Использование альтернативных источников теплоты

Альтернативными источниками энергии называются ее нетрадицион­ные виды, пока еще имеющие ограниченное применение. К ним относятся возобновляемые источники энергии (ВИЭ). Кратко рассмотрим эти источ­ники, возможность и перспективы их применения для теплоснабжения.

К ВИЭ относятся: солнечная энергия, энергия ветра, геотермальная энергия, биоэнергетические ресурсы, теплонасосные установки для исполь­зования теплоты грунта, атмосферного воздуха и вод. Все эти источники i определенной мере сейчас используются, их широкое применение - дел» недалекого будущего.

Сложности добычи органического топлива, ограниченность его ресур­сов, которая уже сейчас проявляется, заставит ориентироваться в опреде­ленной степени на альтернативные источники. В результате термоядерны! реакций солнце выделяет громадное количество энергии. Часть потока сол­нечной энергии достигает земли. За счет этой энергии существует все живое на нашей планете.

Согласно подсчетам количество солнечной энергии, достигающей по­верхности земли каждые 72 часа, эквивалентно всей энергии, сосредото­ченной в мировых запасах угля, нефти и природного газа.

Если использовать для нужд электро- и теплоснабжения солнечную энергию, падающую на 0,003% поверхности земли, можно полностью удовлетворить все современные энергетические потребности.

В Российской Федерации солнечная энергия наиболее эффективно мо­жет быть использована в Нижнем Поволжье и на Северном Кавказе. В этих регионах на 1 м² поверхности за год поступает 1280-1870 кВт-ч солнечно!

48 ергии, продолжительность солнечного излучения составляет 2002-3000 часов в год. Суммарное количество солнечного излучения, поступающего на горизонтальную поверхность в этих регионах, в 1,5 раза больше, чем в Швеции, где солнечную энергию широко используют для теплоснабжения. Солнечная энергия находит все более широкое применение во многих стра­нах. В конце XX в. в Греции, Германии, Австрии, Франции, Дании общая площадь солнечных коллекторов для подогрева воды составляла 23 млн м². В США находятся в эксплуатации более 800 тыс. домов с солнечным ото­плением и горячим водоснабжением.

В Израиле жилые дома до 9 этажей обязательно должны иметь уста­новки солнечного горячего водоснабжения.

Система солнечного теплоснабжения (рис. 2.18) обычно состоит из трех основных элементов: приемника солнечного излучения (коллектора), аккумулятора теплоты, системы распределения теплоты.

Системы могут быть: по назначению - для отопления, горячего водо­снабжения, комбинированные и др.; по времени работы - сезонные и круг­логодичные; по сфере действия - местные, групповые, центральные; по наличию второго источника - с дублером и без него и др.

Солнечный коллектор служит для преобразования солнечного излуче­ния в тепловую энергию. Теплота отводится теплоносителем, протекающим в каналах. Для систем отопления жилых и общественных зданий обычно используют плоские коллекторы с теплоносителем-водой (рис. 2.19).

Солнечные коллекторы устанавливают на покрытии здания или на площадке. Коллекторы должны быть ориентированы на юг с отклонением на восток или запад до 20°. Угол наклона коллектора к горизонту прини­мают равным широте местности при круглогодичной работе и широте плюс 15° при работе летом.

Аккумулятор теплоты служит для выравнивания несоответствия между потребностью в теплоте и периодичностью ее поступления с солнечной радиацией на протяжении дня, месяца, года. Аккумулятор накапливает, сберегает и передает тепловую энергию в соответствии с потребностью. В аккумуляторе может производиться дополнительный нагрев воды до задан­ной температуры.

В системах теплоснабжения перспективно использование теплоты геотермальных вод. К преимуществам этого источника теплоты относятся дешевизна и отсутствие загрязнения атмосферы при его использовании. К сожалению, далеко не везде возможно получение геотермальных вод, пригодных для применения в системах теплоснабжения.

Геотермальные воды залегают на глубине 2-10 км. В некоторых местах подземные воды выходят на поверхность земли в виде горячих источников - гейзеров. Эта теплота может быть трансформирована в электрическую энергию или использована в системах теплоснабжения.

Электростанции, использующие геотермальные воды для производства электроэнергии, работают в Италии, Новой Зеландии, Японии, на Филип­пинах, в США. Рейкьявик, столица Исландии, отапливается геотермальны­ми водами.

Геотермальные воды применяются для теплоснабжения в ряде регио­нов Российской Федерации, в частности в Дагестане и на Камчатке. Издав­на они используются для лечебных целей.

Часть геотермальных вод имеет температуру и содержание солей, ко­торые позволяют использовать их в системах теплоснабжения без предва­рительной обработки и применения промежуточного теплообменника.

Воду, отдавшую теплоту, из системы обычно возвращают в пласт. Это предотвращает загрязнение почвы минерализованной водой.

Если необходимо повысить температуру теплоносителя - геотермаль­ной воды, ее подогревают в пиковом подогревателе.

Энергия ветра издавна использовалась людьми для работы мельниц и водяных насосов. До Первой мировой войны в России действовали 200 тыс. ветряных мельниц.

Сейчас вопрос использования энергии ветра вновь стал актуальным. При современной стоимости нефти и газа становится рентабельной ветро­вая энергетика. За последние 20 лет стоимость кВт-ч, вырабатываемого вет­ровой электростанцией, снизилась в 8 раз и приблизилась к стоимости элек­троэнергии, получаемой при сжигании нефти, газа, угля или вырабатывае­мой на АЭС.

В настоящее время в мире находятся в эксплуатации более 2 млн вет­роэнергетических установок общей мощностью около 7000 МВт. Сейчас за счет этого вида энергии обеспечивается 4,7% потребности Германии в электроэнергии.

В Российской Федерации имеются большие возможности для приме­нения ветроэнергетических установок. Промышленность выпускает ветро-агрегаты малой мощности - до 16 кВт.

Электрическая энергия, полученная на ветроэнергетических установ­ках, может быть использована для нужд теплоснабжения, в частности для обогрева зданий сельскохозяйственного назначения и отдельно стоящих зданий.

Это экономически целесообразно, если ее стоимость будет значитель­но ниже, чем стоимость электроэнергии тепловых электростанций. Это даст возможность обеспечить теплотой здания, в которых нецелесообразно уст­раивать котельные или подводить к ним тепловые сети.

Очень перспективно применение биоэнергетики для получения тепло­ты и электрической энергии. Она экологически чиста, не дает вредных вы­делений и может применяться повсеместно.

В основе биотехнологии находится переработка возобновляемого ис­точника - биомассы. Биомасса состоит из отходов сельского хозяйства (со­лома, стебли растений, навоз и др.), пищевой промышленности, предпри­ятий по заготовке древесины, а также мусора и т.п. В мире имеется и посто­янно возникает громадное количество биомассы. Только соломы ежегодно на земле образуется 1700 млн т. Из общего количества биомассы человек использует для своих нужд лишь 0,5%. Считают, что запасов газа хватит на 40 лет, угля - на 200-300 лет, нефти - на 30 лет. Ресурсы биомассы неис­черпаемы.

Наиболее эффективным способом использования биомассы является ее переработка для получения биогаза, который служит для выработки тепло­вой и электрической энергии. Биогаз является смесью газов, в которой пре­обладают метан (55-65%) и диоксид углерода (35-45%).

Лекция №3