CC BY
86
2. Malyshkin V.G., Market Dynamics. On A Muse Of Cash Flow And Liquidity Deficit, ArXvde-prints (2017)j|axXiv: 1709.06759 [q-fin.TR]}
3. Bobyl A.V., Zabrodskii A.G., Kompan M.E., Malyshkin V.G., Novikova O.V., Terukova E.E., and Agafonov D.V., Generalized Radon-Nikodym Spectral Approach. Application to Relaxation Dynamics Study., \ArXiv e-prints (2016)], [https://arxiv.org/abs/1611.07386 arXiv:1611.07386 [math.NA]
4. Malyshkin V.G. and Bakhramov R., Mathematical Foundations of Realtime Equity Trading.
Liquidity Deficit and Market Dynamics. Automated Trading Machines., ArXiv e-prints
(2015), http: //arxiv. org/abs/1510.055101 arXiv: 1510.05510 [q-fin.CP]L
5. OMX N., NASDAQ TotalView-ITCH j.l, Report (Nasdaq OMX, 2014) Also see data files samples [ftp: //emi. nasdaq. com/ ITCH/l
6._Lapack, Lapack version 3.5.0 (2013).
7. Kryuchenko Y.V., Sachenko A., Bobyl A., Kostylyov V., Sokolovskyi I., Terukov E., Tokmoldin N., Tokmoldin S.Z., and Smirnov A., Evaluation of the Annual Electric Energy Output of an a-Si:H Solar Cell in Various Regions of the CIS Countries, \Energy Policy 2014; 68: 116-122
8. Alba J.J., Power market and trading (2006).
9. Energy Charts, Electricity production and spot prices in Germany. March 2018. (2018).
УДК 621.577.4 DOI 10.24411/0131-5226-2018-10012
РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОГО ТЕПЛА ТЕПЛОВЫМИ НАСОСАМИ
11 2 Д.Г. Закиров ; М.А. Мухамедшин ; А.В.Николаев , канд. техн наук;
2 3
Р.А. Файзрахманов , д-р экон. наук; А.А. Рюмкин
1 Горный Институт Уральского Отделения РАН, г. Пермь, Россия
2 Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь, Россия 3ПАО «Уралкалий», г. Пермь, Россия
Проблемы охраны окружающей среды от негативного воздействия и промышленности приобретает все большее значение. Сохраняя традиционные методы получения энергии с помощью углеводородного топлива, человечество движется к энергетическому кризису в сочетании с экологической катастрофой. В статье рассматривается долголетний опыт разработки и внедрения теплонасосных технологий по использованию низкопотенцильного тепла вторичных энергетических ресурсов в различных отраслях промышленности и ЖКХ.
Ключевые слова: возобновляемые источники энергии; экономическая эффективность; низкопотенциальное тепло; тепловой насос.
Для цитирования: Д.Г. Закиров, М.А. Мухамедшин, Р.А. Файзрахманов, А.В.Николаев, А.А. Рюмкин. Разработка и внедрение технологий использования низкопотенциального тепла тепловыми насосами // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2018. № 1 (94). С. 85-90.
DESIGNING AND PROMOTION OF APPLICATION TECHNOLOGIES OF LOW-GRADE
HEAT VIA HEAT PUMPS
1 2 D.G. Zakirov , DSc (Engineering); A.V. Nikolaev , Cand. Sc. (Engineering);
M.A. Mukhamedshin1; A.A. Riumkin3
P.A. Faizrakhmanov , DSc (Economics);
'Mining Institute of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Perm, Russia 2Perm National Research Polytechnic University, Perm Russia 3PAO "Uralkalij", Perm, Russia
Problems of environment protection from negative impact of the industry become increasingly important. With the traditional methods of energy generation from fossil fuels, the humanity is moving towards the energy crisis combined with the environmental disaster. The article describes the many year experience in the development and implementation of heat pump technologies for the use of low-potential heat of secondary energy resources in various industries.
Keywords, renewable energy sources, economic efficiency, low-grade heat, heat pump.
Введение
Проблемы охраны окружающей среды от негативного воздействия от промышленности приобретает все большее значение. Сохраняя традиционные методы получения энергии с помощью углеводородного топлива, человечество движется к энергетическому кризису в сочетании с экологической катастрофой. Сегодня в России имеется огромный неиспользованный потенциал
низкопотенциальных тепловых ресурсов, которые необходимо использовать в целях повышения эффективности теплоснабжения.
К источникам низкопотенциальной энергии относятся естественные источники низкопотенциального тепла: земля, вода-воздух; искусственные источники -вторичные энергетические ресурсы -тепловые отходы. Технический потенциал определенных ресурсов нетрадиционных возобновляемых источников энергии составляет порядка 105 млн. т у.т. в год, значительную часть которых составляют вторичные энергетические ресурсы.
Материал и методы
Большой потенциал использования имеют источники низкопотенциального тепла в горнорудной, угольной промышленности и нефтяных шахт, в жилищно-коммунальном и сельском хозяйстве: тепло шахтных вод, вентиляционных выбросов, загрязненные хозяйственно-бытовые стоки, которые сегодня не используются.
Наряду с низкопотенциальным теплом горных пород и вентиляционного воздуха значительным тепловым потенциалом располагают шахтные воды, температура которых по различным шахтам составляет от 8 до 30 0С.
Состав шахтных вод формируется под влиянием разнообразных процессов, происходящих в самих подземных выработках, а также под влиянием ряда естественных и искусственных факторов, влияющих на состав этих вод. Они загрязнены механическими примесями, нефтепродуктами, другими специфическими загрязнителями, что затрудняет утилизацию низкопотенциального тепла существующими способами, которая сулит большую экономическую выгоду.
Результаты и обсуждение
Одним из наиболее эффективных современных направлений по
использованию низкопотенциального тепла в системах теплоснабжения - применение теплонасосных технологий позволяющих трансформировать низкотемпературную возобновляемую природную энергию и вторичную низкопотенциальную теплоту до более высоких температур пригодных для теплоснабжения. Метод является
экологически чистым, так как нет сгорания топлива, выбросов в атмосферу, не расходуется невосполнимые энергоресурсы.
Преимущества применения тепловых насосов заключается в получении 3-7 кВт экологически чистой тепловой энергии на 1 кВт затраченной электрической энергии за счет использования низкопотенциального источника и снижения издержек на выработку тепла, увеличение надежности теплоснабжения за счет сокращения тепловых сетей.
Наш научный коллектив проблемой использования низкопотенциального тепла занимается с девяностых годов прошлого века. В данном направлении достигнуты значительные теоретические и практические результаты. Разработаны: методические основы и алгоритмы эколого-энергетических параметров теплоснабжения и ряд технологий, рекомендаций.
В практическом плане еще впервые в СССР была разработана и внедрена технология утилизации тепла оборотной воды компрессоров на шахте «Ключевская» ПО «Кизелуголь» (Пермская область) с применением тепловых насосов для улучшения охлаждения процесса сжатия воздуха и отопления промплощадки шахты.
В результате внедрения, значительно улучшились условия охлаждения
компрессоров и температурные режимы их эксплуатации, полностью была исключена из работы градирня. Затрачивая 1 кВт*ч
электроэнергии было получено 3,5 кВт*ч эквивалентной тепловой энергии.
Далее был выполнен рабочий проект технологического комплекса утилизации низкопотенциального тепла шахтной воды для шахты «Зенковская» АО «Прокопьевскуголь» теплонасосной
установки мощностью 2,4 МВт и рабочий проект, предусматривавший применение тепловых насосов для шахты «Степановская» АО «Ростовуголь» по утилизации низкопотенциальной теплоты хозяйственно-бытовых стоков с целью улучшения температурного режима их очистки.
В начале нового века на шахте «Осинниковская» ОАО «Кузнецкуголь» в Кемеровской области впервые в России была испытана опытно-промышленная установка по утилизации низкопотенциального тепла шахтных вод, которая полностью удовлетворяет потребности горячего водоснабжения шахты и позволяет решить экологическую проблему отключить шахтную котельную в летнее и осенне-весеннее время года, значительно снизив выбросы вредных веществ в атмосферу.
Одновременно нами была проведена технико-экономическая оценка утилизации низкопотенциального тепла при откачки воды из шахты «Глубокая» ОАО «Ростовуголь», получаемое тепло 15 МВт рекомендовано для отопления жилого фонда поселка шахты для исключения из работы угольной котельной, с целью значительного снижения вредных выбросов в атмосферу, которая сегодня внедрена в производство. Сегодня мы занимаемся проблемой утилизации низкопотенциального тепла нефтяных шахт, загрязненных хозбытовых стоков, которая сулит большую выгоду.
Нами в свое время впервые в России была разработана и внедрена технология утилизации низкопотенциального тепла загрязненных хозяйственно-бытовых стоков с применением ТН, совместно с 87
ЗАО «Энергия», для отопления и горячего водоснабжения на МП «Пермводоканал», на РНС-3 «Гайва». Затраты на теплоснабжение станции сократились в 4,6 раза, срок окупаемости проекта 2 года.
Затем за счет внедрения технологии утилизации низкопотенциального тепла загрязненных хозбытовых стоков была исключена из технологического процесса угольная котельная №35 ПГЭС «Теплоэнерго» (г. Кунгур) для отопления зданий станции. Себестоимость
вырабатываемой экологически чистой тепловой энергии стала в 9 раз ниже прежней. Срок окупаемости проекта - 1,2 года.
Одновременно был разработан рабочий проект реконструкции, существующей системы теплоснабжения, с заменой действующего источника теплоснабжения зданий очистных сооружений МУП «Кудымкарский водоканал» - котельной, оборудованной четырьмя котлами типа «Универсал-6», работающими на угле на автономную систему теплоснабжения с использованием теплонасосной установки
Стоимость 1 Гкал тепловой энергии, вырабатываемой ТНС - 843 руб/Гкал, годовой экономический эффект - 1592,22 тыс. руб., срок окупаемости проекта - 2,1 года. [2].
На основании выполненных
теоретических и экспериментальных
исследований и опытно-конструкторских работ решена крупная актуальная научно-техническая проблема, заключающаяся в утилизации теплоты низкопотенциальных источников в промышленности и жилищно-коммунальной сфере.
По результатам долголетних
выполненных исследований были написаны и изданы книги «Тепловые насосы -теплотрансформаторы на службе экологии и энергоэффективности» в 2014 году и «Использование низкопотенциальной
теплоты» - 2015 год, в которых рассмотрены экологические и энергетические проблемы, представлена экологическая, энергетическая и экономическая эффективность и актуальность использования тепловых насосов.
Выводы
В перспективе в связи с ростом цен на энергоресурсы и экологических требований к энергетике ожидается значительное увеличение использования
низкопотенциального тепла, вторичных энергетических ресурсов, тепло
промышленных стоков, оборотной воды технологических процессов, с применением теплонасосных технологий, которые позволят решить экологические и энергетические проблемы в
промышленности, жилищно-коммунальном комплексе и сельском хозяйстве.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Закиров Д.Г. Тепловые насосы -теплотрансформаторы на службе экологии и энергоэффективности. Пермь: ООО «Печатный салон «Гармония», 2014.424 с.
2. Закиров Д.Г., Рыбин А.А. Использование низкопотенциальной теплоты.
Москва: РУСАЙНС, 2015.- книга 1 - 158 с., книга 2 - 154 с.
3. Безруких П.П. Зачем России возобновляемые источники энергии? -
Энергия. Экономика. Техника. Экология. -2002. №10.с.2-8.
4. Закиров Д.Г., Рыбин А.И. Применение тепловых насосов в целях утилизации теплоты оборотной воды и охраны окружающей среды - М: Уголь. 1988. №3
5. Закиров Д.Г., Рыбин А.И., Морозов Б.З. Природоохранная ресурсосберегающая технология с применением тепловых насосов - М: Уголь.1991. №12
88
6. Закиров Д.Г., Рыбин А.А. Энергосберегающая технология с утилизацией низкопотенциальной теплоты //Промышленная энергетика. 1994, № 6.
7. Закиров Д.Г., Нехороший И.Х., Малахов А.Н., Дружинин Л.Ф. Утилизация низкопотенциального тепла шахтных вод -перспективное направление энергосбережения угольной отрасли. - М: Уголь.2000, № 11.
8. Закиров Д.Г., Нехороший И.Х., Янцен А.П., Гринников Ю.А., Петин Ю.М., Васильев Ю.В. Внедрение опытной технологии утилизации низкопотенциального тепла шахтных вод. -М: Уголь.2001, № 9.
9. Закиров Д.Г. Утилизация вторичных энергетических ресурсов и использование возобновляемых источников с применением тепловых насосов - основной путь снижения энергоемкости
производства//Промышленная энергетика. -№5. 2002. с.15-19.
10. Закиров Д.Г., Петин Ю.М. Теплонасосные технологии в России // «Энергия и менеджмент» Белоруссия, 2004. №4. с.56-62.
11. Файзрахманов Р.А., Рубцов Ю.Ф. Методологические особенности автоматизированного управления энергоресурсосбережением // Автоматизация: современное оборудование, 2011. №2. с.36-40.
12. Файзрахманов Р.А., Долгова Е.В., Рахманов А.А. Задача адаптивного управления насосным оборудованием на основе интеллектуальных технологий // Электротехника, 2013. №11. с.17-19.
13. Закиров Д.Г., Файзрахманов Р.А., Николаев А.В., Шаякбаров Н.Ф. Повышение эффективности подземной добычи нефти термошахтным способом. // Нефтяное хозяйство. 2014. № 6. с.58-60
REFERENCES
1. Zakirov D.G. Teplovye nasosy -teplotransformatory na sluzhbe ehkologii i ehnergoehffektivnosti [Heat Pumps - Heat Transformers in the Service of Ecology and Energy Efficiency]. Perm'. OOO «Pechatnyj salon «Garmoniya», 2014: 424.
2. Zakirov D.G., Rybin A.A. Ispol'zovanie nizkopotencial'noj teploty [Use of low-potential heat]. Moscow. RUSAJNS. 2015. Book 1:158; Book 2:154.
3. Bezrukih P.P. Zachem Rossii vozobnovlyaemye istochniki ehnergii? [Why should Russia have renewable energy sources?] - Energiya. Ekonomika. Tekhnika. Ekologiya. 2002. no. 10: 2-8.
4. Zakirov D.G., Rybin A.I. Primenenie teplovyh nasosov v celyah utilizacii teploty oborotnoj vody i ohrany okruzhayushchej sredy [The use of heat pumps in order to recycle the heat of circulating water and protect the environment]. Moscow. Ugol'. 1988, no. 3
5. Zakirov D.G., Rybin A.I., Morozov B.Z. Prirodoohrannaya resursosberegayushchaya tekhnologiya s primeneniem teplovyh nasosov -Moscow. Ugol'.1991, no. 12
6. Zakirov D.G., Rybin A.A. Energosberegayushchaya tekhnologiya s utilizaciej nizkopotencial'noj teploty [Nature protection resource-saving technology with the use of heat pumps]. Promyshlennaya ehnergetika. 1994, no. 6.
7. Zakirov D.G., Nekhoroshij I.H., Malahov A.N., Druzhinin L.F. Utilizaciya nizkopotencial'nogo tepla shahtnyh vod -perspektivnoe napravlenie ehnergosberezheniya ugol'noj otrasli [Utilization of low-potential heat of mine waters is a promising direction of energy saving of the coal industry]. Moscow. Ugol'.2000, no. 11.
8. Zakirov D.G., Nekhoroshij I.H., YAncen A.P., Grinnikov YU.A., Petin YU.M., Vasil'ev YU.V. Vnedrenie opytnoj tekhnologii utilizacii
89
nizkopotencial'nogo tepla shahtnyh vod [Introduction of an experimental technology for utilization of low-potential heat of mine waters]. Moscow. Ugol'.2001, no. 9.
9. Zakirov D.G. Utilizaciya vtorichnyh ehnergeticheskih resursov i ispol'zovanie vozobnovlyaemyh istochnikov s primeneniem teplovyh nasosov - osnovnoj put' snizheniya ehnergoemkosti proizvodstva [Utilization of secondary energy resources and the use of renewable sources with heat pumps is the main way to reduce the energy intensity of production]. Promyshlennaya ehnergetika, 2002, no. 5:15-19.
10. Zakirov D.G., Petin YU.M. Teplonasosnye tekhnologii v Rossii [Heat pump technologies in Russia]. Energiya i menedzhment. 2004, no. 4:56-62.
11. Fajzrahmanov R.A., Rubcov YU.F. Metodologicheskie osobennosti
avtomatizirovannogo upravleniya
ehnergoresursosberezheniem [Methodological features of automated energy-resource management]. Avtomatizaciya. Sovremennoe oborudovanie, 2011, no. 2:.36-40. 12. Fajzrahmanov R.A., Dolgova E.V., Rahmanov A.A. Zadacha adaptivnogo upravleniya nasosnym oborudovaniem na osnove intellektual'nyh tekhnologij [The task of adaptive management of pumping equipment based on intelligent technologies]. Elektrotekhnika. 2013, no. 11:17-19. 13. Zakirov D.G., Fajzrahmanov R.A., Nikolaev A.V., SHayakbarov N.F. Povyshenie effektivnosti podzemnoj dobychi nefti termoshahtnym sposobom [Increase in efficiency of underground oil extraction by thermoshaft method].Neftyanoe hozyajstvo, 2014, no. 6:.58-60
