СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОИ ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕТРАДИЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ В ОТЕЧЕСТВЕННОЙ И МИРОВОЙ ПРАКТИКЕ

Важным направлением экономии топливно-энергетических ресурсов является использование в энергоснабжении, в том числе в тепло - и хладоснабжении, возобновляемых источников энергии.

К возобновляемым источникам энергии относят: тепло Земли; энергию Солнца; энергию ветра; тепло, выделяемое при сжигании биомассы; энергию Мирового океана (волн, приливов и отливов) и др.

Использование тепла Земли проще всего реализуется в районах с наличием геотермальных вод сравнительно неглубокого залегания, что уже получило широкое распространение в мировой и отечествен­ной практике. В отдаленной перспективе планируется использование глубинного тепла Земли, содержащегося в горных породах (петротер - мального тепла).

В СССР основные ресурсы термальных вод расположены в районах Кавказа, Сибири, Дальнего Востока, Камчатки, Казахстана и Средней Азии. Общие запасы термальных вод в стране эквивалентны по тепло­вому потенциалу 30 ... 40 млн т усл. топл. в год. В настоящее время находятся в эксплуатации несколько десятков месторождений тер­мальных вод, расположенных на Кавказе и на Камчатке. Системы геотермального теплоснабжения получили широкое распространение за рубежом: в Исландии, во Франции, Румынии, США и других странах.

Основные специфические особенности применения геотермальных ' вод для целей теплоснабжения следующие:

Ограниченное число регионов с наличием термальных вод, где экономически целесообразно сооружение термоводозаборов;

Одноразовость использования, так как термальные воды после использования их температурного потенциала в системах теплоснабже­ния сбрасывают в водоем или закачиваются обратно в пласт;

В большинстве случаев сравнительно низкая температура, что вызывает необходимость дополнительного нагрева воды в пиковой котельной или теплонасосной установке;

Повышенная коррозионная активность и часто большая жесткость геотермальной воды; в связи с этим приходиться применять двухкон - турные системы, т. е. пропускать эту воду через первичный контур, отделенный от тепловых сетей и теплопотребляющих установок через поверхностный теплообменник;

Глубокое срабатывание температурного потенциала (желательно до температуры окружающей среды), что вызывает необходимость увели­чения поверхностей нагрева отопительных приборов по сравнению с традиционными системами.

При невысоком температурном потенциале геотермальных вод наиболее предпочтительной областью их применения являются систе­мы отопления теплиц, лучистого (напольно-потолочного) отопления, а также горячего водоснабжения зданий.

К районам с наиболее благоприятными условиями для солнечного тепло - и хладоснабжения относятся республики Средней Азии и Кав­каза, южные районы Украины и Казахстана, Молдавия, юг РСФСР, где продолжительность солнечного сияния составляет 2200...3000 ч в год, а

Солнечная радиация - 1200 ... 1700 кВт-ч на 1 м2 горизонтальной по­верхности.

/ В настоящее время в мире работает около 1,5 млн гелиоустановок, большая часть которых предназначена для обеспечения нужд горячего водоснабжения. Объем производства и монтажа гелиоколлекторов

Только в США составляет 1,6 млн мг в год.

Расширение масштабов использования энергии Солнца для целей тепло - и хладоснабжения сдерживается в основном из-за сравнительно высоких удельных капиталовложений в сооружение гелиосистем по сравнению с системами, работающими от традиционных источников энергии. В связи с этим в ряде развитых капиталистических стран разработаны специальные программы, стимулирующие применение гелиоустановок в частном, коммерческом и муниципальном секторах. Так, например, в округе и в городе Сан-Франциско в 1985 г. при муниципальной Комиссии по коммунальным инженерным системам создано специальное Бюро по экономии энергии. В задачу Бюро, в частности, входит оказание финансовой помощи на монтаж систем солнечного теплоснабжения владельцам существующих зданий, а также лицам, осуществляющим новое строительство. Разработанная указанным Бюро программа субсидирования мероприятий по эконо­мии энергии получила высокую оценку. Она признана ведущими специалистами по энергетике из 40 крупнейших городов США лучшей программой, созданной за последнее время. Следует также отметить, что новые нормы проектирования, разработанные в штате Калифорния, позволяют снизить удельное потребление энергии в административных зданиях на 40 % за счет регулирования поступления солнечной радиа­ции, создания эффективной системы освещения и увеличения подвиж­ности воздуха.

В последние годы получает все более широкое применение исполь­зование энергии ветра. Главная задача ветровых двигателей заклю­чается в выработке электрической энергии. Вместе с тем электричес­кая энергия от ветродвигателей используется также в периоды прова­ла графика потребления электрической нагрузки для получения тепловой энергии, ее аккумулирования и использования. Выпускае­мые в настоящее время в СССР ветродвигатели имеют единичную мощностью менее 60 кВт. Начиная с 1990 г. намечается освоить выпуск установок мощностью 100 ... 300 кВт.

В штате Калифорния в районе Алтамонт Пас начиная с 1981 г. уста­новлено свыше 7 тыс. ветровых двигателей с единичной мощностью 40 ... 750 кВт. Агрегаты изготовлены 20 предприятиями США, Дании, Бельгии, Англии, Шотландии, ФРГ. К 1995 г. планируется довести суммарную мощность ветродвигателей в указанном районе до 1 млн кВт.

В Советском Союзе свыше 30 % общего объема энергии, получаемой от нетрадиционных источников, приходится на долю биомассы, к которой относятся: биогазы отходов животноводства, осадков сточных вод, отходов пищевой промышленности, свалок, водорослей, твердые

Бытовые отходы, отходы лесной и гидролизной промышленности, отходы растениеводства и др.

Высокая эффективность работы тепло - и хладоснабжающих систем достигается при комплексом использовании различных возобновляе­мых источников энергии в сочетании с прогрессивными термодинами­ческими циклами при производстве электроэнергии, тепла и холода. Примером современной теплоэнергетической установки подобного типа может служить схема энергоснабжения фирмы "Риди Крик" предприятий и павильонов в парке "Мир Уолта Диснея" во Флориде [рис. 1.1). Энергоснабжение предприятий и павильонов комплекса

Осуществляется от парогазовой ТЭЦ. Газовая турбина мощностью 35 кВт может работать на газе и нефти. Отработанные газы поступают в котел-утилизатор, питающий паровую турбину мощностью 7 мВт. Отработанный пар конденсируется в бромисто-литиевой холодильной машине. В испарителе этой машины охлаждается вода, используемая в системе хладоснабжения (кондиционирования воздуха зданий парка). Горячая вода после конденсатора используется для целей горячего водоснабжения и технологических нужд. Дополнительными источни-

622-2 17

Ками получения тепловой и электрической энергии являются фокуси­рующие солнечные коллекторы (с концентраторами солнечных лучей), а также котел-утилизатор, сжигающий твердые бытовые отходы. Для аварийного тепло - и хладоснабжения установлены газовые котлы.

Таким образом, основные особенности энергоснабжения комплекса фирмы "Риди Крик" заключаются в следующем:

Применение в одной энергетической системе различных термодина­мических циклов (газотурбинного, паротурбинного, трансформации энергии в абсорбционной машине);

Последовательное использование энергии по мере снижения ее потенциала в различных установках (отходящих газов после турби-. ны - в котле-утилизаторе; пара, после турбины - в абсорбционной холодильной машине; горячей воды, после конденсатора абсорбцион­ной машины - в системах горячего водоснабжения);

Использование двух видов возобновляемых источников энергии (солнечной и выделяющейся при сжигании бытового мусора) для целей как тепло-, так и электроснабжения;

Наличие аварийных (дублирующих) мощностей. Одним из приоритетных направлений государственной программы научно-технического прогресса в энергетике является "Создание и внедрение технологий и технических средств, обеспечивающих широкомасштабный вклад нетрадиционных врдообновляемых источ­ников энергии в энергетический баланс страны" [2].

Это направление предусматривает 10-кратное увеличение объема использования нетрадиционных источников в период с 1990 по 2010 г. с замещением 50... 60 млн т усл. топл., в том числе при использовании:

Геотермальной энергии с экономией до 12 млн т усл. топл. в 2010 г., которая будет получена путем сооружения геотермальных электро­станций на парогидротермах вулканического пояса и геотермальных станций теплоснабжения на Кавказе, в Карпатах и Восточной Сибири;

Солнечной энергии с экономией до 10 млн т усл. топл. в 2010 г. для целей тепло - и электроснабжения при вытеснении котельных на орга­ническом топливе, дизель - генераторов и других топливных установок в районах южнее 45-й параллели;

Ветровой энергетики с экономией до 10 млн т усл. топл. за счет автономных ветровых электростанций при вытеснении органического топлива;

Биомассы с экономией до 12 млн т усл. топл. при создании установок тепловой мощностью 10 ГВт.