Тепловые насосы как источник альтернативной энергии Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Секция «Промышленная безопасность »

В этих районах перспективна промышленная установка ветрогенераторов. Так по формуле (1) мощность установки промышленного ветрогенератора с КИЭВ = 45 % и диаметром винта 25 м в районе мыса Челюскина:

Р = 0,45 • 252 • (0,1 • 13 + 0,32 • 3,53 + + 0,18 • 6,73 + 0,4 • 93) / 7000 = 14,45 кВт.

Установив сеть из таких ветрогенераторов, можно удовлетворить часть потребностей в электроэнергии ближайших городов. Если мы устанавливаем в районе г. Красноярска ветрогенератор на высоте 100 м, то скорость ветра по статистическим данным [4] в среднем будет 4,43 м/с. Тогда при КИЭВ = 35 % и диаметре винта 25 м получим мощность 2,7 кВт. Для поддержания полной автономности загородного дома этого не достаточно, однако если ветрогенератор дополнить дизель-генератором, то данной мощности вполне хватит для частного использования.

Одним из примеров уже работающей системы вет-рогенератором в такой ситуации является базовая станция сотовой связи. В связи с обширными территориями Красноярского края вести линию электропередачи до каждой станции затратно, но обеспечивать мобильной связью автодороги и ЖД-магистрали необходимо. В целях снижения затрат и нагрузки на экологию Сибирский филиал «МегаФона» использует удаленные базовые станции, электропитание которых производится именно с использованием силы ветра [5]. Мощность установок 6 кВт, они обеспечивают

85 % времени подачи питания. Оставшееся время станция питается от аккумуляторов и штатного дизельного генератора.

Таким образом, подходя комплексно к вопросу использования ветрогенераторов (учитывая отдалённость от линий электропитания, выбирая оптимально месторасположение, высоту, дополнительные источники энергии) и исходя из целей, для которых ветрогенератор устанавливается, в Красноярском крае можно эффективно использовать данный альтернативный источник энергии.

Библиографические ссылки

1. Патлах В. В. Энциклопедия Технологий и Методик [Электронный ресурс]. URL: http://patlah.ru (30.03.2012).

2. Германович В. Альтернативные источники энергии. Практические конструкции по использованию энергии ветра, солнца, воды, земли, биомассы // Наука и техника, 2011.

3. World Wind Energy Association 2011 [Электронный ресурс]. URL: http://www.wwindea.org (30.03.2012).

4. Метеостатистика Красногорского края [Электронный ресурс]. URL: http://krasnoyarsk-meteo.ru (30.03.2012).

5. CNews, «МегаФон» начал использовать вет-рогенераторы [Электронный ресурс]. URL: http://www.cnews.ru (30.03.2012).

© Пятков А. Г., 2012

УДК 669.713.7

А. В. Снытко Научный руководитель - О. В. Тасейко Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ КАК ИСТОЧНИК АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГИИ

Рассмотрено применение тепловых насосов, как основы современной энергетики. Выделив основные преимущества тепловых насосов, а также, опираясь на пример зарубежных стран, автор рассматривает Красноярский край как возможный регион для применения данного вида установок.

В современном мире проблемы и недостатки «традиционных» технологий выработки энергии, ставят перед учеными всего мира проблему нахождения и разработки новых альтернативных технологий, которые можно было бы назвать безотходными, безопасными и неисчерпаемыми. К ним относят, прежде всего, установки и устройства, использующие энергию ветра, воды, солнца, геотермальную энергию, а также тепло, содержащееся в воде, воздухе и земле. Одним из таких источников являются тепловые насосы.

Тепловым насосом называется термодинамическая система (техническое устройство), позволяющая трансформировать теплоту с низкого температурного уровня (непригодную для прямого использования) на более высокий при определенных затратах механической (электрической) энергии [1]. К очевидным преимуществам теплового насоса можно отнести:

• экономичность. Низкое энергопотребление достигается за счет высокого КПД (от 300 до 800 %) и позволяет получить на 1 кВт фактически затраченной энергии 3-8 кВт тепловой энергии или до 2,5 кВт мощности по охлаждению на выходе;

• экологичность. Экологически чистый метод отопления и кондиционирования как для окружающей среды так и для людей, находящихся в помещении. Применение тепловых насосов - это сбережение не-возобновляемых энергоресурсов и защита окружающей среды, в том числе и путем сокращения выбросов СО2 в атмосферу.

• безопасность. Нет открытого пламени, нет выхлопа, нет сажи, нет запаха солярки, исключена утечка газа, разлив мазута. Нет пожароопасных хранилищ для угля, дров, мазута или солярки;

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

• надежность. Минимум подвижных частей с высоким ресурсом работы. Независимость от поставки топочного материала и его качества. Защита от перебоев электроэнергии. Практически не требует обслуживания. Срок службы теплового насоса составляет 15-25 лет;

• гибкость. Тепловой насос совместим с любой циркуляционной системой отопления, а современный дизайн позволяет устанавливать его в любых помещениях;

• универсальность по отношению к виду используемой энергии;

• широкий диапазон мощностей (от долей до десятков тысяч киловатт).

В современном мире тепловые насосы уже активно используются во многих странах. По данным на 1997 г. во всем мире тепловых насосов всех типов насчитывалось около 90

млн шт. Около 57 млн шт. из них приходится на долю Японии, 13,5 млн шт. - США, 10 млн шт. - Китая и только 4,28 млн шт. - Европы (без России и стран СНГ). Количество произведенных и установленных тепловых насосов увеличивается с каждым годом [2].

Опыт применения тепловых в насосов в РФ на сегодняшний день не столь богат и носит скорее локальный характер [3]. Но за прошедший год уже обозначились географические предпочтения в использовании нового оборудования. Наибольший интерес к нему проявили на юге страны, в частности, в Краснодарском крае, Приморье с абсолютно иным, по сравнению с Краснодаром, климатом и иными условиями строительства. Есть примеры эксплуатации экспериментальных энергоэффективных жилых домов в г. Москва [4].

Красноярский край обладает огромными запасами источников естественного низкопотенциального тепла: благополучный по обеспеченности водными ресурсами (огромные водные бассейны рек Енисей, Ангара и т. д., температура которых в среднем меняется от 1,5...2,0 °С зимой, до 10...11 °С летом), тепло грунта (на глубине 5-7 м температура практически постоянна в течение всего года - 5-8°С). Являясь экономически достаточно развитым субъектом РФ, край обладает также и источниками искусственного (вторичного) низкопотенциального тепла: вентиляционный воздух из жилых, офисных, торговых помещений; отработанный воздух или вода производственных технологических процессов (на регион приходится 3,2 % всего объёма промышленной продукции); тепло отработанных газов при сжигании топлива; канализационные стоки, сточные воды и др.

Все эти обстоятельства дают Красноярскому краю огромный потенциал в области применения тепловых насосов, как в частном, так и промышленном масштабе.

ЗАО «Энергия» (Новосибирск) представило проект теплоснабжения г. Дивногорска Красноярского края, расположенного в непосредственной близости от Красноярской гидроэлектростанции (ГЭС) на Енисее. В настоящее время этот город с численностью населения около 40 тыс. человек отапливается с помощью электрокотельных. Потребность в теплоте для отопления и горячего водоснабжения составляет около 120 МВт. Возросшая стоимость электроэнергии приводит к тому, что более 50 % годового бюджета города расходуется на теплоснабжение жилья и социальной сферы.

Переход на альтернативный источник тепловой энергии - первоочередная задача администрации города. Теплонасосные установки являются наиболее оптимальным решением энергетической проблемы города. Источником низкопотенциальной теплоты для тепловых насосов будет служить вода Енисея.

Реализация проекта позволит снизить годовой расход электроэнергии на отопление и горячее водоснабжение города на 400 000 МВт ч и высвободить соответствующую мощность Красноярской ГЭС; получить экономию бюджетных средств города в 100 млн руб. в год; отказаться от применения других альтернативных систем отопления, ухудшающих экологическую обстановку в городе; улучшить экологическую обстановку в регионе в результате ликвидации незамерзающей поверхности воды в реке ниже бьефа.

В настоящее время начато проектирование первой очереди теплонасосного теплоснабжения. Ориентировочная стоимость всего проекта 400 млн руб.

Опыт применения тепловых насосов в мире показывает их эффективность, как в экономическом, так и экологическом плане, обладая громадными запасами источников низкопотенциального тепла РФ, и Красноярский край в частности, имеет значительный потенциал для перехода к использованию данного вида альтернативного источника тепла, позволяющего экономить колоссальные средства, уменьшая влияние энергетики на экологическую обстановку.

Библиографические ссылки

1. Горшков В. Г. Тепловые насосы. Аналитический обзор.

2. Луканин П. В., Саунин В. И. Тепловые насосы -состояние и перспективы.

3. Райх В. Российский рынок тепловых насосов. Мир Климата. 2007. № 3.

4. Васильев Г. П. Энергоэффективный экспериментальный жилой дом в микрорайоне Никулино-2. АВОК. 2002. № 4.

© Снытко А. В., 2012