Енергетична безпека України потребує нового формату енергетичного розвитку. Це зумовлено насамперед військовою агресією проти нашої держави. Масштабні пошкодження об’єктів генерації та ліній передачі енергії під час повномасштабної агресії РФ виявили значну вразливість централізованої енергосистеми України. За даними Міжнародного енергетичного агентства (IEA), пошкоджено або захоплено близько двох третин генераційних потужностей, що спричинило дефіцит понад 6 ГВт у зимовий період 2024–2025 та завдало збитків інфраструктурі на суму понад 11 млрд доларів США [1].
Ці події стали поштовхом до прискорення впровадження децентралізованих енергетичних систем із високим рівнем інтеграції відновлюваних джерел енергії (ВДЕ), таких як сонячні й вітрові установки та когенераційні установки малої потужності. Це сприяє досягненню довгострокових екологічних цілей України, визначених у Національному плані з енергетики та клімату на період до 2030 року [2] та Енергетичній стратегії України до 2050 року [3], які передбачають декарбонізацію енергосектору та розвиток сталої енергетики.
Актуальність питань акумулювання теплової енергії посилюється на фоні глобальних тенденцій споживання енергоресурсів. За даними аналітичної платформи Our World in Data, загальне споживання первинної енергії у світі зросло від приблизно 100 000 ТВт·год у 2000 році до 164 000 ТВт·год у 2023 році, а до 2050 року прогнозується ще на 25–30 % зростання [4].
Водночас нестабільність генерації з ВДЕ потребує впровадження ефективних систем акумулювання теплової енергії, здатних балансувати циклічність виробництва й споживання енергії.
Особливо перспективними у цьому контексті є системи теплового акумулювання на основі фазозмінних матеріалів (ФЗМ), зокрема кристалогідратів, що вирізняються високою питомою теплотою плавлення та екологічною безпечністю [5]. Проте широке використання таких систем обмежене низкою технічних викликів, зокрема переохолодженням і фазовою нестабільністю, що потребують додаткових експериментальних досліджень.
З метою детального вивчення властивостей фазозмінних теплоакумулювальних матеріалів та пошуку способів розв'язання технічних проблем, створено лабораторну експериментальну установку (рис.1). Основне призначення цієї установки полягає в дослідженні процесів акумулювання та вивільнення теплової енергії з використанням кристалогідратів, а також пошуку надійних методів ініціалізації процесу кристалізації.
Рис. 1 - Загальний вигляд експериментальної лабораторної установки. Ліворуч – охолоджувальна ємність, справа – парова баня, зверху по центру – модулі охолодження. У центрі – система вимірювання температури, підключена до комп’ютера.
Лабораторний стенд складається з двох функціональних модулів. Модуль нагрівання (рис. 2) містить парову баню, яка забезпечує контрольоване нагрівання зразків матеріалу до повного розчинення кристалів з наступним накопиченням теплової енергії. Зразки розміщуються в герметичних ємностях з інтегрованими датчиками температури.
Рис. 2 Модуль нагрівання Рис. 3 Модуль охолодження
Охолоджувальний модуль (рис. 3) виконано у вигляді теплоізольованої камери з циркуляцією холодоагенту. Температура камери регулюється за допомогою льоду та напівпровідникових охолоджувачів (елементи Пельтьє), що дозволяє реалізувати точне охолодження матеріалу в широкому температурному діапазоні. Моніторинг та реєстрація температурних режимів здійснюється цифровими датчиками, підключеними до мікроконтролера, з передачею інформації на комп’ютер у реальному часі.
У рамках експериментальної частини дослідження було здійснено спроби ініціалізації процесу кристалізації натрій ацетату тригідрату (CH₃COONa·3H₂O) в стані переохолодження шляхом створення локальної кавітації. Для цього у розчин занурювалися два електроди, між якими подавалося імпульсне напруження. Візуально фіксувалося утворення газових бульбашок на одному з електродів, однак запуск кристалізації не спостерігався. Також проводилися окремі досліди з ніхромовою проволокою, зануреною в переохолоджений розчин. Під час імпульсного нагрівання відзначався характерний акустичний ефект, що свідчить про виникнення кавітаційного процесу, проте це також не призвело до фазового переходу. Виявлені результати вказують на необхідність оптимізації параметрів впливу (напруга, тривалість імпульсу) та доцільність подальших досліджень із застосуванням альтернативних фізичних методів ініціації — зокрема п’єзоелементів або ультразвукових збудників.
Список літератури
1. Empowering Ukraine Through a Decentralised Electricity System : [Electronic resource] / International Energy Agency. – 2023. – Available at: https://www.iea.org/reports/empowering-ukraine-through-a-decentralised-electricity-system (дата звернення: 10.05.2025).
2. Міністерство економіки України. Національний план з енергетики та клімату на період до 2030 року [Електронний ресурс]. – Київ, 2023. – 218 с. – Режим доступу: https://me.gov.ua/Documents/Detail?lang=uk-UA&id=17f558a7-b4b4-42ca-b662-2811f42d4a33&title=NatsionalniiPlanZEnergetikiTaKlimatuNaPeriodDo2030 Roku (дата звернення: 22.05.2025).
3. Міністерство енергетики України. Енергетична стратегія України до 2050 року [Електронний ресурс]. – Київ, 2021. – Режим доступу: https://www.mev.gov.ua/reforma/enerhetychna-stratehiya-0 (дата звернення: 02.06.2025).
4. Global primary energy consumption, 1800–2022 : електронний ресурс / Our World in Data. – Режим доступу: https://ourworldindata.org/grapher/global-primary-energy?time=earliest..2022. – (дата звернення: 10.06.2025).
5. Sharma A., Tyagi V.V., Chen C.R., Buddhi D. Review on thermal energy storage with phase change materials and applications // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2009. – Vol. 13. – P. 318–345.
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter