Обзор новейших энергосберегающих технологий в электросетевом комплексе России
Принятые в России новые законодательные и нормативные документы заставляют кардинально изменить подходы к формированию энергосберегающей политики в электрических сетевых распределительных комплексах.
Новые ресурсы
Технологии класса С1 — достаточно экономные технологии потребления с затратами первичного топлива 120–125%.
Во всем цивилизованном мире для загородного отопления все более широко используются такие возобновляемые источники энергии, как древесина и другие растительные материалы, поставляемые в виде пеллет (топливных брикетов или гранул).
В отличие от традиционных березовых дров для производства древесных или торфяных брикетов, используются современные технологии, основанные на измельчении материала в однородную массу с последующим прессованием при очень высоком давлении. В результате получаются топливные гранулы (пеллеты) или брикеты, иначе называемые биотопливом. Подобное биотопливо можно изготавливать не только из древесных отходов, но также из лузги подсолнечника, соломы, торфа и даже водорослей.
Экономическая эффективность и отдача энергии по этой технологии настолько хороша, что использовать такое топливо можно где угодно — в котельных, на электростанциях, для отопления домов в селе. В условиях МРСК возможно даже купить собственный мини-завод по производству биотоплива, приносящий постоянную прибыль. В Европе и Северной Америке пеллеты в ходу уже давно.
Выпуск подобных топливных брикетов теперь освоен и российскими производителями. Для автоматизированного производства топливных брикетов из древесных отходов необходимы пресс, сушилка (если влажность исходного сырья превышает 20%), оборудование для сортировки и измельчения древесины, а также бункеры и транспортные устройства. Полученные брикеты различной формы (в виде цилиндров, брусков или кубиков с отверстием посередине) могут быть с разной плотностью (750–1100 кг/м3) и массой.
Общими показателями качества для них являются ровное и эффективное горение, высокая теплотворная способность и практически полное сгорание (с образованием золы не более 0,5% от веса). Кроме того, для топливных брикетов характерно малое дымообразование.
В отличие от обычных дров, они не искрят, не «стреляют», да и горят примерно в два раза дольше. Так как брикеты изготавливаются из перемолотых древесных отходов без каких-либо химических добавок и склеивающих веществ, то они оказываются экологически чистыми, и никакие вредные вещества при их горении не выделяются. Может показаться странным, что теплотворная способность брикета в 1,5–2 раза больше того же показателя обычной древесины. Однако никаких чудес здесь нет. Это связано с тем, что при сжигании дров большое количество тепла тратится на испарение содержащейся в них воды. Ведь обычно влажность дров составляет 18–20%, в то время как у топливных брикетов этот параметр не превышает 7–8%.
Брикеты, в первую очередь, предназначены для сжигания в каминах и изразцовых печах частных домов, но могут использоваться и в отопительных котлах. Причем брикеты цилиндрической формы удобны при автоматизированной подаче их в топку транспортерами. Бруски в основном применяются в небольших установках с ручной загрузкой.
Прошедшие цикл термической обработки брикеты и гранулы, в отличие от свежих опилок и щепы, уже не опасны для здоровья человека и поэтому могут храниться гораздо ближе к жилью.
Отметим еще одно качество гранул, которое сулит им большое будущее. Серьезнейшей проблемой эксплуатации твердотопливных котлов всегда являлась сложность автоматизации процесса загрузки в них топлива и необходимость присутствия при этом оператора. Однако в случае c гранулированным топливом эта технологическая операция может быть легко выполнена шнековыми или пневматическими загрузчиками безо всякого участия человека.
Одним из самых часто задаваемых вопросов касательно приобретения пеллетного котла является вопрос: что надо делать, когда закончатся пеллеты или отключат электричество? Именно для таких клиентов представляется универсальное решение, которое обеспечивает отопление дома и при отсутствии пеллет, и при отключенном электричестве. Речь идет об обычном твердотопливном котле (далее — ТТ котел) с установленной в него пеллетной горелкой. В случае необходимости пеллетная горелка снимается в течение 20 минут, и котел работает в обычном режиме твердотопливного котла (правда, дрова придется подкладывать гораздо чаще, чем засыпать пеллеты в бункер). Такой котел достаточно компактен, так что, в отличие от других пеллетных котлов, его можно устанавливать в небольших помещениях. А наличие гибкой системы подачи (шнека) дает возможность вынести бункер в другое помещение на расстояние до 10 метров. К преимуществам данного решения, помимо преимуществ, связанных с применением пеллет как альтернативного топлива (дешевое тепло, удобство хранения и транспортировки топлива, экологичность и т. д.), можно отнести:
- устойчивую работу и быстрое устранение неисправностей;
- ступенчатую регулировку мощности ТТ котла в диапазоне 12–20 кВт;
- отсутствие риска перегрева котла (как, например, бывает, если останавливается насос или в топке горит слишком много топлива);
- автоматическое управление отоплением в соответствии с требованием клиента (поддержание заданной температуры, внешнее включение-выключение, система оповещения и т. д.);
- возможность опции подключения датчика кислорода (для герметично закрытых котлов) в целях оптимизации процесса горения;
- наличие опции дистанционного контроля состояния котла и управление с использованием мобильного телефона.
Лучистая система отопления
Технологии класса F — потребление энергии с затратами первичного топлива более 270%.
Пленочные лучистые электронагреватели (ПЛЭН) применяются как источник пиковой энергии в дополнение к котельной либо к тепловым насосам, вырабатывающим базовую энергию. ПЛЭН устанавливается между покрытием потолка и дополнительной теплоизоляцией, занимая при этом около 70–80% площади поверхности.
В основу работы нагревателя заложен известный принцип, в соответствии с которым при протекании тока через проводник (резистивную греющую фольгу) выделяется теплота. Она контактно передается на алюминиевую фольгу, поверхность которой нагревается до температуры 43–44 °С. ПЛЭН начинает излучать невидимую тепловую составляющую солнечного света (инфракрасные лучи) длиной волны 9–15 мкм.
Это излучение поглощается поверхностью стен, пола и мебели, создавая при этом комфортный температурный обогрев помещения (разница между температурой пола и потолка составляет 2–3 °С). КПД ПЛЭН составляет 95%.
Систему отопления на основе ПЛЭН невозможно разморозить. При отключении электроэнергии с ней ничего не случится, она отключится и после восстановления энергоснабжения выйдет на заданный температурный режим. Система способна повысить температуру в положительном диапазоне в помещении на 10 градусов в течение 40 минут. Если вы бываете в загородном доме только в выходные, то при отъ-
езде система переводится в дежурный режим (+10 °С) и электропотребление снизится вдвое. Для возврата к комфортной температуре будет достаточно 40 минут. На обогрев 1 кв. м помещения с высотой потолка, не превышающей 3 м, затрачивается около 10–20 Вт в час. Столь низкий расход электроэнергии обусловлен тем, что в поддерживающем режиме система включается на период времени, не превышающий
10 мин. в час.
Еще одним важным преимуществом лучистой системы отопления является ее малая инертность. Представьте себе осень или весну, когда колебания температур в течение суток достигают 20–25 °С. Днем вы изнемогаете от жары, чтобы не замерзнуть ночью, а ночью помещение остывает, и становится прохладно. Система лишена этого недостатка, так как она включается только тогда, когда есть необходимость в нагреве помещения, и поддерживает комфортную для потребителя температуру.
Опираясь на вышесказанное, можно прийти к выводу, что лучистая система может применяться повсеместно и по большинству аспектов превосходит традиционную систему, но особенно актуальна для владельцев уже существующих коттеджей и загородных домов, где есть электроснабжение. С появлением новой системы отопления ПЛЭН есть смысл произвести подробные расчеты и оценить затраты на традиционную и лучистую системы.
В большинстве случаев ПЛЭН выглядит привлекательней. При расчетах следует помнить, что система ПЛЭН не потребует дальнейших затрат на обслуживание. Минимальное снижение затрат на отопление достигает 2,5 раза. Температура регулируется комнатным терморегулятором: встроенный датчик измеряет окружающую температуру и управляет блоком нагрева согласно различию между заданной и фактической температурой.
От тэнов к тепловым трубам и термосифонам
Перспективной видится замена энергозатратных технологий класса F (тэнов) на энергоэкономичные класса В2 (тепловые трубы и термосифоны). Одним из затратных потребителей по величине заявленной тепловой мощности (по использованию энергии это самое низкое использование мощности), но и самых ответственных потребителей класса F являются тэны, предназначенные для подогрева масла масляных выключателей, приводов выключателей, подогрева ячеек выключателей и распределительных устройств.
Применение тепловых труб с использованием в качестве теплоносителя воды с температурой до 55–60 °С позволяет обес-печить высокую энергетическую эффективность и одновременно высокую надежность для обогрева ответственных и труднодоступных элементов электротехнических устройств. Конструктивно тепловые трубы можно выполнить настолько компактными, что они смогут заменить тэны практически в тех же габаритах.
Основные характеристики выпускаемых тепловых труб (ТТ):
- тип — тепловые трубы постоянного термического сопротивления с продольными конструкционными канавками;
- материал — алюминиевый сплав АД-31-Т1 по ГОСТ 4784-74 (алюминиевый сплав 6060 по американскому стандарту AMS 4116);
- термическое сопротивление ТТ —
от 0,01 до 0,12 К/Вт;
- длина корпуса ТТ — от 0,1 до 6 м (оговаривается в заказе);
- плотность подводимого
теплового потока — от 0,01 до 20 Вт/кв. см;
- диапазон рабочих температур — от –190 °С до +250 °С;
- рабочая жидкость — азот, аммиак, метан, пропилен, спирты, ацетон, вода.
Тепловые трубы находят применение в следующих случаях:
- cистемы охлаждения, термостатирования или терморегулирования устройств космической техники;
- системы обеспечения тепловых режимов радиоэлектронного оборудования в разных отраслях промышленности;
- холодильное оборудование (бытовые холодильники, охладители напитков и др.) на основе элементов Пельтье и абсорбционно-диффузионного эффекта;
- медицинская техника (криоинструменты и тепловые раздражители живой ткани в дерматологии, косметологии, урологии, хирургии и др.);
- термическая бытовая техника (обогреватели, солнечные коллекторы, печи и т. п.).
Термосифон функционирует подобно тепловой трубе, однако возврат рабочей жидкости в нем осуществляется за счет сил гравитации, а не капиллярных сил.
Общие характеристики термосифонов:
- по типу — цилиндрические или плоские;
- длина корпуса — от 0,1 до 6 м;
- по материалу — алюминий 6061Т5, медь Мб0 и М1, сталь 10, сталь 20, нержавеющая сталь, титан;
- эквивалентный диаметр — от 8 до
80 мм;
- внутренняя поверхность — гладкая труба, конструкционные продольные канавки;
- теплоноситель — азот, аммиак, метан, пропилен, спирты, ацетон, вода;
- масса — от 0,07 до 1 кг/п. м.
Теплосифоны успешно применяются:
- для охлаждения интегральных микросхем, полупроводниковых приборов, блоков электропитания;
- для охлаждения трансформаторов и мощных осветительных устройств;
- для утилизации теплоты выбросных потоков газов и жидкостей;
- для обеспечения оптимальных тепловых режимов технологических процессов в химической, легкой и пищевой промышленности и сельском хозяйстве.
Заключение
Можно выделить несколько принципов формирования энергоресурсосберегающей политики при неразрывном производстве-потреблении (транспорте) электрической и тепловой энергии. В условиях российского резко континентального климата России и ее просторов главными для развития ресурсосберегающей энергетики являются следующие принципиальные направления.
1. Внедрение оптимальной системы классификации и маркировки энергетической эффективности энергетического товара: электрической, тепловой, комплиментарной (комбинированной) энергии (энергия, полученная при неразрывном производстве-потреблении тепловой и электрической энергии в теплофикационной турбине без потери отработанного тепла в окружающую среду).
2. Приведение российской тарифной политики в соответствие «трем западным и пяти российским принципам» энергоресурсосберегающей политики.
Три зарубежных принципа для коммунального монополиста:
- допуск любого потребителя к энергетической системе;
- обеспечение минимума затрат;
- тарифообразование по маржинальным издержкам.
Пять российских принципов для энергетического монополиста:
- потребитель энергии первичен, производитель энергии вторичен;
- на рынок энергетических услуг предоставляются два раздельных товара — энергия и мощность;
- потребление и производство энергии неразрывно во времени;
- потребление и производство энергии неразрывно в пространстве;
- на конкурентном рынке не должно быть перекрестного субсидирования одного товара за счет второго товара.
3. Эффективное сочетание 2-х взаимно противоположных подходов, обеспечивающих коллективный оптимум как по первоначальным капитальным затратам в мощность, так и по минимуму эксплуатационных затрат в энергию путем выделения двух секторов в годовом графике потребления тепла для отопления служебно-бытовых и производственных помещений распределительных устройств сетевого комплекса:
- сектор А — производство условно «дешевой», энергоэффективной энергии класса «A» и «B», получаемой в «базе» от «дорогих» источников (ТЭЦ, тепловых насосов, котельных) — 10÷65%;
- сектор B — производство «дорогой», энергозатратной энергии класса F — 270% (электрические котельные, тэны и т. д.).
4. Массовый перевод систем отопления с электрического отопления на отопление от ТЭЦ, тепловые насосы, котельные на пеллетах.
5. Установка тепловых насосов с использованием сбросного тепла силовых трансформаторов.
6. Применение сезонной аккумуляции тепла в грунте в сочетании с тепловыми насосами.
7. Массовое использование солнечного отопления с аккумуляцией тепла и тепловыми насосами.
8. Массовый переход с ламп накаливания на энергосберегающие лампы.
9. Массовый перевод электрического отопления с базового только в пиковую часть с применением пленочных лучистых обогревателей (ПЛЭНов).
| Автор: А. Б. Богданов Дата: 06.12.2010 Журнал Стройпрофиль 8-10 Рубрика: энергосбережение Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |  |