ENERGIYANI AKKUMLYATSIYA QILUVCHI TIZIMLAR
Reja:
1. Energiyani akkumulyatsiyalash shakllari.
2. Noan‘anaviy va qayta tiklanadigan energiya manbalarning
akkumulyatsiyalash tizimlar.
Energiyani akkumulyatsiyalash shakllari Energiyani akkumulyatsiyalashning turli
xil usullari mavjud: kimyoviy, issiqlik, elektr, potensial va kinetik energiyalar
kо’rinishida. Energetikada energiyani akkumulyatsiyalash yangi konsepsiya emas.
Qazilma yoqilg’ilar ham tabiatning tayyorlagan yuqori zichligidagi kimyoviy
energiya akkumulyatorlari bо’lib hisoblanadi. Ammo qazilma yoqilg’ilarning
zaxiralari kamayishi bilan ular yanada uzoqlashadi va tobora qimmatlashib boradi.
Demak, energiyani akkumulyatsiyalashning boshqa usullarini rivojlantirish
zaruriyati tug’iladi. Masalan, qayta tiklanadigan yoqilg’ilarni ishlab chiqarish.
Biologik akkumulyatsiyalash Fotosintez va quyosh energiyasini tо’plash hisobidan
о’simliklar
massasini
va
kislorod
ishlab
chiqarish
-
energiyani
akkumulyatsiyalashning biologik shakli bо’lib hisoblanadi. Elektromagnit
jarayonlari hisobidan fotonlar energiyasi elektronlarning uyg’otish xolati energiyaga
aylanadi va energiya kimyoviy birikmalarda akumulyatsiyalanish oqibatda
serqukvvat energiyali organik moddalar hosil bо’ladi. Biomassa yonganda
akkumulyatsiyalangan energiya ajralib chiqadi. Biologik massani, ya‘ni
bioyoqilg’ini asosiy yetishtiruvchilari - qishloq va о’rmonchilik xо’jaliklari bо’lib
hisoblanadi. Biomassani qayta ishlashda suyuqlik (etanol), gaz (biogaz) va boshqa
ikkilamchi yoqilg’ilar olinadi. Kimyoviy akkumulyatsiyalash Kо’p kimyoviy
elementlarning bog’lanishlarida energiya saqlanishi va ekzotermik reaksiyalar
jarayonida ajralib chiqishi mumkin. Ekzotermik reaksiyalardan kо’proq ma‘lum
bо’lgani yonish jarayonidir.
Kо’p noorganik birikmalar yaxshi akkumulyatorlar bо’lib hisoblanadi, ular
havoda
yonishidan
energiya
ajralib
chiqadi.
Energiyani
kimyoviy
akkumulyatsiyalash usullardan biri - vodorod hosil qilish, uni tо’plash, masofaga
uzatish va issiqlik hosil qilish uchun yoqish mumkin. Vodorod yonishining tabiiy
maxsuloti sifatida suv bо’ladi, hech qanday ifloslantiruvchi moddalar hosil
bо’lmaydi. Har qanday tok manbai yordamida elektroliz yо’li bilan vodorod hosil
qilish mumkin. Bunday jarayonning samaradorligi 60…80 % tashkil etadi. Vodord
ishlab chiqarish va uni yoqilg’i sifatida foydalanishning asosiy kamchiligi uni katta
hajmlarda saqlash muammo bо’lib hisoblanadi. Yuqori bosimlarda ham vodorodni
saqlab turish uchun katta hajmlar talab etiladi. Vodorodning qaynash temperaturasi
-253 o S tashkil etadi, shuning uchun xizmat kо’rsatishda uni suyuq holda saqlab
turish murakkab texnologiyasi bо’lib turibdi.
Elektr energiyani akkumulyatsiyalash Elektr - energiyaning eng mukammal
shakli. Shu sababli, elektr energiyani akkumulyatsiyalashning arzon va samarali
usullarini yaratish - muhim ilmiytexnikaviy muammo bо’lib hisoblanadi. Elektr
energiyani
tshplashni
va chiqarishni ta‘minlaydigan qurilmalar elektr
akkumulyatorlar deb ataladi. Elektr akkumulyatorlarning ishi qaytuvchan elektr
kimyoviy reaksiyalarga asoslangan. Barcha fotoelektr va shamol energiya
qurilmalarda elektr akkumulyatorlar asosiy tashkil etuvchi qismlar bо’lib turadi.
Transport vositalari uchun samarali akkumulyatorlarni yaratish bо’yicha
ishlar olib borilmoqda. Nazariy nuqtai nazardan, ideal elektr akkumulyatorning
energiya sig’imi Wi=600 kJ/kg tashkil qilish mumkin. Real akkumulyatorlarda esa
energiyaning zichligi Wr nazariy Wi kattalikdan ancha kichik bо’lib
Wr≈0,15...0,25Wi
tashkil
etadi.
Hozirgi
vaqtda
qо’rg’oshinkislotali
akkumulyatorlardan eng kо’p foydalaniladi. Nikel-kadmiy va kumush-rux
akkumulyatorlar ham ishlatiladi, ular qо’rg’oshin-kislotalilardan ancha samarali,
ammo yuqori narxga ega. Mexanik akkumulyatsiyalash Suv. Suv omborlarida
yog’ingarchiklardan
tо’plangan
suvning
potensial
energiyasi
hisobidan
gidroenergetik qurilmalar harakatga keltiriladi. Suv omborlari suvning potensial
energiyasini akkumulyatsiyalovchi inshootlar sifatida xizmat qiladi.
Suv oqimining tushishidan ishlab chiqariladigan ish quyidagi munosabatdan
aniqlanadi: YE = ρ g G H η (J); (17.1) bu yerda ρ - suvning zichligi, kg/m3 ; g -
erkin tushish tezlanishi, m/s2 ; G - suv sarfi, m3 /s; H - suvning tushish balandligi,
m; η - gidrotexnik qurilmaningg FIK. Shunday qilib, gidrotexnik inshootning
quvvati suv oqimining sarfiga va tushish balandligiga bog’liq. Suvning potensial
energiyasini
akkumulyatsiyalash
uchun
gidroakkumulyatsiyalovchi
elektr
stansiyalar (GAES) dan foydalaniladi. Bunday qurilmalar ikkita (yuqori va quyi)
rezervuarlarga ega bо’lib ikki rejimda ishlaydi. Qachon energiya tarmoqda ortiqcha
quvvat bо’lganda suv yuqori basseynga chiqariladi. Energiya iste‘moli oshganda suv
turbina orqali quyi basseynga о’tkaziladi va elektr energiyaning generatsiyasi
ta‘minlanadi. Amalda GAESlarda ikki rejimda (nasoslar va turbinalar sifatida)
ishlaydigan agregatlar ishlatiladi. Hozirgi vaqtda energiya iste‘moli tebranishlarini
tо’g’rilash uchun katta GAESlar ishlatiladi. Bu an‘anaviy AES va TESlarni
samaradorli rejimda о’zgarmas yuklama bilan ishlashini ta‘minlaydi. GAESlarning
samaradorligi 60-80 % tashkil etadi. Yaxlit massali g‘ildiraklar (maxoviklar).
Mexanik energiya akkumulyatorlari sifatida yaxlit massali g’ildiraklar xizmat qilishi
mumkin. Yaxlit massali g’ildiraklardan kinetik energiya akkumulyatori sifatida
foydalanish uchun unga mumkin qadar maksimal katta tezlik berish zarur. Aylanma
jismning kinetik energiyasi: YE = J ω 2 / 2 (J); (17.2) bu yerda J - aylanish о’qiga
nisbatan inersiya momenti, kg/m2 ; ω - burchak tezligi, rad/s. Halqa shaklda bо’lgan
m massali va R radiusli g’ildirak uchun inersiya momentini quyidagicha ifodalash
mumkin J=mR2 . Bu holda bir jinsli g’ildirakda tо’planadigan energiyaning zichligi
quyidagicha bо’ladi W = E / m =R2 ω 2 / 2 (J/kg). (17.3) G’ildirakning aylanish
tezligi markazdan qochma kuchlar ta‘sirida g’idirakni uzuvchi kuchlanishlar bilan
chegaralanadi: σmax = ρ R 2 ω 2 (H) . (17.4) Uzuvchi σmax kuchlanishlarni kattaligi
g’ildirak materialining xossalariga bog’liq. Pо’latdan tayyorlangan g’ildiraklar
akkumulyatsiyalangan energiyaning yuqori zichligini ta‘minla olmaydi. Eng
mustahkam pо’latlar Wmax=60 kJ/kg gacha energiya zichligini ta‘minlaydi. Yengil
shisha-kompozit materiallardan tayyorlangan g’ildiraklar bundan yuqori energiya
zichligini beradi. Masalan, shishatolalar va epoksid smolalar asosidagi kompozitlar.
Bunday g’ildiraklarni samaradorligi maksimal bо’lishi uchun materialning tolalari
maksimal kuchlanishlarni ta‘sir yо’nalishida tortiladi. Bunday qurilmalar
Wmax=500 kJ/kg gacha energiya zichligini olish imkonini beradi. Katta energiya
tarmoqlarda energiya iste‘molni tо’g’rilash maqsadida foydalanish uchun
g’ildiraklar istagan joyda о’rnatilishi mumkin, chunki ular kam joyni egalaydi.
Massasi m=100 t bо’lgan g’ildirakli blok 10 MVt soat energiyani
akkumulyatsiyalash qobiliyatiga ega bо’lishi mumkin. Energiyaga talab bundan ham
yuqori bо’lganda bir nechta ketma-ket bо’lgan g’ildirak bloklarni yaratish mumkin.
G’ildirakli qurilmalarning asosiy kamchiligiga yuqori tezlikda ishlaydigan
reduktorlardan foydalanish va ishqalanuvchi sirtlarining yeyilishi kiradi. Siqilgan
havo. Havo (gaz) tezda siqilib asta-sekin kengayishi mumkin. Shuning hisobidan
gidravlik tizimlarda bosimning katta tebranishlarini tо’g’rilash oson hamda siqilgan
havoning mexanik energiyasini akkumulyatsiyalash mumkin. Kompressor ixtiro
qilingandan sо’ng siqilgan gazlar ikkilamchi energiya manbalar sifatida foydalana
boshlangan.
Ideal gazning siqilish ishi, ya‘ni akkumulyatsiyalangan energiya quyidagi
tenglama bilan aniqlanadi: V2 E = mRoT dV /V = mRoT ln(V1/V2) . (17.6) V1
Odatda siqilgan havoni saqlash uchun yuqori bosimli ballonlardan foydalaniladi.
Siqilgan havo hisobidagi akkumulyatsiyalangan energiyaning ruxsat etilgan zichligi
bosimga bog’liq bо’ladi. Ideal holatda 100 MPa (987 atm) bosimda siqilgan
havoning energiyasi Wmax=600 kJ/m3 gacha energiyani tashkil etishi mumkin.
Real qurilmalarda maqbul bosim 2030 MPa tashkil etadi, chunki bosim ortishi bilan
ballonlarni massasi keskin oshadi. Bunday bosimlarda siqilgan havoning energiyasi
W=100 kJ/m3 gacha energiyani tashkil etadi. Issiqlikni akkumulyatsiyalash Past
temperaturali issiqlikdan foydalanish jahonda energiya iste‘mol qilishning muhim
qismni tashkil etadi. Shimoliy о’rta kengliklarda joylashgan mamlakatlarda qish
vaqtida uyjoylarni isitishda (temperaturani 18 2 o S da saqlab turish) uchun umumiy
energiya iste‘molining 50 % gacha energiya sarflanadi. Isitish uchun yuqori
temperaturali energiya manbalaridan foydalanish shart emas, ulardan texnologik
maqsadlar uchun foydalanishi maqsadga muvofiq bо’ladi.
Isitish uchun quyosh energiyasidan hamda turli xil issiqliktexnologik
qurilmalarning issiqlik chiqindilari bilan birga issiqlik akkumulyatorlardan
foydalanish maqsadga muvofiq bо’ladi. Isitishda quyosh energiyasidan maksimal
samarali foydalanish uchun issiqlikni bir necha sutkadan to uch oygacha saqlaydigan
akkumulyatorlar zarur. Issiqlik akkumulyatorning issiqlik balansi quyidagi
munosabat bilan aniqlanadi: dTa T a T o m c = ; (17.7) d R bu yerda m -
akkumulyatorning massasi, kg; s - solishtirma issiqlik sig’imi, J/(kg K); To, Ta -
atrof muhit va akkumulyator materialining о’rtacha massali temperaturalari, o S; R
- akkumulyator va atrof muhit orasidagi termik qarshilik, m2 K/Vt; τ - vaqt, s. (18.7)
tenglamaning yechimini quyidagi kо’rinishda ifodalash mumkin: Ta(τ)-To = [Ta(0)-
To] exp(-τ / mcR). (17.8) (18.8) tenglamadan kо’rinadiki, issiqlik akkumulyatorning
samaradorligi uning m massasi, akkumulyator materialining s solishtirma issiqlik
sig’imi va issiqlik izolyatsiyaning R sifati bilan ifodalanadi. Uy-joylarni isitish
uchun uch oylik issiqlik zaxirali akkumulyatorni yaratish - bu bemalol yechiladigan
masala bо’lib hisoblanadi.
Issiqlik akkumulyatorlarni yaratishda quyidagi talablarga rioya qilish zarur:
1) isitiladigan obektning arxitektura va ekspluatatsiya talablarini hisobga olgan
holda samarali loyihani yaratish va amalga oshirish; 2) isitish va shamollatish
tizimini
avtomatik
boshqarish;
3)
samaradorligi
yuqori
issiqlikni
akkumulyatsiyalovchi materiallardan foydalanish, sifatli issiqlik izolyatsiyani
ta‘minlash; 4) yoritish, oziq-ovqat tayyorlash va yashovchilarning hayot
faoliyatidagi
barcha
issiqlik
chiqindilaridan
foydalanish.
Issiqlik
akkumulyatsiyalovchi materiallar sifatida tuproq, suv, turli xil tog’ jinslari, fazoviy
о’tish temperaturasi past (30-40
o
C) bо’lgan materiallardan foydalaniladi. Issiqlik
akkumulyatsiyalovchi qurilmalarning asosiy kamchiligi bu katta hajmli issiqlik
akkumulyatsiyalovchi materillar talab etadi.
| 