ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ И ВТОРИЧНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
ТЕПЛОВАЯ ЭНЕРГИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Все вещества при температуре выше абсолютного нуля имеют определенный запас теплоты, что теоретически дает возможность использовать ее. К таким веществам в первую очередь принадлежат воздух, почва, поверхностные и грунтовые воды. Запасы теплоты окружающей среды настолько большие, что когда бы все электростанции мира работали на теплоте мирового океана, то только через 840 лет его температура снизилась бы на 1 °С. Однако низкий потенциал этой теплоты не дает возможность применить ее в энергоустановках для получения работы. Окружающая среда, как известно, в тепловой схеме энергоустановки является холодным источником теплоты.
К основным особенностям теплоты окружающей среды принадлежат ее огромные запасы, низкий потенциал, зависимость последней от времени года и суток, низкая плотность потоков. Эти особенности и предопределяют направления использования теплоты окружающей среды. Это в первую очередь отопление жилых и производственных помещений, получения горячей воды для хозяйственных бытовых и технологических потребностей. С этой целью потенциал теплоты окружающей среды повышают в теплонасосных установках (ТНУ) благодаря работе, которая подводится извне.
Источниками низкопотенциального тепла на территории Украины, обеспечивающими энергетически эффективную и экономически целесообразную работу теплонасосных установок (ТНУ) являются:
• грунтовая вода, сохраняющая в течение всего года постоянную температуру на уровне (+8÷ +12)°С;
• подземный грунт на глубине от 2-х до 50 м при температуре (+10 ÷ +14)°С;
• морская вода с минимальной температурой в зимний период до (+ 8÷ +10)°С;
• солнечная энергия при использовании в течение всего года с сезонными и суточными аккумулирование теплоты;
• наружный воздух с температурой в зимний период до (-5÷ -8)°С.
б) низкотемпературные вторичные энергоресурсы:
• сбросные промышленные низкотемпературные стоки и воздушные выбросы предприятий;
• сточные воды очистных сооружений городов и крупных населенных пунктов;
• тепло молока на молочно-товарных фермах и др. источники сельхозпроизводства.
Общедоступным источником низкопотенциальной теплоты является воздух, широко применяемый в малых ТНУ (квартирных, домовых). Однако низкие значения температуры воздуха, теплоемкости и коэффициента теплоотдачи не дают возможность достичь приемлемых показателей энергетической эффективности больших установок, в частности теплонасосных станций (ТНС), к испарителям к которым нужно подводить большие тепловые потоки.
Очень выгодными являются такие установки на больших незамерзающих водоемах - таких, как Черное и Каспийское моря в их средней и южной частях. На черноморском побережье Кавказа уже действуют ТНУ на морской воде, температура которой зимой в этом районе не опускается ниже 8 °С (рис. 7.1).
Особенно эффективным является круглогодичное использование теплоты морской воды с температурой летом 20-25 °С и выше для ТНУ горячего водоснабжения на южных курортах стран СНГ. Так, например, в восьми приморских городах, где проживает около 2 млн. человек, можно построить ТНУ общей тепловой мощностью более чем 3000 МВт с использованием морской воды в качестве низкопотенциального источника теплоты.
Из-за сравнительно низкой температуры морской воды зимой (6÷10)°С среднегодовой коэффициент трансформации теплоты может быть не более трех. Чтоб повысить экономическую эффективность ТНУ в южных городах, их целесообразно летом использовать не только для выработки теплоты на горячее водоснабжение, но и для выработки холода для кондиционирования воздуха. Важным фактором является и то, что кроме морской воды в этих городах есть и другие источники низкопотенциальной теплоты. Например, в Сочи действуют водоочистительные сооружения пропускной способностью 130 тыс. м3 воды за сутки. Использование для ТНУ теплоты этой воды, которая имеет зимой более высокую температуру, чем морская вода, даст возможность повысить общую эффективность городских ТНС, если последние применять летом как холодильные установки.
1 - Одесса; 2 - Ялта; 3 - Батуми; 4 – Туапсе.
Рисунок 7.1 - Изменение температуры морской воды вблизи некоторых городов на побережье Черного моря на протяжении года
Слабоминерализованные низкотемпературные геотермальные воды также могут быть источником теплоты для ТНУ. Это касается также и солнечной энергии, в гелиоустановках.
Использование энергии окружающей среды пока еще экономически приемлемое лишь в ограниченных районах и для отдельной категории потребителей. Это, в первую очередь, южные районы Украины для покрытия низкотемпературного теплопотребления в быту, сфере обслуживания населения. Особенную целесообразность и эффективность применения энергии окружающей среды приобретает для мелких потребителей и отдаленных районов, где есть электроэнергия, но отсутствующее топливо.
