Лекция 6-7

Жылу технологиясындағы энергия үнемдеу. Жылутехнологиялық процестердің, жүйенің және кешендердің ерекшеліктері. Жылутехнологиялық қондырғылардың энергетикалық тиімділігі. Жылутехнологиялық қондырғылардағы жылулық баланс.

Жұмыс жасалынбай-ақ, бiр денеден екiншi денеге энергияның берiлу процесi жылу алмасу немесе жылу берiлу деп аталады. Жылу алмасу кезiндегi iшкi энергияның өзгеруiнiң мөлшерлiк шамасын жылу мөлшерi деп атайды. Жылу алмасудың үш түрi бар - жылуөткiзгiштiк, конвекция және сәуле шашу (сәулелi жылу алмасу) (3.3 - сурет). Меншiктi жылу сыйымдылығы. Массасы m дененi t1 температурадан t1 температураға дейiн қыздыру үшiн оған мынадай жылу мөлшерiн беру қажет: Q = c·m·(t2 -t1) = c·m·Δt. (3.2) Бұл қатынас дененiң сууы кезiнде де орындалады, бiрақ ол жағдайда жылу мөлшерi терiс болады, себебi Δt

Лекция 8 Баламалы энергия көздерін пайдалану арқылы энергия үнемдеу. Жылыту және ыстық суға арналған гелеоқондырғылар. Жылусорғы қондырғылар. Биомассадан жылулық энергияны өндіру Баламалы энергия көздері Әлемдік экономикада парник газдардың шығарындыларын азайту қажеттілігі, жаңартылмайтын отын энергетика ресурстары қорларының азаюымен және таусылуымен, климаттың өзгеруімен байланысты экологиялық мәселелерді сипаттайтын жаһандық энергетикалық проблемаларды шешуге бағытталған жаңартылатын энергия көздерін пайдалану мәселесіне барынша көп көңіл бөлінуде. Сараптамалық бағалау бойынша Қазақстанда жаңартылатын энергетика ресурстарының (су энергиясы, жел және күн энергиясы) әлеуетi аса маңызды және 1 трлн. кВтсағ. бағаланады. Қазақстан аумағы үшін ең перспективалы жаңартылатын энергия көздері мыналар (ЖЭК): Жел энергетикасы; Шағын су электр станциясы; Электр және күн энергиясын өндіру үшін күн қондырғылары. Министрлікпен тұрақты негізде жаңартылатын энергия көздерін пайдалануға мониторинг жүргізеді. Ағымдағы жылғы шілде айында жаңартылатын энергия көздерін пайдалануға жүргізілген мониторинг 2012 жылдың 1-ші жарты жылдығына ЖЭК объектілерімен өндірілген электр энергиясы 200,72 млн. кВт.с құрағанын көрсетті, ол 2011 жылғыдан 3,72 млн. кВтсағ.-қа немесе 1,89% көп. Қазақстан Республикасы үдемелi индустриялық-инновациялық дамыту жөнiндегi мемлекеттiк бағдарламасы шеңберінде, 2014 жылдың қорытындысы бойынша жаңартылатын энергия көздерiнен өндірілген электр энергиясының көлемi - 1 млрд. кВт.сағ. құрауы тиіс. Алға қойылған мақсаттарды орындау үшін энергия теңгеріміне жаңартылатын энергия көздерін тарту жолымен жетуге мүмкін. Сондықтан ЖЭК пайдалану саласындағы жобаларды іске асыру қажет болады. Электр энергетикасын дамытудың 2010-2014 жылдарға арналған салалық бағдарламасына сәйкес ЖЭК пайдалану саласында бірнеше жобаларды енгізу көзделуде. Осы жобаларды іске асыру инвесторлардың өзіндік және несиелік қаражаты есебінен іске асыру 36 көзделуде. Осыған байланысты ЖЭК пайдалануды қолдау шараларын қабылдау мақсатында Министрлік жаңартылатын энергия көздерін пайдалану саласында уәкілетті орган ретінде энергия теңгерімінде жаңартылатын энергия көздерін тарту мақсатында қажетті жағдайларды жасау бойынша жұмысты жүргізуде. 2009 жылғы 4 шілдеде «Жаңартылатын энергия көздерін пайдалануды қолдау туралы» Қазақстан Республикасының Заңы қабылданды. Заңда жаңартылатын энергия көздерін пайдалануды қолдау бойынша бірқатар шаралар, оның ішінде: - жаңартылатын энергия көздері объектілерін салу үшін жер учаскелерін резервте сақтау және беру кезінде басымдық беру; - Энергия беруші ұйымдардың жаңартылатын энергия көздерін пайдаланып өндірілген электр энергиясын сатып алу жөніндегі міндеттемелері; - жаңартылатын энергия көздерін электр энергиясын желі бойынша тасымалдағаны үшін ақы төлеуден босату; - жаңартылатын энергия көздерін пайдаланатын объектілерді энергия беруші ұйымның электр желілеріне қосу кезінде қолдау; - жаңартылатын энергия көздерін пайдаланатын объектілерді жобалауды, салуды және пайдалануды жүзеге асыратын жеке және заңды тұлғаларға Қазақстан Республикасының инвестициялар туралы заңнамасына сәйкес инвестициялық преференциялар беру. Заңды іске асыруда бірқатар заңға тәуелді нормативтік құқықтық актілер қабылданды: Жаңартылатын энергия көздерiн пайдалану мониторингiн жүзеге асыру ережесiн бекiту туралы Бiлiктi энергия өндiрушi ұйымдардан электр энергиясын сатып алу ережесiн бекiту туралы Электр немесе жылу желiлерiне қосатын және жаңартылатын энергия көздерiн пайдалану объектiлерiн қосатын ең жақын нүктенi анықтау ережесiн бекiту туралы Жаңартылатын энергия көздерiнiң пайдалану объектiлерi құрылысының техникалық-экономикалық негiздемелерi мен жобаларын келicу және бекiту ережесiн, мерзiмдерiн бекiту туралы Заңға сәйкес Қазақстан Республикасының Индустрия және жаңа технологиялар министрлігінің бұйрығыменЖаңартылатын энергия көздерін пайдалану бойынша объектілерді орналастыру жоспары әзірленді және бекітілді, ол әлеуетті инвесторлар үшін республика аумағында ЖЭК пайдалану саласындағы жобаларды іске асыру мақсатында анағұрлым перспективалық алаңды анықтау мен таңдауда көрнекі құрал болып табылады. Бұдан басқа, «Қазақстан – жел энергетикасы нарығын дамыту бастамасы» жобасы шеңберінде «Қазақстан Республикасындағы жаңартылатын энергия көздерін пайдалану бойынша объектілерді салу жобаларын әзірлеу, келісу, бекіту және іске асыру тәртібі туралы» ақпараттық анықтамасы әзірленді. Бұл ретте, «Жаңартылатын энергия көздерін пайдалануды қолдау туралы» Қазақстан Республикасының Заңы қабылданғаннан кейін басталған жұмыс бірқатар мәселерді анықтады, атап айтқанда жобаны іске асырудың бастапқы кезеңінде несиелік қаражатқа тарту мүмкіндігінің болмауы, банктерге және инвесторлар үшін нақты кепілдеменің болмауы, ЖЭК объектілерін орналастыру үшін жерді бір санаттан басқасына алмастыру мүмкіндігінің болмауы және т.б. Осыған байланысты Министрлік «Қазақстан Республикасының кейбір заңнамалық актілеріне жаңартылатын энергия көздерін пайдалануды қолдау мәселелері бойынша өзгерістер мен толықтырулар енгізу туралы»Қазақстан Республикасының Заң жобасын әзірлеу бойынша жұмысты бастады. Заң жобасының басты мақсаты: жаңартылатын энергия көздерін пайдалануды дамыту, жаңартылатын энергия көздерін пайдалану саласындағы жобаларды іске асыруда әлеуетті инвесторларды қолдау, айқындылықты және түсінікті арттыру, жаңартылатын энергия көздерін пайдалану саласындағы жобаларды бөгетсіз іске асыру. 37 Заң жобасы ЖЭК объектілерімен өндірілетін энергия таратуға бекітілген тариф жүйесін енгізуге бағытталған, ол Қазақстан Республикасының Үкiметімен кепілденген кезеңге бекітілетін болады, яғни инвесторға салған қаражатты қайтарып алу үшін кепілдеме ретінде қызмет атқарады. Тіркелген тарифті енгізу инвестор үшін салған қаражатты қайтару бойынша кепілдеме ретінде қызмет атқарады, ЖЭК пайдалану саласы капиталды қажетсінетін, және ұсынылып жатқан кепілдеме түріндегісіз осы салаға инвесторды тарту қиын болатындығын есепке ала отырып, ЖЭК объектілерінен тарифтер көлемі бойынша айқындылық енгізуге көмектеседі. Инвестор ЖЭК объектілері үшін барлық қатерлер мен шығындарды есептеуі тиіс және осы өндірісті түбегейлі тіркелген тарифпен салыстырып инвестициялауға «қолдау» немесе «қарсы» шешімін қабылдайды. Биомасса (гр. bios - өмір және масса) — бір түрдің, түрлер тобының немесе бүтіндей бірлестіктердің (өсімдік, микроорганизм және жануарлардың) тіршілік ететін мекенінің бірлік бетіне не көлеміне келетін жалпы массасы; аудан немесе көлем (г/м2 немесе г/м3 ) бірлігіне салмағы бойынша өрнектелген тірі ағзалар мөлшері. Өлшем бірліктері: кг/га, г/м2 , г/м3 , кг/м3 , т.б. Өсімдіктердің биомассасы фитомасса, жануарлардың биомассасы зоомасса деп аталады. Экожүйеде энергияның таралуы мен орташа биомассаның арасындағы байланысты анықтау үшін Дж/м2 өлшемі пайдаланылады. Құрлықтағыгетеротрофты организмдердің ішінде топырақта тіршілік ететін микроорганизмдердің биомассасы өте жоғары болады. Атап айтқанда, жауын құртының тіршілік ету ортасына байланысты биомассасы 200 — 1500 кг/га аралығында болады. Сүтқоректілер мен құстардың орташа жылдық биомассасы 1 — 15 кг/га (бірақ бұл көрсеткіш құстардың қыстауы мен қоныс аударуы кезінде жоғары болады). Биосферадағы тірі организмдердің жалпы биомассасы, әр түрлі есептеулерге қарағанда 1,8х1012 — 2,4х1012 т болуы мүмкін Биоотын – биологиялық қалдықтарды қайта өңдеу арқылы биологиялық шикізаттан алынған отын. Тағы да басқа целлюлозадан және органикалық әртүрлі типті қалдықтардан алынып бағытталған әр түрлі дәрежедегі өңделген жобалар кездеседі, бірақ бұл технолгоиялар әлі бастапқы кезеңдегі өңдеуде немесе коммерциялылықтануда. Био отындар сұйық түрде (іштен жану қозғалтқыштарына арналған, мысалы, этанол, метанол, биоотын), қатты отын (ағаш, шымтезек, отынды гранулалар, жаңқа, сабан, қауыз) және газ тәрізді отындар (биогаз, сутегі). Қатты отындар Ағаш — адамдар бұрыннан қолданатын көне отын. Қазіргі таңда әлемде ағаш өңдеуге немесе биомассаға энергетикалық ормандар қолданады, олар тез өсетін түрлерін алады (теректер, эвкалипт және т.б.). Көп елдерде отын ретінде табиғи балансты ағаштар қолданады, ал олар өз кезегінде орманның жойылуына әкеліп соғады. Ол ағаштар сапа жағынан пиломатериал өндірісіне сәйкес келмейді. Отынды гранулалар – ағаш қалдықтардан жасалған пресстелген бұйымдар (үгінді (опилок), жаңқалар,қабық, жіңішке өлшемелі және кондицияланбаған ағаштар, орман дайындау кезіндегі кескін қалдықтар), сабан, ауыл шаруашылық қалдықтар (күнбағыс дәнінің қауызы, жаңғақ қабығы, көң, құс қиы) және басқа да биомассалар. Ағашты отынды гранулалар деп пеллеттер деп атайды, олар диаметрі 8-23 мм және ұзындығы 10-30 мм цилиндрлік немесе сфералық формада болады. Негізінен қазіргі таңда брикеттер мен отынды гранул өндіру тек өте үлкен көлемде шыққанда ғана экономикалық тиімді болып тұр. Энергетикалық орман – биологиялық шығарынды түрдегі энерго-тасымалдағыштар (басты түрі көң және т.с.с.) үйдің пешінде және жылу электростанциясының қазандығында арзан электр бере отырып брикеттеледі, кептіреді және жағылады. Отынды гранулалар – биологиялық түрдегі қалдықтар. Олар өңделмеген немесе минималды дәрежедегі жағуға дайындайтын: үгінділер, жаңқа, қабық, қауыз (лузга), қауыз (шелуха), сабан (солома) және т. б. Ағаш жаңқасы — бір өлшемді жұқа ағашты ұсақтау арқылы немесе орманды алдын ала дайындайтын ағаш шабатын орындардағы қалдықтарды немесе мобильді ағаш жонатын машинада немесе стационарлы ағаш жонатын машинаның көмегімен алынған ағаштан қайта өңделген қалдықтар. Еуропада жаңқаны негізі қуаты 1-ден біршама ондаған мегаватт болатын үлкен 38 жылуэлектрстанцияларында жағады. Қатты отындарға отынды торф пен қатты үй қалдықтары және тағы басқа да жатады. Сұйық отындар Биоэтанолдың әлемдік өндіру 2005 жылы 36,3 млрд литр, оның 45% Бразилия және 44,7% АҚШ елдерінде ғана өндірді. Биоэтанолды Бразилияда үлкен көлемде қант таяқшаларынан, ал АҚШ-та жүгеріден жасады. Этанол бензинге қарағанда аз энерго сақтау көзі болып табылады; Е85 (85% этанол мен 15% бензин қоспасы; «Е» әрпі ағылшынның Ethanol) жұмыс істеген машинаның жүрісі стандартты машина жүрісінің көлемдік отынның бірлігіне шамамен 75% құрайды. Қарапайым машиналар Е85-пен жұмыс істемейді, бірақ іштен жану қозғалтқыштары Е10-мен жақсы істейді (кейбір көздер тіпті Е15-пенде жұмыс істеуге болады деген). Ал тек таза этанолда тек «Flex-Fuel» машиналар («жұмсақотынды» машина) ғана жұмыс істей алады. Бұл машиналар қарапайым бензинде де жұмыс істей алады, бірақ кішкене эатнол қоспасы сонда да керек немесе сол және басқа да өздігінен құрылған қоспалармен де жұмыс істей алады. Бразилия отын ретінде биоэтанол мен қант таяқшаларын өндіру мен қолдануда көш бастап тұр. Бразилия жанармай станцияларында Е20 (немесе Е25) қарапайым бензин түрінде, немесе «acool», этанол азеотропын (96% С2Н-5ОН және 4% су; қарапайым дистилдеу жолымен арқылы жоғары концентратты этанолды алу мүмкін емес) ұсынады. Этанол бензиннен арзан болғанын қолданып кейбір жанармай станциялары Е20-ны азеотроппен араластырады. Ол кезде оның концентрациясы 40% дейін жетеді. Қарапайым машинаны «Flex-Fuel» машинасына айналдыруға болады, бірақ экономикалық жағынан тиімсіздеу. Қозғалтқышта этанолды жаққанда одан альдегидтер (флрмальдегид және ацетальдегид) пайда болады. Ал бұлар өз кезегінде ароматты көмірсутекерге қарағанда тірі организмдерге екі есе көп зиянды заттар шығарады. Биометанол Биометанол – теңіз фитопланктондарын биотехнологиялық конверсиялау және культивациялау арқылы өңдегенде био отын саласында тағы бір келешегі бар отынды қарастырамыз. 80 жылдарың басында Еуропа қалаларында жағалаудағы шөлді аудандарды қолдана отырып өндірістік жүйеге бағытталған жобасын ұсынды. Бұл жобаның толық шықпауына мұнайдың бағасының төмендеуі болды. Биомассының алғашқы өнімін теңіз жағалуында жасалатын жасанды су сақтайтын көлемнің ішінде фитопланктондарды культивациялау арқылы жүргізеді. Екінші процес болып биомассадағы метанның ашуы және келесі метанол алуда метанды гидрооксидте арқылы алу. Микроскопты су өсімдіктерінің негізгі пайдасы келесідегідей: - Фитопланктонның жоғары өнімділігі (жылына 100 т/га); - Өнімді өндіргенде тұщы су және құнарлы топырақ керек етпейді; - Бұл процес ауыл шаруашылық өнімдермен бәсекелеспейді; - Энергоқайтару процесі метан алуда 14 саты кезінде және метанол алу кезінде 7 саты кезеңінде болады.; Бұл био жүйе энергия алу көзқарасы бойынша күн энергиясын түрлендіруге қарағанда экономикалық жағынан тиімді болып табылады. Биодизель – өсімдік, жануар, микроптытан шыққан майлар және солардың этерификацияланған өнімдері негіз ретіндегі отын. Биодизельді отынды алу үшін оған өсімдік немесе жануар майын қолданады. Шикізат ретінде рапс, соя, пальма, кокос майы немесе кез- келген басқа да шикі-майлар, сондай-ақ тамақ өндірісіндегі қалдықтар қолданылады. Биодизелді су өсімдіктерінен өндіру технологиясы жобаланып жатыр