Г.Саран, ШУТИС-ийн Материал судлалын төвийн захирал, дэд профессор, доктор (Ph.D), 

Р.Долгоржав, ШУТИС, Хэрэглээний шинжлэх ухааны сургуулийн ХИС-ын багш, МУ-ын мэргэшсэн инженер

Энэхүү нийтлэлээр бас нэгэн инновацийн бүтээгдэхүүнийг танилцуулахыг зорьлоо. Норвегийн “Энержи Нест” компани эрчимтэй судалгааны үр дүнд дулааныг хуримтлуулж хадгалдаг бусад хэрэгсэлтэй (батарей, давс г.м.) харьцуулахад үйлдвэрлэсэн эрчим хүчийг байнга хуримтлуулж хадгалах энгийн бөгөөд хямд аргыг олсон байна.

Хайделбергийн материалын компанитай хамтран бүтээсэн дулаан хадгалах нь системийн (Thermal Energy Storage) салшгүй хэсэг нь тусгай хольцоос бүрдэх “HEATCRETE” бетон ажээ.

Зураг 1. Дулааны зай бетон

Энэхүү бетон нь дулаан дамжуулалт ба хадгалах багтаамж өндөртэй байна. “HEATCRETE” бетон нь өндөр гулзайлтын бат бэхтэй,  450°C хүртэлх температурт химийн хувьд тогтвортой хэвээр байх бөгөөд үүний давуу тал нь материал нь байнгын халаалт, хөргөлтөөс материалд дахин давтан үүсэх хүчдэлийг тэсвэрлэх  чадвартай болдогт оршино.

“HEATCRETE” бетон нь барилгын бусад ердийн материалтай харьцуулахад шууд болон шууд бус аргаар дулааны идэвхжүүлэлт хийхэд аль алинд нь тохиромжтой байна. Үүний тулд дараах 2 онцгой шинж чанар гол үүрэгтэй байна. Үүнд:

1.    Дулаан дамжуулалтын илтгэлцүүр ер бусын өндөр буюу 1.8 Вт/м∙К-с их байх, (ердийн хуурай бетоны дулаан дамжуулалт нь тасалгааны температурт 1.0 Вт/м∙К байдаг)

Зураг 2. “HEATCRETE” бетоны дулаан дамжуулалтын илтгэлцүүрийг өмнө нь гарган авсан дулаан хадгалагчтай харьцуулсан байдал

Дээрх 2-р зургаас харахад “HEATCRETE” бетоны дулаан дамжуулалт нь урьд өмнө нь Германы сансрын судалгааны төвийн гарган авсан бетонд суурилсан дулаан хадгалагч материалтай харьцуулахад хамаагүй өндөр байгаа нь харагдаж байна.

2.    Нягт нь 2400 кг/м3-с их байх тохиолдолд барилгын органик бус материалын дулаан хадгалах багтаамж нь 1.0 кЖ/кгЖ-с их болж дулааны өндөр багтаамжтай байх явдалыг хангах боломж бүрддэг байна.

Зураг 3. “HEATCRETE” бетоны дулаан багтаамжийг өмнө нь гарган авсан дулаан хадгалагчтай харьцуулсан байдал

Дээрх зургаас мөн дулаан багтаамж нь харьцангуй өндөр байгаа нь харагдаж байна. Дулаан дамжуулах чадвар нь сайн байна гэдэг нь дулаан хадгалах системд дулааны солилцоо үр ашигтай явагдах боломж бүрдэнэ гэсэн үг юм.Энэ нь нэг талаас уурын турбин генератор болон бусад дулааны гхувиргах системүүдийн эрчим хүч, цахилгааны үр ашиг нэмэгддэг бол нөгөө талаас дулааны өндөр багтаамжтай холбоотойгоордулаан хадгалах савны шаардлагатай хэмжээг багасгаж болно. Энэ нь мөн зардлыг бууруулна.

Дулаан хуримтлуулж хадгалах системийн гол бүрэлдэхүүн хэсэг бетон нь өндөр температур болон дулааны үйлчлэлд бат бэхээ хадгалж байх шаардлагатай.

Зураг 4. “HEATCRETE” бетоны шахалтын харьцангуй бат бэхийг урьд нь гарган авсан дулаан хадгалагчийнхтай харьцуулсан байдал

“HEATCRETE” бетоны шахалтын бат бэх  нь дулааны үйлчлэлийн үед нэмэгдэж, өндөр температурт тогтвортой байгаа нь дээрх зургаас харагдаж байна. Өөрөөр хэлбэл “HEATCRETE” бетоны бат бэх нь ажлын өндөр температурт ч хадгалагдана гэсэн үг юм.

Тэгвэл “Энержи Нест” компаний дулаан хадгалах систем нь хэрхэн ажилладаг вэ?

Дулааны энергийн хуримтлуулж хадгалах системийн тусламжтайгаар их хэмжээний эрчим хүчийг техникийн болон санхүүгийн томоохон зардалгүйгээр хадгалах боломжтой аж. Энэхүү системийн давуу тал нь эрчим хүчний хэмнэлтийг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлж, байгаль орчинд ээлтэй, байгаль орчинд ээлтэй үйл ажиллагаатай, хөрөнгө оруулалтыг богино хугацаанд эргэн төлөх боломжтой учраас эрчим хүчний зардлыг бууруулдагт оршино.

Зураг 5. Дулаан хуримтлуулж хадгалах системийн бүдүүвч

Дулаан хуримтлуулж хадгалах системийн хэрэглээ нь зөвхөн нарны дулааны цахилгаан станцуудаар хязгаарлагддаггүй онцлогтой байна. Ялангуяа эрчим хүч их хэрэглэдэг үйлдвэрлэлийн процессын хаягдал дулааныг түр хадгалах нь бас нэг ирээдүйтэй салбар юм. Аж үйлдвэрийн процессын дулааны хаягдлын хувьсах хэмжээг жигдрүүлж, улмаар уг процессыг тогтмол дулаан эсвэл эрчим хүчний эх үүсвэр болгон ашиглах боломжтой. Нэмж дурдахад “Дулаан хуримтлуулж хадгалах систем”-д хуримтлагдсан дулааны энергийг жишээлбэл, эрчим хүчний сүлжээнд нийлүүлэх мөн төвлөрсөн дулааны сүлжээнд нийлүүлж болно.

Дулаан хуримтлуулж хадгалах систем нь патентлагдсан модулиуд дээр суурилдаг. “HEATCRETE” бетоноор дүүргэсэн ган цилиндрүүдийг хоолойн сүлжээгээр холбодог байна.

Зураг 6. Дулаан хуримтлуулж хадгалах систем

Ган цидиндрүүдэд байрласан бетон дах хоолойнуудад 450°C хүртэл температуртай уур эсвэл дулааны тосыг өндөр даралтын дор (160 бар) өгдөг байна. Дулаан зөөвөрлөгчөөр дамжиж буй дулаан нь бетонд хуримтлагдах бөгөөд энэ нь түүнийг хадгалж, тодорхой хугацаанд, бага зэргийн алдагдалтай дахин ашиглах боломжтой болгодог.

Ашиглалтын үеийн өндөр температурт ч гэсэн сайн дулаан дамжуулалтыг хангахын тулд бетон зуурмагийн усны агууламжийг аль болох бага байлгах шаардлагатай байдаг байна.

Зураг 7. “HEATCRETE” бетон зуурмаг

Усны агууламж их байх тохиолдолд бэхэжсэн бетоныг халаах үед усны уур ялгарч капиляр нүх сүвэнд хадгалагдан үлдсэнээр дулааныг тусгаарлах нөлөө үзүүлдэг байна. Бэхжиж хатуурсан “HEATCRETE” бетон нь ашиглалтын нөхцөлд 200°C-аас 450 °C-ийн температурт тогтвортой байх шаардлагатай. Стандарт нөхцөлд 28 хоног хадгалсны дараа “HEATCRETE” бетоны шахалтын бат бэх нь ойролцоогоор 50 Н/мм² хүрдэг байна.Бэлэн болсон бетоныг удаан хугацаагаар халааж дулааны боловсруулалт хийснээр шахалтын бат бэхийг нь нэмэгдүүлдэг аж. Ердийн бетоноос ялгаатай нь “HEATCRETE” бетоны бат бэх нь температурын өсөлтөнд нэмэгддэг байна.

Хүснэгт 1-д төмөр бетон болон барилгын материалын сүвэрхэг тоосго, зөөлөн мод, гипсэн хавтангийн термодинамик үзүүлэлтүүдийг харьцуулсан болно.

Хүснэгт 1. Барилгын материалын термодинамик үзүүлэлтүүдийг харьцуулсан байдал 

Хүснэгтэнд үзүүлснээр бетоны дулаан дамжуулалтын илтгэлцүүр нь бусад гурван барилгын материалынхаас дор хаяж 9 дахин их, нэгж талбайд  ноогдох дулааны дулаан багтаамж нь дор хаяж 2 дахин их, нэгж эзэлхүүнтэй ноогдох дулаан хуримтлуулах чадвар, нь дор хаяж 3 дахин их байна. Эндээс харахад дулаан дамжуулалтын илтгэлцүүр болон дулаан багтаамж нь өндөр байх тусам дулааныг хуримтлуулж хадгалах чадвар нь нэмэгдэнэ гэсэн үг юм.