2. Использование теплоты низкого потенциала

Еще М.В. Ломоносов говорил, что даже в холодной воде теплоты пре­достаточно. Любое тело, температура которого отличается от абсолютного нуля, обладает запасом тепловой энергии. Проблема состоит в том, что те­плота низкого потенциала (т. е. при низкой температуре) непригодна для прямого использования. Согласно законам термодинамики, для повышения энергетического потенциала необходимо затратить энергию.

Тепловые насосы. В тепловых насосах теплота тела с низкой темпе­ратурой (например, речной воды в зимнее время) используется для отопле­ния. В этом устройстве температура теплоносителя (обычно фреона), ото­бравшего теплоту от наружного низкотемпературного теплоисточника, по­вышается за счет затраты механической энергии до такого уровня, который пригоден для отопительных целей.

Тепловая схема теплового насоса представлена на рис. 10.7. В ис­парителе 1 жидкий фреон испаряется при температуре Т₀ за счет под­вода теплоты q_подв из низкотемпературной окружающей среды. В ком­прессоре 2 пар сжимается с повышением температуры до Т₁, причем за­трачивается механическая энергия l = q_omeed - q_n()de. Далее фреоновый пар поступает в конденсатор 3, в котором он, конденсируясь в жидкую фазу, отдает теплоту q_отвед в отопительную систему. Образовавшийся конденсат

дросселируется в дроссельном вентиле 4, и влажный пар фреона снова поступает в испаритель 1. В отличие от холодильной установки, где теп­лота, отнятая от охлаждаемого тела, сбрасывается в окружающую среду, в тепловом насосе окружающая среда является источником теплоты, которая

Рис. 10.7. Схема теплового насоса:

1 - испаритель; 2 - компрессор; 3 - конденсатор; 4 - дроссель

С

передается на более высокий температурный уровень отопительной систе­мы.

овершенство теплонасосной установки определяется количеством теплоты, передаваемой в отопительную систему за счет единицы затрачи­ваемой механической энергии, и характеризуется величиной отопительно­го коэффициента %:

% = qотоп КЯотоп ^- q^ )• С¹⁰'⁶)

Величина отопительного коэффициента зависит от температур теп­лоисточника (окружающей среды) и обогреваемого помещения. В реаль­ных установках он имеет значение от 3 до 4. Соответственно он дает зна­чительную экономию по сравнению с непосредственным электронагревом. В Западной Европе теплонасосные установки получили широкое распро­странение. В Швеции более 50 % домов обогреваются тепловыми насо­сами. В России в последние годы XX века работали всего 3000 тепло­вых насосов с мощностью от 10 кВт. Тепловые насосы нескольких типо­размеров выпускает московский завод «Компрессор».

Детандер-генераторные установки. На территории России распо­ложена сеть магистральных газопроводов. Газ перекачивается под давлени­ем, создаваемым компрессорными станциями. До 7 % перекачиваемого газа расходуется приводными установками компрессоров. На отводах от магистральных газопроводов к потребителям - к местным газораспре­

делительным сетям - давление газа понижается от 5.6 МПа до

0. 3.. .0,6 МПа. Этот перепад давления может использоваться газотурбин­ными установками (детандерами), позволяющими возвратить часть энер­гии, затраченной на привод компрессоров. При этом используется экологи­чески чистый источник энергии - перепад давления природного газа. ОАО «Криокор» разработало детандер-генераторные установки (ДГУ) мощностью от 1 до 30 МВт, стоимость 1 кВт установленной мощности

• около 400 долл. Чтобы исключить обмерзание оборудования при рас­ширении природного газа в турбине-детандере, его предварительно нагре­вают примерно на 60 °С. ДГУ могут быть установлены более чем на 600 газораспределительных станциях России, их общая мощность превысит 2750 МВт. Только в системе Мосэнерго годовая экономия топлива соста­вила бы свыше 150 тыс. т усл. топл. Головные образцы ДГУ работают на Московской ТЭЦ-21. Финансирование строительства ДГУ начато Газпромом. Агрегат мощностью 5 МВт устанавливается в Белоруссии (система Витебскэнерго).

Закон об энергосбережении, принятый Государственной Думой в 1996 году, рекомендует потребителям в первую очередь покупать энер­гию от экологически-чистых энергоисточников. К сожалению, региональ­ные энергетические комиссии пока не проявляют интереса к развитию ДГУ. При растущих тарифах на электроэнергию энергоемкие предприятия могут частично решить свои энергетические проблемы с использованием таких установок.