ПЕРСПЕКТИВИ ЗАСТОСУВАННЯ В УКРАЇНІ СИСТЕМ АКУМУЛЮВАННЯ ТЕПЛОВОЇ ЕНЕРГІЇ НА ОСНОВІ ФАЗОЗМІННИХ МАТЕРІАЛІВ
Ключові слова:
теплова енергія, акумулятори теплової енергії,, фазозмінні матеріали (ФЗМ), кристалогідрати, натрію ацетат тригідрат, накопичення теплоти, екологічна енергоефективність, викиди CO₂.Анотація
Всебічно проаналізовано доцільність впровадження систем акумулювання теплової енергії на основі фазозмінних матеріалів (ФЗМ) в умовах післявоєнного відновлення енергетичного сектору України. Визначено, що внаслідок масштабних руйнувань централізованої інфраструктури електропостачання виникла об’єктивна потреба у розвитку децентралізованих джерел енергії, зокрема когенераційних установок та відновлюваних джерел енергії (ВДЕ). Для забезпечення ефективного функціонування таких систем критично важливим є впровадження гнучких технологій балансування енергоспоживання та генерації. Окрему увагу приділено зростанню глобального попиту на енергію та відповідному збільшенню обсягів викидів CO₂, які у 2023 році сягнули 37 Гт. Хоча внесок України у глобальні викиди залишається порівняно невеликим, модернізація її енергетичної системи вимагає переходу до сталих і безпечних рішень. Проведено огляд основних методів накопичення теплоти — за рахунок теплоємності, прихованої теплоти фазового переходу та термохімічних реакцій. Акцентовано на перевагах ФЗМ, які забезпечують високу щільність накопичення енергії. Детально розглянуто теплофізичні властивості кристалогідратів, зокрема тригідрату ацетату натрію, з огляду на їхню відповідність умовам побутового теплопостачання. Проаналізовано обмеження їх практичного застосування, зокрема переохолодження, розшарування та циклічну нестабільність. Наведено приклади комерційних реалізацій ФЗМ у Німеччині, Японії, Польщі та Україні. Обґрунтовано, що ФЗМ є ключовим компонентом сталої, енергоефективної та екологічно безпечної децентралізованої енергетики України.
Посилання
Empowering Ukraine Through a Decentralised Electricity System, International Energy Agency. Paris: IEA, 2023, 44 с. [Electronic resource]. Available: https://www.iea.org/reports/empowering-ukraine-through-a-decentralised-electricity-system. Accessed: 13.06.2025.
Міністерство економіки України, Національний план з енергетики та клімату на період до 2030 року. Київ, 2023, 218 с. [Електронний ресурс] Режим доступу: https://me.gov.ua/Documents/Detail?lang=uk-UA&id=17f558a7-b4b4-42ca-b662-2811f42d4a33&title=NatsionalniiPlanZEnergetikiTaKlimatuNaPeriodDo2030-Roku. Дата звернення: 13.06.2025.
Міністерство енергетики України, Енергетична стратегія України до 2050 року . Київ, 2021. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://www.mev.gov.ua/reforma/enerhetychna-stratehiya-0 . Дата звернення: 13.06.2025.
Енергетична незалежність та Зелений Курс. [Електронний ресурс]. Режим доступу:
https://recovery.gov.ua/project/program/energy-independence-and-green-deal/ . Дата звернення: 10.06.2025.
В. О. Ходаківський, і Д. С. Карпенко, «Оцінювання рівня ефективності впровадження когенерації в умовах модернізації та резервування системи теплопостачання,» Енергетика: економіка, технології, екологія, № 2, с. 12-19, 2025. https://doi.org/10.20535/1813-5420.2.2025.327134 .
Global primary energy consumption, 1800–2022, in Our World in Data. [Electronic resource]. Available: https://ourworldindata.org/grapher/global-primary-energy?time=earliest..2022. Accessed: 10.06.2025.
Annual CO₂ emissions per country (Ukraine, Europe, World), in Our World in Data. [Electronic resource]. Available: https://ourworldindata.org/grapher/annual-co2-emissions-per-country?country=UKR~OWID_EUR~OWID_WRL . Accessed: 10.06.2025.
Thermal Energy Storage. Technology Brief E17, in International Renewable Energy Agency (IRENA), Energy Technology Systems Analysis Programme (ETSAP). Paris: International Energy Agency, 2013, 20 с. [Electronic resource]. Available: https://www.irena.org/publications . Accessed: 13.06.2025.
І. В. Коц, О. Д. Панкевич, і О. В. Бадяка, «Напрямки покращення основних характеристик теплових акумуляторів та теплоакумуляційних матеріалів,» Енергозбереження в будівництві, № 2, с. 159-166, 2023. https://doi.org/10.31649/2311-1429-2023-2-159-166 .
К. Попюк, «Атомістичне моделювання теплового транспорту в матеріалах з фазовим переходом.» кваліфікаційна робота бакалавра. Київ. нац. ун-т ім. Т. Шевченка, фіз. ф-т, каф. фізики металів. Київ, 2024, 48 с.
M. N. I. Maruf, G. Morales-España, J. Sijm, N. Helistö, and J. Kiviluoma, “Classification, potential role, and modeling of power-to-heat and thermal energy storage in energy systems. A review,” Journal of Cleaner Production, vol. 370, no. 133515, 2022. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.133515 .
X. Gong, F. Li, B. Sun, and D. Liu, “Collaborative Optimization of Multi-Energy Complementary CCHP Systems Considering Schedulable Loads,” Energies. vol. 13, no. 4. pp. 918, 2020. https://doi.org/10.3390/en13040918 .
H. Liu, Y. Su, K. Cai, and Y. Mo, “Low carbon dispatch optimization of wind solar thermal storage multi energy system based on stochastic chance constraints and carbon trading mechanism,” International Journal of Renewable Energy Development, vol. 14, no. 2. pp. 233-244, 2025. https://doi.org/10.61435/ijred.2025.60669 .
Акумулятор тепла, Вікіпедія: вільна енциклопедія. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://uk.wikipedia.org/wiki/Акумулятор_тепла. Дата звернення: 11.06.2025.
Державні будівельні норми України, ДБН В.2.5-67:2013. Опалення, вентиляція та кондиціювання, чинний з 01.01.2014. Київ : Мінрегіон України, 2013. 270 с. [Електронний ресурс]: Режим доступу:
https://dbn.co.ua/load/normativy/dbn/1-1-0-1018. Дата звернення: 22.06.2025.
Seasonal thermal energy storage, in Wikipedia: the free encyclopedia. [Electronic resource]. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Seasonal_thermal_energy_storage. Accessed: 22.06.2025.
I. Sarbu, and C. Sebarchievici, “A comprehensive review of thermal energy storage” Sustainability. vol. 10, no. 1. pp. 191, 2018. https://doi.org/10.3390/su10010191 .
A. Sharma, V. V. Tyagi, C. R. Chen, and D. Buddhi, “Review on thermal energy storage with phase change materials and applications,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 13. pp. 318-345, 2009.
H. Yang, Y. Zou, and H. Cui, “Advancements and challenges in enhancing salt hydrate phase change materials for building energy storage: Optimization methodologies and mechanisms,” National Science Open, vol. 3, no. NSO20230056. 2024. [Electronic resource]. Available: https://www.nso-journal.org/articles/nso/pdf/2024/03/NSO20230056.pdf . Accessed: 22.06.2025.
G. Wang, C. Xu, W. Kong, G. Englmair, J. Fan, G. Wei, and S. Furbo, “Review on sodium acetate trihydrate in flexible thermal energy storages: Properties, challenges and applications,” Journal of Energy Storage, vol. 40, pp. 102780. 2021https://doi.org/10.1016/j.est.2021.102780 .
A. Alvaro de Gracia, and C. F. Cabeza, “A Phase change materials and thermal energy storage for buildings,” Energy and Building, vol. 103, pp. 414-419, 2015. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2015.06 .
Q. Al-Yasiri, and M. Szabó, “Paraffin as a phase change material to improve building performance: an overview of applications and thermal conductivity enhancement techniques,” Renewable Energy and Environmental Sustainability, vol. 6, no. 38, 2021. https://doi.org/10.1051/rees/2021040 . [Electronic resource]. Available: https://www.rees-journal.org/articles/rees/abs/2021/01/rees210036/rees210036.html . Accessed: 30.06.2025.
G. Yang, Y.-J. Yim, J. W. Lee, Y.-J. Heo, and S.-J. Park, “Carbon-Filled Organic Phase-Change Materials for Thermal Energy Storage. A Review,” Molecules. vol. 24, no. 11, Art. 2055, 2019. ISSN 1420-3049. https://doi.org/10.3390/molecules24112055. [Electronic resource]. Available: https://www.mdpi.com/1420-3049/24/11/2055. Accessed: 30.06.2025.
С. В. Будлянський, А. Ф. Редько, і Ю. І. Чайка. Порівняння теплоакумулюючих матеріалів з фазовим переходом для систем сонячного теплопостачання. 2014. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://eprints.kname.edu.ua/38329/ . Дата звернення: 05.02.2025.
Дописувачі Вікіпедії, «Мобільні теплові акумулятори,» Вікіпедія: вільна енциклопедія. Оновлено: 14.07.2024. [Електронний ресурс] Режим доступу: https://uk.wikipedia.org/w/index.php?title=Мобільні_теплові_акумулятори&oldid=43048508 . Дата звернення: 01.07.2025.
В. Г. Демченко, В. Ю. Фалько, і С. С. Гронь, «Мобільні акумулятори для дискретних систем теплохолодопостачання. Частина 1,» Теплофізика і теплоенергетика, № 40 (2), с. 20-26, 2018.
В. Г. Демченко, А. С. Трубачов, В. Ю. Фалько, і С. С. Гронь, «Мобільні акумулятори для дискретних систем теплохолодопостачання. Частина 2,» Теплофізика і теплоенергетика, № 40( 3), с. 57-69, 2018.
Enetech sp. z o.o., Official Website of the Company. — Kraków, Польща : Enetech, 2025. [Electronic resource]. Available: https://enetech.com.pl/ . Accessed: 01.07.2025.
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, згодні з такими умовами:
- Автори зберігають авторське право і надають журналу право першої публікації.
- Автори можуть укладати окремі, додаткові договірні угоди з неексклюзивного поширення опублікованої журналом версії статті (наприклад, розмістити її в інститутському репозиторії або опублікувати її в книзі), з визнанням її первісної публікації в цьому журналі.
- Авторам дозволяється і рекомендується розміщувати їхню роботу в Інтернеті (наприклад, в інституційних сховищах або на їхньому сайті) до і під час процесу подачі, оскільки це сприяє продуктивним обмінам, а також швидшому і ширшому цитуванню опублікованих робіт (див. вплив відкритого доступу).
