Энергия неограниченного потребления
09.11.2010
—
Новости Экономики
При постоянном росте цен на нефть и природный газ геотермальная энергия становится оптимальным источником альтернативной энергии. Геотермальная энергия есть практически везде в неограниченном количестве, доступна в любое время при любых погодных и климатических условиях. Геотерма – это энергия в форме тепла, аккумулированная ниже поверхности «твердой» Земли. Поскольку геотермию можно найти непосредственно на месте, нет необходимости создавать дорогостоящие транспортные системы. Для использования геотермальной энергии на данном этапе имеются все необходимые ресурсы.Процесс получения геотермальной энергии достаточно прост: бурится скважина и устанавливается тепловой насос. Системе достаточно закачать из недр жидкость температурой всего около 10 градусов, а специальные тепловые насосы способны забрать у нее энергию и нагреть воду до 50-60 градусов. Для пояснения принципа работы тепловых насосов специалисты часто используют выражение «холодильник наоборот»: тепло от среды с низкой температурой передается теплоносителю с высокой температурой за счет затраты энергии на преобразование рабочего тела машины. То есть закачанная из недр вода охлаждается на несколько градусов, а освобожденная при этом энергия используется для бытовых и хозяйственных нужд.
По экспертным оценкам, в частном секторе Беларуси установлено несколько сотен тепловых насосов. Их владельцы отапливают свои дома и получают горячую воду без использования газа, дров и другого топлива. Единственный ресурс, который им приходится затрачивать – электроэнергия для работы оборудования. Одного киловатта достаточно, чтобы добыть из-под земли 4-5 кВт тепловой энергии. Получению столь очевидной выгоде отчасти мешает ценовая политика: срок службы системы геотермального отопления (более 20 лет) примерно равен сроку окупаемости оборудования при существующей цене. Но даже при сложившемся уровне цен на энергоносители тепловые насосы по экономичности уступают только газовым котлам и ощутимо выигрывают по сравнению с жидкотопливными и электрическими.
Тепловые насосы уже более четверти века успешно действуют в быту и промышленности. Первые случаи использования тепловых насосов датированы 1830 годом, но особую популярность данные агрегаты получили после Второй мировой войны, когда топлива в странах Европы катастрофически не хватало. В Америке и Европе их количество на сегодняшний день исчисляется десятками миллионов. Тепловые насосы используются для отопления дома, нагревания воды, охлаждения воздуха в комнатах, вентилирования помещения. Причем во многих городах работают сотни крупных сооружений, обладающих мощностью, как у средней величины ТЭЦ. А по прогнозам Мирового Энергетического комитета (МИРЭК), к 2020 году в развитых странах мира теплоснабжение будет осуществляться большей частью с помощью тепловых насосов.
Возникает закономерный вопрос: «Зачем изобретать велосипед, если есть отлично действующие котлы, бойлеры, кондиционеры, осушители, которые выполняют все необходимые функции?». Единственное неудобство: для функционирования вышеперечисленных приборов требуется целый комплекс вспомогательных операций и дополнительных материалов. Тепловой насос способен выполнить достаточно большой спектр работ с меньшими энерго- и материальными затратами. Неудивительно, что в США, Японии, Германии, Швеции, Швейцарии, Австрии и Финляндии подобные установки весьма активно внедряются.
Тепловой насос не зря сравнивают с холодильником. Сходство имеется не только в принципах работы, но даже и во внешнем виде. В обоих есть испаритель, капилляр, компрессор, конденсатор и дросселирующее устройство. Во внутреннем контуре имеются терморегулятор и хладагент, циркулирующий в системе газ с определенными физическими характеристиками. Хладагент под давлением через капиллярное отверстие поступает в испаритель, где за счет резкого уменьшения давления происходит испарение. При этом хладагент отнимает тепло у внутренних стенок испарителя, а испаритель в свою очередь отбирает тепло у земляного контура, за счет чего происходит его постоянное охлаждение. Компрессор засасывает из испарителя хладагент, сжимает его, в результате температура хладагента повышается и выталкивает в конденсатор. Кроме того, в конденсаторе, нагретый в результате сжатия хладагент отдает полученное тепло (температура порядка 85-125 градусов Цельсия) в отопительный контур и окончательно переходит в жидкое состояние. Цикл завершается и будет автоматически повторяться, пока работает компрессор. При достижении необходимой температуры терморегулятор размыкает электрическую цепь, и компрессор останавливается. При понижении температуры в отопительном контуре терморегулятор вновь включает компрессор. Хладагент в тепловых насосах совершает обратный цикл Карно. Таким образом, работа теплового насоса схожа с процессом холодильника.
В Германии на основе геотермии вырабатывается экологически чистое тепло установленной мощностью около 600 мегаватт (с использованием приповерхностной геотермии из тепловых насосов). Установленная мощность во всем мире составляет от 15000 до 20000 МВт (термической энергии) и 8400 МВт (электроэнергии). И это лишь небольшая часть того, что можно получать с помощью геотермальной установки, которая не требует постоянного сервиса и отличается низкими эксплуатационными расходами. Срок службы скважин исчисляется 100 годами, а место, занимаемое тепловым насосом, не больше площади для размещения обычной стиральной машины. Еще одним важным аспектом является экологическая эффективность геотермальной энергии: она не загрязняет воздух, не содержит углекислый газ.
Тепловой насос перекачивает низкопотенциальную тепловую энергию грунта, воды или даже воздуха в относительно высокопотенциальное тепло для отопления объекта. Примерно 2/3 отопительной энергии можно получить бесплатно из природы: грунта, воды, воздуха и только 1/3 энергии необходимо затратить для работы самого теплового насоса. Иными словами, владелец теплового насоса экономит 70% средств, которые, при отоплении своего дома, магазина, цеха и т.п. традиционным способом, он бы регулярно тратил на дизтопливо или электроэнергию.
Описанная схема работы относится к агрегатам так называемого парокомпрессионного цикла. Помимо этих машин, существуют также насосы абсорбционные, термоэлектрические, эжекторные. В бытовых установках используют в основном парокомпрессионные машины.
Популярность тепловых насосов объясняется их экономичностью. Данный показатель многие специалисты сравнивают по особой величине – коэффициенту преобразования тепла (φ), (другие названия: коэффициент трансформации тепла, мощности, преобразования температур), который показывает отношение получаемого тепла к затраченной энергии. Например, φ=3,5 означает, что, подведя к машине 1 кВт, на выходе можно получить 3,5 кВт тепловой мощности, то есть в 3,5 раза больше потраченного количества энергии. В среднем тепловой насос способен обеспечить 60-75% потребностей теплоснабжения дома, при этом величина его КПД много больше единицы.
Даже отсутствие доступа к источнику электрической энергии не станет помехой в работе теплового насоса: для привода компрессора в некоторых моделях используют дизельные или бензиновые движки. Экологичность установки также сложно переоценить, поскольку, поскольку агрегат не сжигает топливо, следовательно от его деятельности не образуются вредные окислы CO, СO2, NOх, SO2, PbO2. Соответственно, вокруг здания с функционирующим тепловым насосом на почве нет следов серной, азотистой, фосфорной кислот и бензольных соединений. Применяемые в тепловых насосах фреоны не содержат хлоруглеродов и озонобезопасны. Кроме того, тепловые насосы обладают свойством обратимости (реверсивности): они способны получать тепло из воздуха и даже из грунта. По виду теплоносителя во входном и выходном контурах насосы делят на шесть типов: «грунт-вода», «вода-вода», «воздух-вода», «грунт-воздух», «вода-воздух», «воздух-воздух». В отечественных условиях пока применяют только первые три и последний. Специальные модели могут летом избыточную энергию отвести «на хранение» обратно в грунт, чтобы использовать данный запас зимой.
Для всех типов характерен ряд особенностей. Во-первых, деятельность теплового насоса будет более эффективной только в хорошо утепленном здании, то есть с теплопотерями не более 60 Вт/м2. Во-вторых, чем больше разница температур теплоносителей во входном и выходном контурах, тем меньше коэффициент преобразования тепла (φ), то есть меньше экономия электроэнергии. Поэтому более выгодно подключение агрегата к низкотемпературным системам отопления. Прежде всего, имеется в виду обогрев от водяных полов или теплым воздухом, так как в этих случаях теплоноситель по медицинским требованиям не должен быть горячее 35°С. А вот чем более горячую воду машина готовит для выходного контура (для радиаторов или душа), тем меньшую мощность (до 15%) она развивает и тем больше расходует электричества (до 12%). В-третьих, для достижения большей выгоды практикуется эксплуатация теплового насоса в паре с дополнительным генератором тепла (в таких случаях говорят об использовании бивалентной схемы отопления).
Топливные насосы практически взрыво- и пожаробезопасны. Нет топлива, нет открытого огня, опасных газов или смесей. Их конструкция выполнена таким образом, что взрываться или гореть просто нечему. Ни одна деталь не нагревается до температур, способных вызвать воспламенение горючих материалов. Остановки агрегата не приводят к его поломкам или замерзанию жидкостей.
Ася КРЕВСКАЯ
Описанная схема работы относится к агрегатам так называемого парокомпрессионного цикла. Помимо этих машин, существуют также насосы абсорбционные, термоэлектрические, эжекторные. В бытовых установках используют в основном парокомпрессионные машины.
Популярность тепловых насосов объясняется их экономичностью. Данный показатель многие специалисты сравнивают по особой величине – коэффициенту преобразования тепла (φ), (другие названия: коэффициент трансформации тепла, мощности, преобразования температур), который показывает отношение получаемого тепла к затраченной энергии. Например, φ=3,5 означает, что, подведя к машине 1 кВт, на выходе можно получить 3,5 кВт тепловой мощности, то есть в 3,5 раза больше потраченного количества энергии. В среднем тепловой насос способен обеспечить 60-75% потребностей теплоснабжения дома, при этом величина его КПД много больше единицы.
Даже отсутствие доступа к источнику электрической энергии не станет помехой в работе теплового насоса: для привода компрессора в некоторых моделях используют дизельные или бензиновые движки. Экологичность установки также сложно переоценить, поскольку, поскольку агрегат не сжигает топливо, следовательно от его деятельности не образуются вредные окислы CO, СO2, NOх, SO2, PbO2. Соответственно, вокруг здания с функционирующим тепловым насосом на почве нет следов серной, азотистой, фосфорной кислот и бензольных соединений. Применяемые в тепловых насосах фреоны не содержат хлоруглеродов и озонобезопасны. Кроме того, тепловые насосы обладают свойством обратимости (реверсивности): они способны получать тепло из воздуха и даже из грунта. По виду теплоносителя во входном и выходном контурах насосы делят на шесть типов: «грунт-вода», «вода-вода», «воздух-вода», «грунт-воздух», «вода-воздух», «воздух-воздух». В отечественных условиях пока применяют только первые три и последний. Специальные модели могут летом избыточную энергию отвести «на хранение» обратно в грунт, чтобы использовать данный запас зимой.
Для всех типов характерен ряд особенностей. Во-первых, деятельность теплового насоса будет более эффективной только в хорошо утепленном здании, то есть с теплопотерями не более 60 Вт/м2. Во-вторых, чем больше разница температур теплоносителей во входном и выходном контурах, тем меньше коэффициент преобразования тепла (φ), то есть меньше экономия электроэнергии. Поэтому более выгодно подключение агрегата к низкотемпературным системам отопления. Прежде всего, имеется в виду обогрев от водяных полов или теплым воздухом, так как в этих случаях теплоноситель по медицинским требованиям не должен быть горячее 35°С. А вот чем более горячую воду машина готовит для выходного контура (для радиаторов или душа), тем меньшую мощность (до 15%) она развивает и тем больше расходует электричества (до 12%). В-третьих, для достижения большей выгоды практикуется эксплуатация теплового насоса в паре с дополнительным генератором тепла (в таких случаях говорят об использовании бивалентной схемы отопления).
Топливные насосы практически взрыво- и пожаробезопасны. Нет топлива, нет открытого огня, опасных газов или смесей. Их конструкция выполнена таким образом, что взрываться или гореть просто нечему. Ни одна деталь не нагревается до температур, способных вызвать воспламенение горючих материалов. Остановки агрегата не приводят к его поломкам или замерзанию жидкостей.
Ася КРЕВСКАЯ