Машины и системы низкопотенциальной энергетики (Часть 1)
Низкопотенциальная энергетика представляет собой новое научно-техническое направление, которое стало широко развиваться в последние 20 лет. Оно связано с проблемами экономии топливно-энергетических ресурсов и защиты окружающей среды от теплового загрязнения и базируется преимущественно на использовании для получения холода, теплоты и электроэнергии нетрадиционных источников тепловых ресурсов. К таким источникам относятся вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) и так называемые возобновляемые источники теплоты - недр Земли (геотермальной энергии), Солнца и окружающей среды. Само понятие низкопотенциальной энергетики связано с температурным уровнем нетрадиционных источников тепловых ресурсов, который в зависимости от вида источника и времени года может иметь пределы от 0 до 400 °С. Этот диапазон температур источников условный, так как некоторые новые виды источников теплоты, например теплоты сгорания биогаза, также относят к нетрадиционным материальным ресурсам, позволяющим получить теплоту с высоким температурным уровнем.
Вторичные энергетические ресурсы - это тепловые отходы технологических производств промышленных предприятий, коммунальных, бытовых, жилых и других объектов. К категории ВЭР можно также отнести самоизливающиеся геотермальные воды, горячие минеральные источники, теплота которых не используется в бальнеологии, сжигаемый попутный газ при нефтедобыче, добываемую горячую нефть и др.
Проблема экономии топлива путем использования ВЭР в последние годы стала очень актуальной и приобрела общегосударственное значение. Промышленные потребители используют в настоящее время свыше 60% всего добываемого топлива и около 70% всей вырабатываемой электроэнергии. Коэффициент полезного использования энергии в технологических процессах остается все еще невысоким и составляет лишь 35-40%. Утилизация ВЭР в промышленности за последние годы улучшилась, однако в наши дни фактическая экономия топлива за счет теплоты ВЭР по отношению к возможной составляет 30-32%, в том числе и нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности - 40, в химической - 25%.
Одно из эффективных направлений утилизации теплоты ВЭР - производство холода для предприятий, технологические процессы которых требуют его при различных температурах охлаждения. Следует отметить, что большинство предприятий химической, нефтехимической и других отраслей промышленности являются хладоемкими производствами и одновременно характеризуются наличием достаточно большого количества неиспользуемых ВЭР в виде пара, горячей воды, факельных сбросов, горячих газов и т.п. На базе таких источников ВЭР в ряде случаев холод может быть выработан с помощью абсорбционных холодильных машин, серийно выпускаемых в нашей стране.
Решая вопросы рационального и эффективного использования ВЭР, следует обращать внимание на то, что наряду с получением холода могут быть осуществлены и процессы преобразования теплоты с низкого температурного уровня на более высокий и наоборот - с применением тех же абсорбционных холодильных машин, а также процессы выработки электроэнергии в турбоустановках, работающих на различных хладонах, аммиаке и др.
Теплоту низкопотенциальных ВЭР можно использовать для теплоснабжения и горячего водоснабжения также с помощью компрессорных тепловых насосов. В переходные и зимний периоды года в качестве низкопотенциальных источников теплоты в компрессорных тепловых насосах могут быть использованы источники окружающей среды (холодная вода из водоемов, артезианская вода, наружный воздух температурой свыше 0 °С, а также горные породы (грунт)). В последние годы большое внимание уделяют использованию для целей хладо- и теплоснабжения с помощью холодильных машин и электроснабжения с помощью турбин на неводяных парах рабочих веществ (хладагентах) возобновляемые источники теплоты - недр Земли (геотермальной энергии воды и горячих сухих горных пород) и Солнца.
Источник:
Холодильные машины: Учебник для студентов втузов специальности «Техника и физика низких температур».
Авторы: А.В. Бараненко, Н.Н. Бухарин, В.И. Пекарев, Л.С. Тимофеевский;
Под общей редакции Л.С. Темофеевского
Издательство «Политехника».
