Основы энергосбережения и нетрадиционные источники энергии

Рис. 2.117. Общий вид (а) и схема (б) размещения воздушного теплового насоса

Для использования теплового насоса в системе отопления и горячего водоснабжения в его конструкцию включаются накопительные емкости с двумя спиральными водонагревателями. Для горячего водоснабжения используется вода, находящаяся в накопительном баке (рис. 2.118).

Рис. 2.118. Подключение теплового насоса к системе отопления и горячего водоснабжения

Грунтовые тепловые насосы чаще всего имеют бόльший состав оборудования и для его размещения требуется специальное помещение (тепловой пункт) (рис. 2.119, 2.120).

151

Рис. 2.121. Доля тепловых насосов на рынке систем теплоснабжения

вСеверной Америке

Внашей стране это направление также получило развитие. Общее количество эксплуатируемых тепловых насосов в Беларуси на 01.01.2016 г. по информации Департамента по энергоэффек-

тивности составляло 161 ед. с суммарной тепловой мощностью 9 МВт (табл. 2.5). Сдерживающим фактором развития этого направления является отсутствие относительно дешевого отечественного оборудования.

Для установки теплового насоса необходимы первоначальные затраты: стоимость насоса и монтажа системы составляет 300–1200 $ на 1 кВт необходимой мощности отопления. Время их окупаемости составляет 4–9 лет, при сроке службы по 20–30 лет до капитального ремонта (компрессор, 15 % стоимости ТН).

На дом площадью 100–120 м2 будет необходим компрессор мощностью до 1,7 кВт; на дом 200 м2 – компрессор мощностью до 3,4 кВт (эксплуатационные затраты на оплату электроэнергии).

2.5.Энергия мирового океана и малых рек

2.5.1.Классификация видов энергии океана

Водная среда морей и океанов может производить два вида энергии:

–механическую энергию волн и приливов (отливов). Механическая энергия, генерируемая приливными потоками, связана с действием гравитационных сил Луны. Волновые процессы вызываются ветрами.

–термическую энергию нагретой солнцем воды. Моря и океаны покрывают более 70 % земной поверхности, образуя крупнейший коллектор солнечной энергии. Так как водная поверхность океанов нагревается до более высокой температуры, то полученный температурный градиент может быть использован для получения энергии.

Источниками возобновляемой энергии океанов являются:

1)волновые процессы в морях и океанах

2)изменения уровня воды во время приливов и отливов;

3)течения, возникающие во время приливов и отливов;

4)течения, существующие в морях и океанах;

5)использование термической энергии океанов;

6)изменение градиента солености воды;

7)энергия морской биомассы.

Суммарный теоретический ресурс энергии волн составляет

32 000 ТВт ч/год (115 ЭДж/год) (рис. 2.122), однако технический потенциал гораздо меньше и будет зависеть от развития технологий

использования энергии волн (ЭДж – ЭкзоДжоуль – 1016).

154

Рис. 2.122. Энергия волн мировых океанов

Теоретически мировой потенциал энергии приливов и отливов, происходящих на относительном мелководье, находится в пределах 1–3 ТВт (рис. 2.123). Технический потенциал приливно-отливных течений составляет 48 ТВт ч/год (0,17 ЭДж) в Европе и 30 ТВт ч/год (0,11 ЭДж/год) в Китае.

Рис. 2.123. Глобальное распределение амплитуды приливов

155

Большой энергетический потенциал имеют и океанические течения. Например, течение Гольфстрим обладает техническим потенциалом для выработки 25 ГВт энергетического эквивалента.

Потенциал термальной энергии океана составляет 44 000 ТВт ч/год (159 ЭДж/год) (рис. 2.124). Как видно из рисунка, этот вид энергии имеет максимальное значение в районах экватора.

Рис. 2.124. Глобальное распределение тепловой энергии океанов

Теоретический потенциал градиентов солености оценивается в 1 650 ТВт ч/год (6 ЭДж/год). Соленость воды изменяется в различных океанах, а также по их глубине (рис. 2.125). Это относится также и к температуре воды.

Энергия морской биомассы. Подвергнув морские водоросли ферментации, можно получить этанол. Их же можно компостировать для получения биогаза. Водоросли могут подвергаться также сушке и последующему сжиганию в энергетических целях

(рис. 2.126).

156

Рис. 2.125. Глобальное распределение тепловой энергии и солености воды океанов

Рис. 2.126. Энергия морской биомассы

2.5.2. Использование энергии волн

Существуют четыре основных метода преобразования энергии волн в электричество (рис. 2.127):

–принцип «осциллирующей водяной колонны» (oscillating water column OWC);

–аттенюатор, ослабитель (attenuators);

–принцип «колеблющегося тела» (point absorber);

–принцип «перелива» (overtopping).

157

Рис. 2.127. Методы использования энергии волн

Метод «Осциллирующая водяная колонна (oscillating water column, OWC)» (рис. 2.128, 2.129). В полой, частично погруженной колонне из стали или бетона есть отверстие под водой. Внутренняя часть колонны содержит воздух над столбом воды. Волны, попадая

всооружение, вызывают подъем и уменьшение уровня воды. Движение воды то сжимает, то разжимает воздух в конструкции. Сжатый воздух образуется, когда вода входит в колонну, и передается турбине, прикрепленной к генератору. Волны заставляют воздух выходить через турбины и возвращаться обратно, когда давление падает. В колонне воды используется турбина Уэллса, уникальные лопасти которой позволяют ей вращаться вне зависимости от того,

вкаком направлении движется воздух.

Метод «Аттенюатор» (attenuators) (рис. 2.130). Колебательные движения рычажных механизмов, вызванные волновыми процессами, преобразуются во вращательное движение вала генератора электрической энергии.

Принцип «колеблющегося тела» (point absorber) (рис. 2.131). Колебательные движения, вызванные волновыми процессами, преобразуются во вращательное движение вала генератора или электромагнитного преобразователя.

158

Рис. 2.128. Схема использования метода «Осциллирующая водяная колонна, OWC»

Рис. 2.129. Общий вид оборудования для использования метода «Осциллирующая водяная колонна, OWC»

159

Рис. 2.130. Общий вид оборудования для использования метода «Аттенюатор». Pelamis волновая электростанция (Scotland) 4 сегмента – 750 кВт,

длина – 150 м, ширина – 3,5 м

Рис. 2.131. Схема реализации и общий вид оборудования для использования метода «колеблющееся тело»

Принцип «перелива» (overtopping) (рис. 2.132). Устройство содержит резервуар, который заполняется волновым движением. Вода с резервуара сливается на более низкий уровень и вращает турбину.

Рис. 2.132. Схема реализации и общий вид оборудования для использования метода перелива

160