Кіріспе

Жылуды немесе суықты бірнеше айға дейін сақтау маусымдық жылу энергиясын сақтау (STES), сонымен қатар маусымдық жылу энергиясын сақтау деп те аталады, бұл жылуды немесе суықты бірнеше айға дейін сақтау. Жылу энергиясы кез келген уақытта жинақталуы және қажет болған кезде, мысалы, қарсы маусымда пайдаланылуы мүмкін. Мысалы, күн коллекторларынан немесе ауа баптау қондырғыларынан шыққан жылуды ыстық айларда қажет болған кезде, соның ішінде қыс айларында, жылумен қамтамасыз ету үшін жинауға болады. Өнеркәсіптік процестерден шыққан қалдық жылуды да сақтап, оны кейінірек пайдалану мүмкін, немесе қысқы ауаның табиғи суығын жазғы ауа баптау үшін сақтауға болады. STES дүкендері жылу беру жүйелеріне, сондай-ақ жеке ғимараттарға немесе кешендерге қызмет көрсете алады. Жылу үшін пайдаланылатын маусымдық қоймалар арасында, жобалау бойынша жылдық ең жоғары температура әдетте 0,7 °C шамасында болады, ал бір жыл ішінде қоймада болатын температура айырмашылығы бірнеше ондық градус болуы мүмкін. Кейбір жүйелер жылу сорғысын пайдаланады, ол циклдің бір бөлігі немесе барлық кезеңінде сақтауды зарядтауға және босатуға көмектеседі. Салқындату үшін көбінесе тек қана циркуляциялық насостар қолданылады. Аудандан жылу берудің мысалдары: Дрейк Лэндинг Күн Жамағаты, онда жер астындағы жылу сақтау жылу сорғыларысыз жылдық тұтынудың 97% қамтамасыз етеді, ал Даниядағы көлде сақтауды күшейтеді. Нидерландыда 1000-нан астам АТЕС жүйесі бар, олар қазір стандартты құрылыс нұсқасы болып табылады. Ричард Стоктон колледжінде (Нью-Джерси) бірнеше жылдан бері маңызды жүйе жұмыс істейді. Қабаттар құмнан бастап кристалды қатты тау жынысына дейін болуы мүмкін, ал инженерлік факторларға байланысты тереңдігі арақашықтықтан болуы мүмкін. Термиялық модельдер топырақтағы маусымдық температураның өзгеруін болжау үшін, соның ішінде бір немесе бірнеше жылдық циклдердегі жылудың кіріс пен шығысын сәйкес келтіру арқылы қол жеткізілетін тұрақты температура режимін орнату үшін пайдаланылуы мүмкін. Жылы температуралы маусымдық жылу қоймаларын бұрғылау алаңдарын пайдалану арқылы жазғы уақытта жиналған артық жылуды сақтау үшін, топырақтың үлкен жылу банктерінің температурасын белсенді түрде көтеру үшін, қысқы уақытта жылуды жеңіл (және арзан) алуға болады. Маусым аралық жылу беру бұрғылау алаңдарында құрылған жылу банктеріне жылу беру үшін асфальттық күн коллекторларына салынған құбырларда айналып жатқан суды пайдаланады. Қыста жылу банкінен жылу алу үшін жер асты жылу сорғысы пайдаланылады. Жоғары коэффициент өнімділігі жылу сорғысы жылу қоймасынан жылы температурамен басталғандықтан, жер астынан суық температураның орнына алынады. 1995 жылдан бері Ричард Стоктон колледжінде жұмыс істеп тұрған БТЭС-тің ең жоғарғы деңгейі шамамен 400 бұрғылау орнын құрайды. Оның жылу шығыны алты ай ішінде 2%-ға тең. BTES қоймасының жоғары температурасы BHE үшін пайдаланылатын PEX құбырдың ерекшеліктеріне байланысты, бірақ көпшілігі осы шекке жақындамайды. Бұрғылау орнын геологиялық жағдайларға байланысты сумен немесе шөгіндімен толтыруға болады және әдетте 100 жылдан астам өмір сүру ұзақтығы бар. БТЭС пен оған байланысты жылу беру жүйесі жұмыс бастағаннан кейін, Некарсульмдегідей, Германияда, біртіндеп кеңейтілуі мүмкін. BTES дүкендері жерді пайдалануға кедергі келтірмейді және ғимараттар, ауыл шаруашылығы танаптары мен көлік тұрақтары астында болуы мүмкін. STES-тің бірнеше түрлерінің біріне мысал ретінде маусымдық жылуды сақтау қабілетін жақсы көрсетеді. Канаданың Альберта штатында орналасқан Дрейк Лэндинг күн энергиясы қоғамдастығының үйлері (олар 2007 жылдан бері жұмыс істейді) жыл бойы жылудың 97% -ын гараждардың шатырларында орналасқан күн батареяларынан күн жылуымен қамтамасыз етілетін ауданның жылу жүйесінен алады. Бұл жетістік - әлемдік рекорд - орталық саябақтың астында орналасқан жергілікті тау жыныстарының үлкен массасында маусымдық жылуды сақтау арқылы жүзеге асады. Жылу алмасуы жер астына бұрғыланған 144 бұрғылау нүктелері арқылы жүзеге асады. Әрбір бұрғылау ойығының диаметрі кіші және оның ішінде су айналымы жүргізілетін шағын диаметрлі пластикалық құбырдан жасалған қарапайым жылу алмастырғышы бар. Жылу сорғылары қатысы жоқ. CTES (көңгір немесе шахтаның жылу энергиясын сақтау). STES-ті су басулы шахталарда, арнайы салынған камераларда немесе жер асты мұнай қоймаларында (мысалы, Норвегияда кристалды қатты жыныста қазып алынған) сақтау...

Жер үсті және жер үсті технологиялары

Қоқыс қоймасы. Данияның көптеген жылу жүйелерінде STES үшін шөгінді және сумен толтырылған, қабырғалы, терең емес шұңқырлар пайдаланылады. Қоймалар оқшаулау қабатымен, содан кейін топырақпен жабылады және ауыл шаруашылығы немесе басқа мақсаттар үшін қолданылады. Данияның Марстал қаласында орналасқан бір жүйеде күн батареяларынан жылумен қамтамасыз етілетін шұңқырлы қойма бар. Бастапқыда ол ауылдың жылытуының 20%-ын қамтамасыз етеді, ал оны екі есеге дейін кеңейту жоспарлануда. 2015 жылы Данияның Войенс қаласында әлемдегі ең үлкен шұңқырлық қойма пайдалануға берілді және күн жылуын әлемдегі ең үлкен күн энергиясымен жұмыс істейтін аудандық жылу жүйесіне жылдық энергияның 50% -ын қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. Данияның осы жүйелерінде бір қуат бірлігіне 0,4-тен 0,6 €/кВт/сағатына дейін капитал шығыны жұмсалады. Сумен бірге үлкен көлемдегі жылулық сақтау. Үлкен көлемдегі СТЭС су қоймалары жер үстіне салынып, оқшауланып, содан кейін топырақпен жабылуы мүмкін. Көлденең жылу алмастырғыштар. Шағын қондырғылар үшін ағаштан жасалған пластмасса құбырдан жасалған жылу алмастырғышты STES жасау үшін траншеяға терең жерге көміп қоюға болады. Жермен қоршалған ғимараттар. Жылуды қоршаған топырақта пассив түрде сақтайды. Тұз гидраты технологиясы. Бұл технология суға негізделген жылуды сақтауға қарағанда айтарлықтай жоғары сақтау тығыздығына қол жеткізеді. Термиялық энергияны сақтау: тұз гидраты технологиясы

Конференциялар мен ұйымдар

Халықаралық энергия агенттігінің энергияны сақтау арқылы энергияны сақтау (ECES) бағдарламасы 1981 жылдан бастап үш жылда бір рет әлемдік энергия конференциясын өткізеді. Конференциялардың бастапқыда тек STES-ке ғана бағытталған, бірақ қазір бұл технологиялар жетілгенде басқа тақырыптар, мысалы фазалық өзгерістер материалдары (PCM) және электр энергиясын сақтау да қамтылады. 1985 жылдан бастап әр конференция өз атауының соңында "stock" (жинақтау үшін) деген сөзді пайдаланды; мысалы, EcoStock, ThermaStock. Олар дүниежүзіндегі әртүрлі жерлерде өткізіледі. Соңғылары InnoStock 2012 (Жылу энергиясын сақтау жөніндегі 12-ші халықаралық конференция) Лейдада, Испанияда және GreenStock 2015 Пекинде өтті. 2018 жылдың сәуір айында Түркияның Адана қаласында EnerStock 2018 өткізіледі. IEA ECES бағдарламасы 1978 жылдан 1990 жылға дейін тоқсан сайын жаңалықтар бюллетені шыққан және бастапқыда АҚШ Энергетика министрлігі демеушілігімен ұйымдастырылған бұрынғы Халықаралық жылу энергиясын сақтау жөніндегі кеңестің жұмысын жалғастырады. Бастапқыда ATES Newsletter деп аталатын, ал BTES технологиясы іске асырылғаннан кейін STES Newsletter деп өзгертілді.

Кіші, пассивті жылытылатын ғимараттар үшін STES қолдану

Кішігірім, пассивті жылытылатын ғимараттар әдетте ғимаратқа іргелес жатқан топырақты төмен температуралы маусымдық жылу қоймасы ретінде пайдаланады, ол жылдық циклда ауаның жылдық орташа температурасына ұқсас ең жоғары температураға жетеді, ал температура суық айларда жылыту үшін төмендейді. Мұндай жүйелер ғимараттардың құрылысының ерекшелігі болып табылады, өйткені "дәстүрлі" ғимараттардан кейбір қарапайым, бірақ елеулі айырмашылықтар қажет. Топырақтың тереңдігі шамамен 20 фут (6 м), егер су тарту күннің жылу қалпына келтірудің табиғи қабілетінен аспаса, температура табиғи түрде жыл бойы тұрақты болады. Мұндай сақтау жүйелері жоғарыда сипатталған басқа STES жүйелеріне қарағанда, жыл сайынғы температураның үлкен айырмашылығы бар, жыл бойы сақтау температурасының тар диапазонында жұмыс істейді. 1970 және 1980 жылдары АҚШ-та екі негізгі пассивті күн сәулелі құрылыс технологиясы жасалды. Олар жылумен оқшауланған, ылғалдан қорғалған топыраққа жылуды тікелей өткізеді, бұл жылуды қайтару механизмі ретінде тікелей өткізеді. Бір әдіс бойынша "пассивті жылдық жылуды сақтау" (PAHS), ғимараттың терезелері мен басқа сыртқы беттері күн жылуын ұстап алады, ол едендер, қабырғалар және кейде төбе арқылы өткізгіш арқылы көршілес жылу буферлі топыраққа беріледі. Ішкі кеңістіктер сақтау ортасынан салқын болған кезде жылу тұрғын кеңістікке қайтарылады. Басқа әдіс - жыл сайынғы геотермальдық күн энергиясы (AGS) жылуды жинауға арналған бөлек күн коллекторын пайдаланады. Жиналған жылу сақтау құрылғысына (топырақ, қиыршық тас төсегі немесе су резервуары) жылу беру ортасының (мысалы, ауа немесе су) конвекциясы арқылы пассивті түрде немесе оны сору арқылы белсенді түрде жеткізіледі. Бұл әдіс әдетте алты айға арналған жылу қуатымен жүзеге асырылады. Күндізгі жылуды сақтауды пайдаланудың әлемдегі бірқатар мысалдары: Англияның Шығыс Англиядағы Суффолк Оне колледжінде автобус бұрылатын аймақта көмілген құбырдың жылу коллекторы қолданылып, күн энергиясын жинау үшін, одан кейін әрқайсысы қыста жылыту үшін терең 18 бұрғылау орнында сақталады. Канададағы Дрейк Лэндинг Күн Жарық Қоғамдастығы 52 үйдің гараж төбесінде күн жылу коллекторларын қолданады, содан кейін олар терең бұрғылау шұңқырларында сақталады. Жердің температурасы 70 °C-тан жоғары болуы мүмкін, содан кейін үйлерді пассивті жылыту үшін қолданылады. Бұл бағдарлама 2007 жылдан бері табысты жұмыс істеп келеді. Данияның Бредструп қаласында күн энергиясын жинақтаушы қондырғылар жыл сайын терең бұрғылау орнында сақталған шамамен 4 000 000 кВт-сағат энергияны жинауға пайдаланылады.

Сұйықтықтар инженериясы

Мажарстанның сәулетшісі Матиас Гутай Еуропалық Одақтың грантын алып, сумен толтырылған қабырға панельдерін жылу жинағыштар ретінде және жер асты су қоймалары бар резервуарлар ретінде пайдаланатын үйді салады. Дизайн микропроцессорлық басқаруды қолданады.

Ішкі STES су резервуарлары бар шағын ғимараттар

Бірқатар үйлер мен шағын пәтерлер жылуды сақтау үшін үлкен ішкі су резервуарларын шатырда орнатылған күн жылу коллекторларымен біріктіруді көрсетті. Сақтау температурасы тұрмыстық ыстық суды және үй-жайларды жылытуды қамтамасыз етуге жеткілікті. Бірінші осындай үй 1939 жылы MIT No1 күн үйі болды. 1989 жылы Швейцарияның Обербург қаласында сегіз пәтерлі тұрғын үй салынды, оның үш резервуары ғимаратқа қажет жылудан көп жылу сақтайды. 2011 жылдан бастап бұл жоба жаңа ғимараттарда қайталанады. Берлинде "Жоқ жылу энергиясы үйі" 1997 жылы IEA-ның 13-жолы бойынша энергиясы аз тұрғын үйді демонстрациялау жобасы аясында салынған. Ол суды жертөледегі резервуардың ішіне дейін сақтайды. 2009 жылы Ирландияда ұқсас үлгіде үлгі үлгісі ретінде жасалды. Күн энергиясын сақтау үшін сумен толтырылған резервуар орнатылған, оның айналасы қатты оқшауланған, жыл бойына шығарылған күн құбырларынан жылу сақтау үшін. Бұл жүйе Ирландияның Галвей қаласында әлемдегі алғашқы стандартталған алдын ала жасалған пассивті үйді жылыту үшін тәжірибе ретінде орнатылды. Бұл жылудың қыста электр энергиясын қажет етпейтінін анықтау үшін қажет болды. Шынылауды жақсартудың арқасында "Нульдік жылумен" жылыту ғимараттарын маусымдық энергия сақтаусыз пайдалануға болады.

СТЭС-ті жылыжайларда пайдалану

Сонымен қатар, STES жылыжайларды жылыту үшін де кеңінен қолданылады. ATES - бұл осы қолданба үшін әдетте қолданылатын сақтау түрі. Жазда жылыжай жер асты суымен суытылады, су қоймасындағы "салқын құдықтан" су ағызып алады. Бұл процесте су қыздырылады және су деңгейіндегі "жылы құдыққа" қайтарылады. Жылыжайға жылу қажет болған кезде, мысалы, өсіп-өну кезеңін ұзарту үшін, су жылы құдықтан алынып, жылыту қызметін атқарып жатқанда суытылады және суық құға қайтарылады. Бұл өте тиімді еркін салқындату жүйесі, тек қана циркуляциялық сорғыларды пайдаланады және жылу сорғылары жоқ.