік Еуропада, қалаған опция болып табылады.

Жоғары температурада қолданылуы мүмкін болатын силиконды сұйықтықтардың қандай сипаттамалары бар?

Силиконды сұйықтықтар өте жоғары термиялық тұрақтылыққа ие, сондықтан олар концентрлі күн энергиясын қолданатын жылу жүйелері сияқты жоғары температурада қолданылатын қолданыстарда пайдаланылады. Сонымен қатар, силиконды сұйықтықтар төмен будың қысымына ие, бұл ең жоғары температурада қысымды реттеу құрылғысының іске қосылу ықтималдығын азайтады.

Жылу беру сұйықтығын таңдаған кезде таңдау критерийлерінің аймақтың климатына қандай әсері бар?

Жүйенің сенімділігі мен тиімділігін максималды деңгейге көтеру үшін салқын аймақтарда жылу беру сұйықтығының тоңуға қарсы қорғанысын, ал ыстық аймақтарда жоғары термиялық тұрақтылыққа ие сұйықтықтарды қолдану керек.