загрузка...
 
ВСТУП
Повернутись до змісту

ВСТУП

Для використання максимуму потенціалу теплових енергоресурсів необхідна реалізація когенераційного вироблення механічної роботи і теплоти, як це має місце при функціонуванні теплоелектроцентралей (ТЕЦ). Проте централізоване теплопостачання від ТЕЦ пов'язане із значними втратами теплоти при її транспортуванні до віддаленого споживача. Для зниження вказаних втрат доводиться використовувати велику кількість систем автономного теплопостачання, в яких у переважній більшості, ексергетичний потенціал спалюваного палива витрачається тільки на середньотемпературний нагрів теплоносія (50-100°C) без генерації механічної роботи.

Чим нижчий рівень нагріву теплоносія в автономному теплогенераторі, тим менше вимагається ексергії для реалізації цього нагріву. Проте при спалюванні палива відсутня бажана еквівалентність необхідного приросту ексергії для потоку нагріваючого середовища і потоку продуктів згорання через велику різницю температур між вказаними потоками.

Існує альтернативний спосіб теплопостачання, який припускає формування потоку гарячого теплоносія з мінімально необхідної кількості ексергії. Подібну ексергію можна відбирати з природних або скидних техногенних потоків теплоти з додаванням деякої частини додаткової ексергії від зовнішніх джерел, необхідної для компенсації витрат на реалізацію підвищуючої термотрансформації відповідно до другого закону термодинаміки. Подібний спосіб теплопостачання реалізується в пристроях, які називаються тепловими насосами.

Використання теплових насосів перспективне в комбінованих схемах при поєднанні з іншими технологіями використання поновлюваних джерел енергії – сонячною і геотермальною. Можливості і економічна доцільність застосування теплових насосів і установок залежать від кліматичних особливостей регіону, рівня розвитку паливно-енергетичного сектора, співвідношення цін на основні види палива і електроенергії та інших чинників.

Енергетична ефективність теплових насосів залежить від характеристик теплових джерел, що беруть участь в термотрансформації: від температурного рівня нагріву середовища споживача теплового навантаження і від температури надходження утилізованого низькопотенційного середовища.

Рівень нагріву середовища споживача теплоти залежить від цільового призначення теплопостачання, і найкращі технікоекономічні результати, як правило, відповідають застосуванню теплонасосних систем для побутового гарячого водопостачання.

Застосування теплових насосів для опалювальних цілей ефективно тільки для систем "м'якого режиму", наприклад, для повітряних або водяних систем підлогового опалювання. Адаптація теплових насосів до характеристик водяного батарейного опалювання для регіонів країни з середньозимовою температурою нижче мінус 2°C пов'язана з використанням бівалентних теплонасосних установок, в яких догрівання теплоносія забезпечується традиційними теплогенеруючими пристроями.

Можливість використання в теплопостачанні потоків низькопотенційних вторинних енергоресурсів значно розширює ресурсну базу теплопостачання, робить її менш залежною від постачань паливних ресурсів. Задіявши тепловий насос, що працює на джерелах природної теплоти (атмосферне повітря, природні води), ми немов умовно забезпечили системи теплопостачання паливним ресурсом на 15-20 років її роботи.

Утилізація низькопотенційної теплоти у промисловому виробництві може істотно підвищити ефективність енерговикористання. Особливо це стосується технологій, пов'язаних із споживанням парових потоків, таких, як випаровування, кристалізація, ректифікація і ін. Утилізація низькопотенційної теплоти систем оборотного водопостачання підприємств дозволяє істотно понизити витрату підживлюваної води за рахунок виключення відкритих пристроїв охолоджування (градирень, басейнів), зменшується загальне енергоспоживання подібних систем за рахунок виключення вентиляторів для градирень.

Необхідно відзначити раціональність використання електроенергії в теплонасосних системах теплопостачання. У тепловому насосі електроенергія, забезпечуючи необхідну термотрансформацію, одночасно реалізує як теплову, так і силову якість електроенергії, завдяки чому досягається економія первинного енергоресурсу. Електроенергія, що витрачається в тепловому насосі, заміщає високоякісне паливо для традиційних теплогенераторів, проте вказана економія енергоресурсу абсолютно не враховується при формуванні тарифу на електроенергію для теплових насосів.

У даний час велика увага приділяється енергоаудиту і реконструкції існуючих автономних систем теплопостачання на базі традиційної теплогенеруючої техніки. Аналіз стану подібних систем показує, що вони мають низьку технічну і економічну ефективність. Це є наслідком фізичного зносу морально застарілого водонагрівального котельного устаткування малої теплопродуктивності (400-700 кВт) з експлуатаційним к.к.д. 60-70%. Через відсутність необхідної водопідготовки знижується експлуатаційна надійність котлів, зростають витрати на ремонтно-відновлювальні роботи і підживлення теплових мереж внаслідок відкритого водорозбору. Для подібних систем собівартість вироблення теплоти достатньо висока і в 2-2,5 раза більша вартості витрачуваного палива.

У свою чергу, теплові насоси характеризуються високою вартістю капітальних витрат, що становлять від 200 до 500$ США за 1 кВт теплопродуктивності. Зважаючи на це, реалізація проектів теплопостачання із застосуванням теплонасосних систем вимагає їх техніко-економічного зіставлення з системами традиційного типу.

Ефективність кожної з систем, що зіставляються, залежить від багатьох чинників і при порівнянні необхідно враховувати не тільки показники енергоефективності, але і показники реального економічного ефекту. Подібний комплексний підхід закладений в методології термоекономічного аналізу, на базі якого можливо виконати порівняння показників різних систем теплопостачання з подальшим проведенням оптимізаційних розрахунків.

Використання термоекономіки (ексергоекономіки) і її категорій значно полегшує ухвалення рішення про доцільність застосування теплових насосів і дає можливість встановити межі пріоритету в порівнянні з іншими системами теплопостачання.

В Україні, що має обмежені запаси паливних ресурсів, застосування теплових насосів повинне розглядатися як один з пріоритетних напрямів енергозбереження. Ефективнішим є застосування теплонасосної техніки при комплексній інтеграції до структури теплопостачання міст і промислових районів. Масштаб застосування теплонасосних систем доцільно визначати ще на стадії перспективного планування або реконструкції нових або діючих об'єктів теплопостачання.

Системні переваги теплових насосів можна представити у вигляді таких узагальнень:

1. Парокомпресійні теплові насоси в порівнянні з котельними установками дозволяють максимально економити первинні високопотенційні енергоресурси. Залежно від коефіцієнта перетворення ця економія може становити 60 % і вище.

2. Виробництво електроенергії на електростанціях здійснюється за прогресивними технологіями найбільш ефективними способами, спрямованими на скорочення витрати палива, що створює сприятливі умови для впровадження теплонасосного устаткування в системах теплопостачання.

3. При використанні теплових насосів парокомпресійного типу забезпечується екологічна чистота навколишнього середовища.

4. Для теплонасосного теплопостачання відпадає необхідність у закупівлі, транспортуванні, зберіганні палива і витраті фінансових коштів, пов'язаних з цим.



загрузка...