6 №6 Дәріс. Күн энергиясы . Күннің жылуы

Күннің сәуле шығаруы ыстық сумен қамтамасыз ету және ғимараттарды жылыту жүйесінде қолданылатын, төменпотенциалды жылуды өндірудің энергетикалық негізі болып келеді. Күнмен қыздыру қондырғыларының жұмыс бөлшегі - гелиоқыздырғыштар, олар өз алдына бөлек немесе архитектуралық шешімге кіретін құрылғы болып табылады.

 Гелиожылытқыштар.  Қазақстан қалалары мен ауылдарын жылумен қамтамасыз ету үшін қолданылатын гелиоэлектрожылытқыштардың жалпы энергетикалық потенциалы 10 млн. жуық ТМО (ТУТ) құрайды, ол өзінше  жалпы тұтынудың 12% құрайды. 

Өндіріс орындарында күн энергиясының жылулық әсерін қолдануға деген қызығушылық 1973 жылдан басталды, яғни кейбір елдерде энергетикалық кризистің тууымен байланысты. Бұл бағыттың негізгі ойы әйнектер мен линзалардың көмегімен, фокус аралығындағы шоғырлағыштардың температурасын (2,5 – 3,5)×10³ К дейін жеткізу мақсатында, күн сәулеленуінің концентрациясын алу болып табылады. Осылайша металды балқыту қондырғылары, ыстық су мен бу алатын қазандар, сонымен қатар бутурбиналық циклді – мұнаралы күн электростанциялары  пайда болды. Олардың құрамында айналы шоғырландырғыштар – гелиостат, күннің бағытын бақылау және айна фокусын бу қазанының бетінде ұстап тұру үшін, айнаны айналдыратын құрылғымен қамтамасыз етілген.    Электр генераторымен қосылған, бу турбинасына жіберілетін, бу қазаны бу өндіреді. Сонымен қатар ЭЖЖ құрамына  бу конденсаторы, қоректендіргіш насос, трансформаторлы қосалқы станция және энергожүйесіне энергияны жіберу үшін орнатылған электрлік тарату құрылғысы кіреді.

Қуаттылығы 150-200 МВт күн станциясы 2,5 – 3,5 км ²   айна алатын ауданды құрайды.

ЭЖЖ жылу қуаттылығы төмендегідей

мұнда  – күн радиациясы кВт/м²;

– айнаның алатын ауданы;

– айнаның бейнелену мүмкіндігі (0,75);

- күннің бағытын тұрақты аңду және импульсті қозғалу кезінде  гелиостатқа түсетін сәулеленудің құлау бұрышын;

 - қазанның беттік жұту коэффициенті;

 -  айнаның бетіндегі шаңдану коэффициенті;

- жылу шығынының коэффициенті;

 - станцияның өз қажеттіліктерін өтейтін электрқабылдағыштардың қуаты: қоректендіргіш насос, айнаны айналдыратын электр жетегі, ішкі және сыртқы жарықтылық. 

Бұл электростанция түрі мазут, газ, көмір негізінде  істейтін станциялармен  бәсекелесе алады деп есептеледі. Көп елдерде қуаты 10 МВт-тан (ауданы 52 Га, 1818 гелиостаттан тұратын,  95 м ұзындықта орналасқан бойлер, бу температурасы 510 С) 100 МВт дейінгі күн станциялары Европада – Испания, Сицилия, Франция, Италия ЭЖЖ қажетке жаратылуда.

Жапонияда 10 МВТ қуатты ЭЖЖ-мен қатар теңіз бетінің таяз жерінде 30 км ²  жерді алып жатқан құрамында гелиостаты бар 100 МВт-тық ЭЖЖ салынуда.

Кысымдық ЭЖЖ жымыс істей бастады (1600 жалпақ айна 5 х 5 м, 70 м ұзындықтағы бойлер, 28 т/сағ бу өнімі, қысымы 4 Па,                       температурасы   250 С).

Қазақстан Республикасының қалалары мен ірі аудандарында орталық жылумен қамтамасыз ету кең ауқымда дамығанымен, барлық өндірілетін энергияның 45%-тін көмір қолданатын төмен потенциалды жылу өндіру қондырғылары құрайды. Дербес қазандықтар мен кішігірім жылыту жүйелері, қала бетінде қалың газ қабатын түзетін, бу түтіндерінің шығу көзі болып табылады. Таза жылумен қамтамасыз етудің экологиялық шешімі кішігірім қазандықтарды газ тәрізді, мысалы арзан газ немесе күн сәулесін жылуға айналдыратын қондырғылары бар жерге ауыстыру болып табылады. Бұл бағытта екі типті гелиоқыздырғыштар қолданылады: жалпақ және құбыр тәрізді.

Жалпақ гелиоқыздырғыштары - жарық өзіне сіңдіретін қара түсті, бетінде металды немесе пластмассадан жасалған құбырлар орналасқан, металдан немесе пластмассадан жасалады. Бір контурлы қыздырғыштардың құбыры арқылы су тартылады, немесе  қатпайтын  сұйықтық                                  (екі контурлы жүйеде). Қыздырғыштың қуатын оның ауданын үлкейтіп кішірейту арқылы өзгертуге болады. Гелиоқыздырғыштардың өнімділігін арттыру үшін оларды күн бағытын бақылайтын және әр түрлі бұрыш кезінде түнде  «шығыс» бөлігіне қайтаратын айналмалы қондырғылармен қамтамасыз етеді.

Бүкіл елде көбінесе құбыр тәрізді гелиоқыздырғыштар қолданылады. Олар күннен келетін бүкіл энергияны өзінен өткізетін, әдейі әйнектен жасалған сыртқы құбырдан тұрады. Ал ішкі құбыр, жоғары жылуөткізгіш және күн сәулесін – ультрадисперсті қара ұнтақтан жасалған 2–3 нМ пішінді элементтер алюминии оксиді  негізінде жасалған құраммен жабылған    қасиеттеріне тән әйнектен жасалған. Құбырлардың сақиналық саңылауында жоғары вакуум түзілген.  Саңылаудағы жоғарғы вакуум, жылуды қатты қызған ішкі құбырдан сыртқы құбырға таратпау үшін және ол өз кезегінде қоршаған ортаға шығармауы үшін қажет, яғни қыздырғыштың жоғары ПӘК алу үшін қажет.

Кез келген жыл мезгілінде жоғары жарықтылықты алу үшін құбырлар иілген бетте орналасады. Жыл мезгілдерінің қыстан көктемге, көктемнен жазға, күзден қысқа ауысқан уақытында жылуқыздырғыштардың иілу бағытын өзгертіп отырады.  Құбыр тәрізді жылуқыздырғыштарды жалпақ жылуқыздырғыштармен салыстырғанда, құбырлардың болуына байланысты оларды күннің артынша реттеуді қажет етпейді.   Құбыр тәрізді жылуқыздырғыштардың жұмыс істеу қағидалары төмендегідей болады.

Салқын су кеңейтілген бактің төменгі бөлігіне келеді. Күн энергиясының жұтылуының нәтижесінде  құбырлардың сыртқы бетіне жанасқан су жылынып, бактың бетіне шығады, ал салқын су төмен түседі. Бұл құбылыс судың барлығы берілген уақытқа сәйкес күн сәулеленуінің қарқындылығының температурасына жылынғанға дейін созылады.

Екі контурлы жүйе үшін құбыр тәрізді қыздырғыш. Олар түнгі уақытта төмен температуралы климаттық жағдайларда және су арқылы энергияны тасмалдау мүмкін емес болған кезде қолданады.Екі контурлы жүйе үшін күн қыздырғышында жылулық мыстан жасалған, усыз, қатпайтын, қайнау температурасы төмен,  сұйықтықпен толтырылған құбырлар бар. Бұл сұйықтықтың көмегімен жылу күншуақтық жылуалмасу бетінен жылу құбырының ұшына беріледі. Мыстан жасалған, жылу құбыры жарықты сіңетін құраммен жабылған, қатпайтын, зиянсыз сұйықтығы арасынан ауасы шығарылған коаксальді орналасқан құбырлардың ішінде орналасады.

Қыздырған кезде ыстық бу  жылулық құбырдың жоғарғы бөлігіне өтіп, оның ұшын  қыздырады (қызыл түске боялған). Салқын бу мен салқын сұйықтық (көк түске боялған)  құбырдың ұшынан төмен түсіп, айналым қайта ланады. Жүзгіш жабық бассейндерде суды қыздыру үшін қолданылатын күн жүйесі  күншуақтық панелінен, жылу алмасу сыймдылығы, циркуляциялау насосы және көмір фильтрлері.