CC BY
4
Еникеева А. Р. Enikeeva Л. R.
магистрант кафедры «Промышленная теплоэнергетика», ФГБОУВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», г. Уфа, Российская Федерация
О
Шарипов Б. А. Sharipov В. Л.
магистрант кафедры «Промышленная теплоэнергетика», ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», г. Уфа, Российская Федерация
Федосеева Е. А. Fedoseeva Е. Л.
кандидат технических наук, доцент кафедры «Промышленная теплоэнергетика», ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», г. Уфа, Российская Федерация
УДК 620.9 DOI: 10.17122/1999-5458-2019-15-3-30-35
ПРИМЕНЕНИЕ НЕТРАДИЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ПОКРЫТИЯ НАГРУЗКИ НА ПОДОГРЕВ
РЕЗЕРВУАРОВ
На многих предприятиях Российской Федерации действует энергетический менеджмент. Поскольку энергетика является серьезным источником неблагоприятного воздействия на человека и окружающую среду, это влияние сказывается на атмосфере за счет высокого потребления кислорода, выбросов газа, твердых частиц и влаги. Сфера действия энергетического менеджмента направлена на повышение энергетической эффективности предприятия в целом, что отражает не только снижение потребления топливно-энергетических ресурсов, но также повышение экологической эффективности деятельности (снижение выбросов и т.д.).
В последние годы большое внимание уделяется интенсификации теплообмена при нагреве вязких нефтепродуктов. В данной статье рассматривается замена источника теплоты при подогреве нефтепродуктов в резервуаре.
Каждый день, согласно статистике, на поверхность земли поступает солнечная энергия по объемам, равным годовому расходу ископаемых видов топлива, потребляемых человеком. Данный вид энергии является практически неиссякаемым, а главное экологически безопасным. Ветровая энергия, также как и солнечная, является чистым видом энергии и не сопровождается выбросом вредных газов. Несмотря на низкий экономический потенциал использования энергии солнца и ветра технически их использование на территории страны более чем оправдано.
Основными предложенными вариантами источников для покрытия тепловой нагрузки на поддержание температуры топлива в резервуаре являлись вакуумные солнечные коллекторы, фотоэлектрические солнечные батареи, а также ветроэлектрические установки.
В результате было выявлено, что использование возобновляемых источников энергии может быть эффективно при условии возможности размещения оборудования на территории действующих предприятий.
Ключевые слова: нетрадиционные и возобновляемые источники энергии, альтернативная энергетика, солнечная энергия, солнечная радиация, солнечный коллектор, ветровая энергия.
Electrical and data processing facilities and systems. № 3, v. 15, 2019
NON-TRADITIONAL RENEWABLE ENERGY SOURCES USE FOR TANK HEATING
In many enterprises of the Russian Federation energy management operates. Its scope is aimed at improving the energy efficiency of the enterprise as a whole, which reflects not only a reduction in the consumption of fuel and energy resources, but also an increase in the environmental performance of the activity (reduction of emissions, etc.).
In recent years, much attention has been paid to the intensification of heat transfer when heating viscous petroleum products. This article discusses the replacement of the heat source during the heating of petroleum products in the tank.
Every day, according to statistics, solar energy enters the earth's surface in volumes equal to the annual consumption of fossil fuels consumed by humans. This type of energy is practically inexhaustible, and most importantly environmentally friendly. Wind energy as well as solar is a pure form of energy and is not accompanied by the emission of harmful gases. Despite the low economic potential of using solar and wind energy, their use in the country is technically more than justified.
The main proposed sources for covering the heat load to maintain the temperature of the fuel in the tank were vacuum solar collectors, photovoltaic solar panels, as well as wind power plants.
As a result, it was revealed that the use of renewable energy sources can be efficient provided that the equipment can be located on the territory of operating enterprises.
Key words: non-traditional and renewable energy sources, alternative energy, solar energy, solar radiation, solar collector, wind energy.
В последние годы большое внимание в Российской Федерации уделяется способам повышения энергетической эффективности. Под энергоэффективностью понимается не только снижение потребления топливно-энергетических ресурсов, но и повышение экологической эффективности компаний.
Использование традиционных источников энергии приводит к выбросам с дымовыми газами загрязняющих газов (оксиды углерода, азота, мазутная зола, диоксид азота и т.д.) в атмосферу. Таким образом, приоритет-
Согласно данным Российского энергетического агентства, потенциал возобновляемых источников энергии (ВИЭ) (солнечной, ветровой, геотермальной и др. видов энергии) составляет порядка 4,6 млрд т у.т. На
ной задачей многих предприятий становится снижение нагрузки на источники выработки тепловой и электрической энергии. Решением данной проблемы является внедрение альтернативных источников энергии.
Согласно приведенной статистике [1], основная доля потребления топлива в крупных городах приходится на жилищно-коммунальный сектор (рисунок 1, а), а в целом по РФ — на топливно-энергетический комплекс (рисунок 1, б).
ТЭК 45%
рисунке 2 представлен экономический и технический потенциал ВИЭ в России [2].
Как видно из рисунка 2, несмотря на низкий экономический потенциал использования энергии солнца и ветра (наиболее
Бюджетная сфера
Транспорт
Промытлентга
а) б)
Рисунок 1. Структура потребления топлива по отраслям в крупных городах (а) и по РФ (б)
Низкопотенш! Ешьное тепло 11%
СоЛНСЧКИ энергия
Энергия биомассы
M пая гаароэнсрги
Малая ПЩрОЭВфГТПЛСЯ
3%
книазпптЕнмнаг и|£>е тепло
ж
экономическии потенциал технический потенциал
Рисунок 2. Потенциал ВИЭ в России
популярные ВИЭ в мире), технически их использование на территории страны более чем оправдано.
При выборе вида альтернативного источника энергии следует учитывать многие факторы, но одним из основных является расположение региона.
Например, солнечная энергетика имеет много достоинств, таких как неисчерпаемость и безопасность для окружающей среды. Однако, если посмотреть на карту уровня инсоляции на территории страны, видно, что эта величина достигает менее 4 кВт • ч/м2 во многих регионах (рисунок 3). Это приводит к необходимости нахождения больших площадей для размещения солнечных коллекторов. При этом солнечные электростанции и солнечные системы теплоснабжения не функционируют ночью, а также слабо выполняют свою функцию утром и вечером, что вызывает необходимость установки аккумуляторов энергии. Все это при-
водит к повышению капитальных затрат и увеличению срока окупаемости.
Ветровая энергия, также как и солнечная, является чистым видом энергии и не сопровождается выбросом вредных газов. К основному достоинству энергии ветра можно отнести компактность. При этом по сравнению с поступлением солнечной радиации ветер является более непостоянным источником энергии (рисунок 4), что приводит к низкому выходу электроэнергии. К тому же в последние годы было доказано, что ветровые турбины оказывают сильное влияние на животный мир.
В связи с вышеперечисленным при рассмотрении вопросов внедрения возобновляемых источников энергии необходимо проводить полное технико-экономическое обоснование.
На европейской территории РФ основным топливом для источников теплоснабжения является природный газ. В отдаленных реги-
гр' «s' so' во" то' m' «' *ао' ue1 ijo* i»' wo' »»' mo° m' i«'
Рисунок 3. Уровни инсоляции регионов России [3]
32 -
Electrical and data processing facilities and systems. № 3, v. 15, 2019
%
П&ропшлмси-ПНвтсмй 1
Среднегодовая скорость ветре:
менее 3 м/с от 3 до 5 м/с бопво 5 м/с
Рисунок 4. Карта ветров России [4]
онах России зачастую применяют жидкое топливо (мазут, нефть, дизельное топливо и т.д.) в связи с отсутствием газификации регионов. При использовании жидкого топлива возникает необходимость его подогрева и поддержания определенной температуры при хранении.
Для рассмотрения возможности использования нетрадиционных источников энергии для поддержания постоянной температуры топлива был рассмотрен резервуар V=5000 м3, расположенный на территории г. Уфа. Резервуар предназначен для хранения мазута. Температуру мазута поддерживают на уровне t=40-45 °С. На рисунке 5 приведена схема резервуара с указанием основных конструкционных характеристик [5]. Для снижения тепловых потерь резервуар утепляют мине-
ральной ватой толщиной 100 мм. Поддержание температуры топлива производится при помощи теплообменного аппарата, располагаемого внутри резервуара, или при помощи греющего кабеля.
В качестве источников для покрытия тепловой нагрузки на поддержание температуры топлива в резервуаре предлагается рассмотреть три варианта:
1. Использование вакуумных солнечных коллекторов для нагрева теплоносителя, поступающего в теплообменный аппарат резервуара;
2. Использование фотоэлектрических батарей для покрытия нагрузки электрического греющего кабеля (в первом случае учтена стоимость электрических панелей; во втором — стоимость солнечных панелей,
ПАТРУБКИ
ДНИЩЕ / ,
Рисунок 5. Конструкция резервуара ^=5000 м3, D=22906 мм, Н=11780 мм)
Electrical facilities and systems
Секция нагреб зтельнгя
коробка распред №
кабель управления ^/Г ' |ДТ
£ rp-.rhal^J . ^.рап-М» fr.
а) б)
Рисунок 6. Принципиальные схемы расположения теплообменного аппарата (а) [6] и греющего кабеля (б)
[7] при обогреве резервуара
включая все прилежащее оборудование, необходимое для электростанции);
3. Использование ветрогенератора для покрытия нагрузки электрического греющего кабеля.
Согласно теории теплообмена, была рассчитана тепловая нагрузка, требуемая для подогрева мазута в резервуаре. Она составила Q=75 кВт. Сравнение вариантов покрытия нагрузки на поддержание температуры мазута представлено в таблице 1.
Таблица 1. Сравнение вариантов применения ВИЭ
№ п/п Наименование Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3
1 Суммарные затраты, тыс. руб. 396 11266 5324
2 Затраты на первичную энергию, тыс. руб. 1247 1247 1247
3 Срок окупаемости, лет 0,3 9,1 4,3
Как видно из анализа таблицы 1, простой срок окупаемости при использовании вакуумных солнечных коллекторов составляет менее 1 года. Однако при решении внедрения солнечных систем нагрева теплоносителя необходимо решать вопрос размещения оборудования, что сделать на действующих предприятиях достаточно сложно.
Список литературы
1. Отчет по маркетинговому исследованию на тему: Исследование рынка ресурсов — и энергосбережения города Москвы // Портал информационной поддержки малого и среднего производственного бизнеса. URL: http://subcontract.ru/Docum/DocumShow_ DocumID_1088.html (дата обращения: 28.02.2019).
Вывод
На основании проведенного исследования можно сделать заключение, что вопросы использования возобновляемых источников энергии лучше всего решать на стадии проектирования предприятий.
2. Потенциал возобновляемых источников энергии Workbook (xlsx). London, 2012. URL: Statistical Review of World Energy (дата обращения: 28.02.2019).
3. Солнечная инсоляция — справочные таблицы // Альтернативная энергия. URL: https://alternativenergy.ru/solnechnaya-energe-tika/312-solnechnaya-insolyaciya.html (дата обращения: 28.02.2019).
Electrical and data processing facilities and systems. № 3, v. 15, 2019
4. Карта ветров России // Развитие. URL: http://verdit.ru/finansing/karta-vetrov-rossii.html (дата обращения: 28.02.2019).
5. Резервуар РВС-5000. Резервуары вертикальные // Промснаб. URL: http://promsupp. ru/rezervuar-rvs-5000/ (дата обращения: 28.02.2019).
6. Электрообогрев емкостей и резервуаров хранения // Элетен. URL: http://www. eleten.com.ua/Jelektricheskij_obogrev_emko-stej,_cistern_i_rezervuarov.html (дата обращения: 28.02.2019).
7. Обогрев резервуаров // Альфа Проджект. URL: http://www.obogrevay.ru/ engineering/obogrev-rezervuarov (дата обращения: 28.02.2019).
References
1. Otchet po marketingovomu issledovaniyu na temu: Issledovanie rynka resursov — i energosberezheniya goroda Moskvy [Report on Marketing Research on the Topic: Research of the Market of Resources — and Energy Saving of the City of Moscow]. Portal informatsionnoi podderzhki malogo i srednego proizvodstvennogo biznesa. Available at: http://subcontract.ru/Docum/DocumShow_ DocumID_1088.html (accessed28.02.2019). [in Russian].
2. Potentsial vozobnovlyayemykh istoch-nikov energii Workbook (xlsx) [Potential Rene-
wable Energy Workbook (xlsx)]. Potential Renewable Energy Workbook (xlsx). London, 2012. URL: Statistical Review of World Energy (accessed: 02.28.2019).
3. Solnechnaya insolyatsiya — spravoch-nye tablitsy [Solar Insolation-Reference Tables]. Al'ternativnaya energiya. Available at: https:// alternativenergy.ru/solnechnaya-ener-getika/312-solnechnaya-insolyaciya.html (accessed 28.02.2019). [in Russian].
4. Karta vetrov Rossii [Wind Map of Russia]. Razvitie. Available at: http://verdit.ru/ finansing/karta-vetrov-rossii.html (accessed 28.02.2019). [in Russian].
5. Rezervuar RVS-5000. Rezervuary vertikal'nye [Tank RVS-5000. Vertical Tanks]. Promsnab. Available at: http://promsupp.ru/ rezervuar-rvs-5000/ (accessed 28.02.2019). [in Russian].
6. Elektroobogrev emkostei i rezervuarov khraneniya [Electric Heating of Tanks and Storage Tanks]. Eleten. Available at: http:// www.eleten.com.ua/Jelektricheskij_obogrev_ emkostej,_cistern_i_rezervuarov.html (accessed 28.02.2019). [in Russian].
7. Obogrev rezervuarov [Tank Heating]. Alfa Prodzhekt. Available at: http://www. obogrevay.ru/engineering/obogrev-rezervuarov/ (accessed 28.02.2019). [in Russian].
