Содержание
Введение. 2
Энергия приливов. 3
Энергия морских волн. 5
Установки с пневматическим преобразователем.. 6
Волновая энергетическая установка "Каймей". 6
Норвежская промышленная волновая станция. 6
Английский "Моллюск". 7
Волновой плот Коккерела. 7
"Утка Солтера". 7
Система "Кориолис". 8
Геотермальная энергия. 10
Приповерхностная геотермия. 11
Грунтовые коллекторы:11
Геотермальные зонды:11
Соприкасающиеся с грунтом бетонные элементы, энергетические сваи. 12
Глубинная геотермия. 12
Глубинные геотермальные зонды.. 12
Использование термальных вод. 12
Электроэнергия, получаемая из геотермических источников. 13
Аккумулирование тепла и холода. 14
Накопители геотермального зонда:14
Водоносные резервуары:14
Аккумулирование тепла. 16
Повышение тепловой устойчивости зданий. 16
Повышение кпд автономных источников электроэнергии. 17
Возврат тепловой энергии стоков. 17
Обогрев помещений с применением теплонакопителей. 17
Заключение. 18
Литература. 19
Введение
Производство энергии, являющееся необходимым средством для существования и развития человечества, оказывает воздействие на природу и окружающую человека среду. С одной стороны в быт и производственную деятельность человека настолько твердо вошла тепло- и электроэнергия, что человек даже и не мыслит своего существования без нее и потребляет само собой разумеющиеся неисчерпаемые ресурсы. С другой стороны, человек все больше и больше свое внимание заостряет на экономическом аспекте энергетики и требует экологически чистых энергетических производств. Это говорит о необходимости решения комплекса вопросов, среди которых перераспределение средств на покрытие нужд человечества, практическое использование в народном хозяйстве достижений, поиск и разработка новых альтернативных технологий для выработки тепла и электроэнергии и т.д.
Во второй половине ХХ столетия перед человечеством восстала глобальная проблема – это загрязнение окружающей среды продуктами сгорания органического топлива. Даже если рассматривать отдельно каждую отрасль этой проблемы, то картина будет складываться ужасная. К примеру, вот данные статистики по выбросам в окружающую среду вредных веществ автомобилями: с выхлопными газами автомобилей в атмосферу попало 14,7 миллиона тонн оксида углерода, 3,4 миллиона тонн углеводородов, около одного миллиона тонн оксидов азота, более 5,5 тысячи тонн высокотоксичных соединений свинца. И это данные на далекий 1993 год и если учесть, что каждый год с конвейеров автомобильных заводов сходит свыше 40 миллионов машин, и темпы производства растут, то можно сказать, что уже через десять лет все крупные города мира увязнут в смоге. К этому еще необходимо добавить продукты сгорания топлива на тепловых электростанциях, затопление огромных территорий гидроэлектростанциями и постоянная опасность в районах АЭС. Но у этой проблемы есть и вторая сторона медали: все ныне используемые источники энергии являются исчерпаемыми ресурсами. То есть через столетие при таких темпах потребления угля, нефти и газа население Земли увязнет в энергетическом кризисе.
Потому ныне перед всеми учеными мира стоит проблема нахождения и разработки новых альтернативных источников энергии. В данной работе будут рассмотрены проблемы нахождения новых видов топлива, которые можно было бы назвать безотходными и неисчерпаемыми.
Энергия приливов
Использование энергии приливов началось уже в ХI в. для работы мельниц и лесопилок на берегах Белого и Северного морей. До сих пор подобные сооружения служат жителям ряда прибрежных стран. Сейчас исследования по созданию приливных электростанций (ПЭС) ведутся во многих странах мира.
Два раза в сутки в одно и то же время уровень океана то поднимается, то опускается. Это гравитационные силы Луны и Солнца притягивают к себе массы воды. Вдали от берега колебания уровня воды не превышают 1 м, но у самого берега они могут достигать 13 м, как, например, в Пенжинской губе на Охотском море.
Приливные электростанции работают по следующему принципу:
В устье реки или заливе строится плотина, в корпусе которой установлены гидроагрегаты. За плотиной создается приливный бассейн, который наполняется приливным течением, проходящим через турбины. При отливе поток воды устремляется из бассейна в море, вращая турбины в обратном направлении. Считается экономически целесообразным строительство ПЭС в районах с приливными колебаниями уровня моря не менее 4 м. Проектная мощность ПЭС зависит от характера прилива в районе строительства станции, от объема и площади приливного бассейна, от числа турбин, установленных в теле плотины.
В некоторых проектах предусмотрены двух- и более бассейновые схемы ПЭС с целью выравнивания выработки электроэнергии.
С созданием особых, капсульных турбин, действующих в обоих направлениях, открылись новые возможности повышения эффективности ПЭС при условии их включения в единую энергетическую систему региона или страны.
При совпадении времени прилива или отлива с периодом наибольшего потребления энергии ПЭС работает в турбинном режиме, а при совпадении времени прилива или отлива с наименьшим потреблением энергии турбины ПЭС либо отключают, либо они работают в насосном режиме, наполняя бассейн выше уровня прилива или откачивая воду из бассейна.
Использование великих сил приливов и отливов Мирового океана, даже самих океанских волн - интересная проблема. К решению ее еще только приступают. Тут многое предстоит изучать, изобретать, конструировать.
ПЭС РАНС
Чтобы построить ПЭС даже в самых приспособленных для этого местах, где уровень воды колеблется от 1 до 16 метров, нужны десятилетия. Но все-таки ПЭС должны потихоньку отвоевывать долю мировой добычи энергии.
Самая первая ПЭС, имеющая мощность 240 МВт, была построена в 1966 г. в устье реки Ранс во Франции, эта река впадает в пролив Ла-Манш, средний показатель перепадов уровня воды там составляет 8.4 м. Хоть она и обошлась стране в 2.5 раза дороже, чем строительство гидроэлетространции такой же мощности, сразу после начала ее эксплуатации стала очевидна ее экономическая выгодность. В настоящее время Французская ПЭС используется и приносит энергию в энергосистему страны.
Созданы проекты крупнейших ПЭС: мощностью 4000 МВт - Мезенская на Белом море, и Кольская - мощностью 330 МВт. В будущем планируется использовать большой энергетический потенциал Охотского моря, там приливы достигаю почти 13 м.
Очень хорошие предпосылки для распространения и развития добычи энергии из приливов дает геликоидная турбина Горлова. С ее помощью можно строить приливные электростанции и добывать энергию не сооружая плотины - это в разы уменьшает издержки на строительство.
Энергия морских волн
Еще один возобновляемый источник энергии – морские волны. Общепринятой в настоящее время считается точка зрения, что энергию волн целесообразно использовать в открытом море, а не у берегов, где она снижается вследствие трения и и обратной циркуляции воды. Преобразование энергии морских волн в электрическую производится с помощью воздушных или гидравлических турбин.
В основе работы волновых энергетических станций лежит воздействие волн на рабочие органы, выполненные в виде поплавков, маятников, лопастей, оболочек и т.п. Механическая энергия их перемещений с помощью электрогенераторов преобразуется в электрическую.
В настоящее время волноэнергетические установки используются для энергопитания автономных буев, маяков, научных приборов. Бакены и маяки, использующие энергию волн, уже усеяли прибрежные воды Японии. В течение многих лет бакены – свистки береговой охраны США действуют благодаря волновым колебаниям.
Попутно крупные волновые станции могут быть использованы для волнозащиты морских буровых платформ, открытых рейдов, марикультурных хозяйств. Началось промышленное использование волновой энергии. В мире уже около 400 маяков и навигационных буев получают питание от волновых установок. В Индии от волновой энергии работает плавучий маяк порта Мадрас. В Норвегии с 1985 г. действует первая в мире промышленная волновая станция мощностью 850 кВт. В 2002 г. введена в эксплуатацию волновая опытная электростанция в Португалии, которая при воздействии волн высотой до 5 м вырабатывает в год 6–10 млн кВт·ч электроэнергии.
Создание волновых электростанций определяется оптимальным выбором акватории океана с устойчивым запасом волновой энергии, эффективной конструкцией станции, в которую встроены устройства сглаживания неравномерного режима волнения. Считается, что эффективно волновые станции могут работать при использовании мощности около 80 кВт/м. Как показывает накопленный мировой опыт, удельные капиталовложения в строительство волновой электростанции достигают 5000/кВт, и вырабатываемая ими электроэнергия пока в 2-3 раза дороже традиционной, но в будущем ожидается значительное снижение ее стоимости.
Установки с пневматическим преобразователем
В волновых установках с пневматическими преобразователями под действием волн воздушный поток периодически изменяет свое направление на обратное. Для этих условий и разработана турбина Уэллса, ротор которой обладает выпрямляющим действием, сохраняя неизменным направление своего вращения при смене направления воздушного потока, следовательно, поддерживается неизменным и направление вращения генератора. Турбина нашла широкое применение в различных волноэнергетических установках.
Волновая энергетическая установка "Каймей"
Волновая энергетическая установка "Каймей" ("Морской свет") – самая мощная действующая энергетическая установка с пневматическими преобразователями построена в Японии в 1976 г. Она использует волнение высотой до 6 – 10 м. На барже длиной 80 м, шириной 12 м, высотой в носовой части 7 м, в кормовой – 2,3 м, водоизмещением 500 т установлены 22 воздушных камеры, открытые снизу; каждая пара камер работает на одну турбину Уэллса. Общая мощность установки 1000 кВт. Первые испытания были проведены в 1978 – 1979 гг. близ города Цуруока. Энергия передавалась на берег по подводному кабелю длиной около 3 км.
Норвежская промышленная волновая станция
В 1985 г. в Норвегии в 46 км к северо-западу от города Берген построена промышленная волновая станция, состоящая из двух установок. Первая установка на острове Тофтесталлен работала по пневматическому принципу. Она представляла собой железобетонную камеру, заглубленную в скале; над ней была установлена стальная башня высотой 12,3 мм и диаметром 3,6 м. Входящие в камеру волны создавали изменение объема воздуха. Возникающий поток через систему клапанов приводил во вращение турбину и связанный с ней генератор мощностью 500 кВт, годовая выработка составляла 1,2 млн. кВт·ч. Зимним штормом в конце 1988 г. башня станции была разрушена. Разрабатывается проект новой башни из железобетона.
Конструкция второй установки состоит из конусовидного канала в ущелье длиной около 170 м с бетонными стенками высотой 15 м и шириной в основании 55 м, входящего в резервуар между островами, отделенный от моря дамбами, и плотины с энергетической установкой. Волны, проходя по сужающемуся каналу, увеличивают свою высоту с 1,1 до 15 м и вливаются в резервуар площадью 5500 кв. м, уровень которого на 3 м выше уровня моря. Из резервуара вода проходит через низконапорные гидротурбины мощностью 350 кВт. Станция ежегодно производит до 2 млн. кВт·ч электроэнергии.
Английский "Моллюск"
В Великобритании разрабатывается оригинальная конструкция волновой энергетической установки типа "моллюск", в которой в качестве рабочих органов используются мягкие оболочки – камеры, в которых находится воздух под давлением, несколько большим атмосферного. Накатом волн камеры сжимаются, образуется замкнутый воздушный поток из камер в каркас установки и обратно. На пути потока установлены воздушные турбины Уэллса с электрогенераторами.
Сейчас создается опытная плавучая установка из 6 камер, укрепленных на каркасе длиной 120 м и высотой 8 м. Ожидаемая мощность 500 кВт. Дальнейшие разработки показали, что наибольший эффект дает расположение камер по кругу. В Шотландии на озере Лох-Несс была испытана установка, состоящая из 12 камер и 8 турбин, укрепленных на каркасе диаметром 60 м и высотой 7 м. Теоретическая мощность такой установки до 1200 кВт.
Волновой плот Коккерела
Впервые конструкция волнового плота была запатентована в СССР еще в 1926 г. В 1978 г. в Великобритании проводились испытания опытных моделей океанских электростанций, в основе которых лежит аналогичное решение. Волновой плот Коккерела состоит из шарнирно соединенных секций, перемещение которых относительно друг друга передается насосам с электрогенераторами. Вся конструкция удерживается на месте якорями. Трехсекционный волновой плот Коккерела длиной 100 м, шириной 50 м и высотой 10 м может дать мощность до 2 тыс. кВт.
В СССР модель волнового плота испытывалась в 700-х гг. на Черном море. Она имела длину 12 м, ширину поплавков 0,4 м. На волнах высотой 0,5 м и длиной 10 – 15 м установка развивала мощность 150 кВт.
"Утка Солтера"
Проект, известный под названием "утка Солтера", представляет собой преобразователь волновой энергии. Рабочей конструкцией является поплавок ("утка"), профиль которого рассчитан по законам гидродинамики. В проекте предусматривается монтаж большого количества крупных поплавков, последовательно укрепленных на общем валу. Под действием волн поплавки приходят в движение и возвращаются в исходное положение силой собственного веса. При этом приводятся в действие насосы внутри вала, заполненного специально подготовленной водой. Через систему труб различного диаметра создается разность давления, приводящая в движение турбины, установленные между поплавками и поднятые над поверхностью моря. Вырабатываемая электроэнергия передается по подводному кабелю. Для более эффективного распределения нагрузок на валу следует устанавливать 20 – 30 поплавков.
В 1978 г. была испытана модель установки длиной 50 м, состоявшая из 20 поплавков диаметром 1 м. Выработанная мощность составили 10 кВт. Разработан проект более мощной установки из 20 – 30 поплавков диаметром 15 м, укрепленных на валу, длиной 1200 м. Предполагаемая мощность установки 45 тыс.кВт. Подобные системы установлены у западных берегов Британских островов, могут обеспечить потребности Великобритании в электроэнергии.
Большое внимание приобрела "океанотермическая энергоконверсия" (ОТЭК), т.е. получение электроэнергии за счет разности температур между поверхностными и засасываемыми насосом глубинными океанскими водами, например при использовании в замкнутом цикле турбины таких легкоиспаряющихся жидкостей как пропан, фреон или аммоний. В какой-то мере аналогичными, но как пока кажется, вероятно, более далекими представляются перспективы получения электроэнергии за счет различия между соленой и пресной, например морской и речной водой.
Уже немало инженерного искусства вложено в макеты генераторов электроэнергии, работающих за счет морского волнения, причем обсуждаются перспективы электростанций с мощностями на многие тысячи киловатт. Еще больше сулят гигантские турбины на таких интенсивных и стабильных океанских течениях, как Гольфстрим и Куросио, несущих соответственно 83 и 55 млн. куб.м/с воды со скоростью до 2 м/с, и Флоридского течения (30 млн. куб.м/с, скорость до 1,8 м/с). Cовременный уровень техники позволяет извлекать энергию течений при скорости потока более 1 м/с. При этом мощность от 1 кв.м поперечного сечения потока составляет около 1 кВт. Для океанской энергетики представляют интерес течения в проливах Гибралтарском, Ла-Манш, Курильских.
Система "Кориолис"
Программа " Кориолис" предусматривает установку во Флоридском проливе в 30 км восточнее города Майами 242 турбин с двумя рабочими колесами, вращающимися в противоположных направлениях. Пара рабочих колес размещается внутри полой камеры из алюминия, обеспечивающей плавучесть турбины. Для повышения эффективности лопасти колес предполагается сделать достаточно гибкими. Вся система "Кориолис" общей длиной 60 км будет ориентирована по основному потоку; ширина ее при расположении турбин в 22 ряда по 11 турбин в каждом составит 30 км. Агрегаты предполагается отбуксировать к месту установки и заглубить на 30 м, чтобы не препятствовать судоходству.
Полезная мощность каждой турбины с учетом затрат на эксплуатацию и потерь при передаче на берег составит 43 МВт, что позволит удовлетворить потребности штата Флориды (США) на 10%. Первый опытный образец подобной турбины диаметром 1,5 м был испытан во Флоридском проливе. Разработан также проект турбины с рабочим колесом диаметром 12 м и мощностью 400 кВт. Представляется, что некоторые из предлагавшихся океанских энергетических установок могут быть реализованы, и стать рентабельными уже в ближайшее время.
Геотермальная энергия
Геотермальная энергия
– это энергия в форме тепла
За счет теплосодержания Земли мы могли бы на 30 миллионов лет покрыть современную мировую потребность в энергии. Следовательно, накопленные в Земле запасы энергии, в масштабах человечества, являются такими же неисчерпаемыми, как и запасы энергии Солнца.
В Центральной Европе температура в верхних слоях Земли каждые 100 метров увеличивается в среднем на 3 °C. В верхней мантии Земли господствует температура в 1200 °C. В ядре Земли, вероятно, 6000 °C. Значение температур непосредственно у поверхности Земли определяется почти исключительно под действием Солнца. Но так как почва плохо проводит тепло, то на глубине ниже 15-20 м воздействие Солнца уже не определяется.
По сравнению с другими возобновляемыми источниками энергии геотермия имеет одно значительное преимущество: она всегда есть в наличии независимо от времени дня и года либо преобладающих климатических условий.
Поскольку геотермию можно найти непосредственно на месте, нет необходимости создавать дорогостоящие транспортные системы. За счет предотвращения традиционного процесса горения нет прямых выбросов углекислого газа; незначительные выбросы углекислого газа получаются только из-за применения электроагрегатов.
Между тем, мы обладаем технологиями, позволяющими также практически повсеместно использовать имеющиеся ресурсы. 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. Теплового потока из глубин, в принципе, достаточно для покрытия всего нашего теплопотребления.
Методы использования
Приповерхностная геотермия
Уже в первых 100 м глубин можно использовать геотермические ресурсы, хотя там господствуют температуры лишь 8-12 °C. Для получения более высоких температур, необходимых для теплоснабжения, дополнительно требуется лишь тепловой насос. Грунтовые тепловые насосы накапливают первичную энергию и охраняют тем самым окружающую среду и климат. Поэтому земля Северный Рейн-Вестфалия поддерживает такое оборудование с помощью программы «Рациональное использование энергии и применение возобновляемых источников энергии»
Для выработки тепловой энергии в приповерхностной геотермии имеются следующие методы использования:
Тепловые насосы, использующие тепло грунтовых вод:
В подходящих местах грунтовые воды можно отбирать через скважину и подводить прямо к тепловому насосу. Однако воду следует снова закачивать в грунт, так что кроме подводящей скважины необходимо устанавливать и так называемую поглощающую скважину.
Грунтовые коллекторы:
На глубине около 80-160 см в грунт горизонтально прокладывают пластиковые трубки теплообменника. При помощи циркулирующей жидкости-теплоносителя тепло отбирается из грунта и доводится до необходимого уровня температуры с помощью теплового насоса.
Геотермальные зонды:
Зонды представляют собой вертикальные, чаще всего, глубиной от 30 до 100 м, а иногда и более глубокие скважины, в которые устанавливаются пластиковые трубки. Они являются наиболее распространенным типом оборудования в Центральной и Северной Европе. Зонды, наполненные жидкостью-теплоносителем, нагревают или охлаждают подключенные к тепловому насосу отдельные жилые дома, офисы и промышленные здания или даже целые жилые комплексы.
Соприкасающиеся с грунтом бетонные элементы, энергетические сваи:
Здесь имеются в виду статические необходимые элементы и/ или фундаментные сваи, а также стены в грунте. В новостройках их можно оборудовать трубками теплообменника и вместе с тепловым насосом экономно использовать для отопления и охлаждения здания.
Глубинная геотермия
Глубинные геотермальные зонды
Принцип глубинных геотермальных зондов глубиной более 500 м впервые был испытан в Швейцарии в начале 90-х годов. В то время хотели продолжить использование старых скважин, например, скважин для поиска нефти и природного газа. Начиная с 1994 года также и в г. Пренцлау (Бранденбург) эксплуатируется глубинный геотермальный зонд глубиной почти 3000 м с использованием скважины, существовавшей раньше. Полученная энергия аккумулируется в сети централизованного теплоснабжения городских электростанций. Тепловой насос в виде промежуточного нагревательного элемента включен для повышения уровня геотермальных температур до температуры тепла, подаваемого по сетям централизованного теплоснабжения.
Современные квартиры строятся таким образом, что для них требуется лишь незначительное количество тепловой энергии; отопительные системы выполняются в виде низкотемпературных установок. Поэтому в настоящее время в Северном Рейне-Вестфалии впервые можно пойти немного другим путем: вода, нагретая в глубинном геотермальном зонде, через теплообменник отдает свою энергию в здания, затем в охлажденном виде возвращается обратно в недра для того, чтобы снова там нагреться и повторить свой цикл.
Использование термальных вод
В Германии геотермальные ТЭЦ появлялись сначала там, где в грунте имеются термальные воды. Крупные известные месторождения находятся, например, в Северогерманской низменности, в Южнонемецком молассовом бассейне между Дунаем и Альпами, под Швабским Альбом, в долине Верхнего Рейна либо, к примеру, в районе г. Ахен. Температура воды в них составляет примерно от 40 до 100 °C. В долине Верхнего Рейна и в Баварии имеются также месторождения термальных вод с температурами свыше 100 °C.
Теплая или горячая вода подается на поверхность через глубокую скважину, затем охлаждается и через другую скважину снова отводиться обратно в грунт, притом в тот же пласт, из которого она была отобрана. Таким образом, в грунте сохраняется гидравлический баланс, и не выкачиваются запасы термальных вод. Полученное от воды тепло передается в сеть централизованного теплоснабжения. Такую систему теплоснабжения при помощи двух скважин называют геотермальным дублетом. В Германии их глубина составляет от 800 до 2500 м. Геотермальные ТЭЦ могут иметь инсталлированную мощность свыше 20 мегаватт и обеспечивать теплом многие тысячи квартир.
Электроэнергия, получаемая из геотермических источников
Геотермические электростанции имеются на всех континентах, в большинстве случаев там, где находятся месторождения пара и горячих вод. С помощью традиционной технологии на электростанциях круглосуточно производится электроэнергия. Освоены пока еще не все соответствующие ресурсы. Новые технологии расширяют возможности.
Область более низких температур, начиная со 100 °C, до сих пор невозможно было использовать для экономичного производства электроэнергии. Община города Альтгейма в Верхней Австрии уже в течение нескольких лет обеспечивается геотермальным теплом; начиная с 2000 года, она стала первым производителем электроэнергии, находящимся севернее Альп. С развитием тепловых турбин, работающих по органическому циклу Рэнкина, в данное время стало возможным использовать горячие термальные воды с температурой 106 °C для производства электроэнергии.
Следующим шагом вперед стали электростанции, работающие по технологии «Hot-Dry-Rock» («горячие сухие горные породы») (HDR-электростанции). Хотя в Центральной Европе и нет месторождений пара или горячей воды, у нас также есть места с достаточно высокой температурой грунта. Для того чтобы натолкнуться на температуры, пригодные для производства электроэнергии, необходимы достаточно глубокие скважины.
Основной принцип действия звучит относительно просто: горячие горные породы, находящиеся на глубине, осваиваются с помощью скважин. С помощью давления воды, то есть гидравлически, между скважинами образуются или расширяются существующие протоки. Так формируются своеобразные подземные теплообменники, в которых может нагреваться вода, закачиваемая с поверхности земли, с тем, чтобы снова доставляться наверх и приводить в действие турбину. Циркуляция в HDR-системах происходит по замкнутому контуру, находящемуся под давлением, которое препятствует закипанию воды. Таким образом, пар образуется только на турбине.
Команда Европейского проекта по исследованию технологии «Hot-Dry-Rock» в Суль-су-Форе во французской части Верхнерейнской низменности (Эльзас) в 1994-1997 годах смогла представить доказательства принципиальной пригодности данного метода. Суль-су-Форе выбрали в качестве центра этого проекта, поскольку данная община находится в центре крупнейшей тепловой аномалии Центральной Европы. Это позволило проводить работы на относительно небольших глубинах примерно от 3500 до 5000 м.
Результаты исследований, в которых приняли участие также ученые из Северного Рейна-Вестфалии, вывели европейских исследователей в мировые лидеры в области развития HDR-технологии.
На основе этого воодушевляющего проекта Федеральное правительство Швейцарии приняло решение о сооружении первой собственной HDR-электростанции в районе г. Базель.
Аккумулирование тепла и холода
Тепло можно не только извлекать из Земли, но и аккумулировать в Земле.
Накопители геотермального зонда:
Летом излишек тепла из зданий можно передавать в грунт через геотермальные зонды или энергетические сваи. Зимой тепло можно обратно забирать из грунта.
Соответствующий показательный объект был сооружен в Северном Рейне-Вестфалии еще в 1992 году. В центре технологий г. Дюссельдорф производится отопление и охлаждение комплекса зданий площадью 6650 м? с использованием геотермальной энергии. В установке геотермальных зондов 77 зондов глубиной по 35 м распределяются в четырех шахтах и производят отбор энергии мощностью 117,5 кВт.
Водоносные резервуары:
Если в грунте имеется водоносный слой без течения или с незначительным течением воды, то его можно использовать для непосредственного аккумулирования тепла. Такой водоносный резервуар есть, например, у здания Берлинского Рейхстага. Летом через скважины в грунт там отводятся отходы тепла из теплоэлектроцентрали. Позже во время отопительного сезона их можно снова использовать.
Обеспечение защиты от снега и льда для площадей, занятых дорогами, улицами и другими транспортными сооружениями
В 1994 году в Европе была создана первая установка по методу улавливания солнечной энергии с поверхностей дорог – навесной виадук над государственной дорогой недалеко от г. Дерлиген ам Тунерзее (Швейцария). Этот участок дороги выделялся очень высокой аварийностью из-за частого и неожиданного образования гололеда. Под поверхностью дороги, которая нагревается под действием Солнца, находятся змеевики, отдающие собранное тепло в накопитель геотермального тепла. Затем зимой в критических метеорологических условиях тепло снова передается из накопителя и предотвращает образование гололеда.
Аккумулирование тепла
Аккумулирование тепла позволяет: повысить теплоустойчивость зданий, повысить КПД автономных источников электроэнергии, обеспечить простую схему возврата тепловой энергии стоков, снизить стоимость электрообогрева как производственных площадей, так и отдельных квартир, в которых устанавливаются ТЕПЛОНАКОПИТЕЛИ.
Тепловой аккумулятор в сравнении с другими аккумуляторами обладает следующими преимуществами: простота устройства, относительно низкая себестоимость, эффективные массогабаритные характеристики, долговечность.
Теплоаккумуляторы применяются для:
1. повышения тепловой устойчивости зданий;
2. повышения КПД автономных источников электроэнергии;
3. возврата тепловой энергии стоков;
4. обогрева помещений.
Повышение тепловой устойчивости зданий
В условиях аварий на теплоцентралях и тепловых сетях или плановых отключений важным фактором является тепловая устойчивость зданий, к которым прекращена подача тепла. Тепловой устойчивостью здания (помещения) принято понимать способность здания сохранять накопленное тепло в течение определенного времени (которого может стать недостаточно для ликвидации аварий) при изменяющихся тепловых воздействиях. Оборудование зданий теплоаккумулятором позволяет повысить его тепловую устойчивость, т.е. дать дополнительное время для устранения аварии. Теплоаккумуляторы можно устанавливать в уже существующих зданиях, но разработка теплоаккумуляторов на стадии проектирования нового строительства позволит более успешно решить задачу тепловой устойчивости зданий.
Размещение теплоаккумулятора в существующих подвалах затруднительно вследствие дефицита пространства. В арсенале технологий имеются разработки с достаточно эффективными массогабаритными параметрами.
Тепло, накопленное и сохраняемое в теплоаккумуляторе, в случае преднамеренного или аварийного отключения подачи тепла в здание, будет поддерживать приемлемую температуру в здании в течение более продолжительного времени, что облегчит проведение мероприятий по устранению аварии или решению иных задач.
Повышение кпд автономных источников электроэнергии
Известно, что КПД бензо-, дизельагрегатов и газо-поршневых (в т.ч. на природном газе) электростанций сравнительно невелик (25-30%). Особенно он мал при недогрузке мощности электростанции.
При наличии теплоаккумулятора вся тепловая энергия электростанции используется для его зарядки. Избыток электроэнергии также направляется в теплоаккумулятор. Т.о. КПД автономного источника становится соизмеримым с КПД котла (порядка 85%), а стоимость электроэнергии, получаемой на такой электростанции, будет в несколько раз ниже сетевой.
Такое решение пригодно как для организаций, устраняющих аварии, так и для любого автономного потребителя (отдельно стоящий коттедж, дом, подъезд в доме, гараж и т.д.)
Возврат тепловой энергии стоков
Установка теплоаккумуляторов позволяет решить и некоторые задачи энергосбережения. Так, установка тепловых насосов в системе канализационных стоков и закачка утилизированной энергии в теплоаккумулятор, позволит частично вернуть потери тепла, связанные со сбросом теплой воды в канализацию.
Обогрев помещений с применением теплонакопителей
Существующее положение о тарифном регулировании предусматривает значительно более низкий тариф на электроэнергию, потребляемую в ночное время по сравнению с дневным, что связано с необходимостью выравнивания графиков потребления электроэнергии и что важно для нормальной работы единой энергетической системы. Это позволяет пропорционально снизить затраты на обогрев помещения, но требует установки теплоаккумулирующих нагревательных приборов.
Затраты на установку теплонакопителей окупаются в среднем за 2-3 года за счет более дешевой стоимости 1 кВт.ч.
Хозяйствующие субъекты, использующие теплонакопители в широких масштабах, т.е. являющиеся потребителями большого количества электроэнергии, могут самостоятельно приобретать энергию на ФОРЭМе, где она обходится значительно дешевле.
Заключение
Энергия – это движущая сила любого производства. Тот факт, что в распоряжении человека оказалось большое количество относительно дешевой энергии, в значительной степени способствовало индустриализации и развитию общества. Однако в настоящее время при огромной численности населения и производство, и потребление энергии становится потенциально опасным. Наряду с локальными экологическими последствиями, сопровождающимися загрязнением воздуха и воды, эрозией почвы, существует опасность изменения мирового климата в результате действия парникового эффекта.
Человечество стоит перед дилеммой: с одной стороны, без энергии нельзя обеспечить благополучия людей, а с другой – сохранение существующих темпов ее производства и потребления может привести к разрушению окружающей среды, серьезному ущербу здоровья человека.
Сегодня около половины мирового энергобаланса приходится на долю нефти, около трети - на долю газа и атома (примерно по одной шестой) и около одной пятой - на долю угля. На все остальные источники энергии остается всего несколько процентов. Совершенно очевидно, что без тепловых и атомных электростанций на современном этапе человечество обойтись не в состоянии, и все же по возможности там, где есть, следует внедрять альтернативные источники энергии, чтобы смягчить неизбежный переход от традиционной энергетики к альтернативной. Тогда будет жизненно важно, сколько солнечных батарей успеет вступить в действие, сколько заработает “мини-ГЭС” и приливных станций, открывающих дорогу тысячам других, сколько цепочек ветряков встанет по горам и сколько цепочек волновых буйков закачается у побережий.
Однако, главная проблема современной энергетики
– не истощение минеральных ресурсов, а угрожающая экологическая обстановка: еще задолго до того, как будут использованы все мыслимые ресурсы, разразиться экологическая катастрофа, которая превратит Землю в планету, совершенно не приспособленную для жизни человека.
Литература
1. Ф. Н. Мильков «Общее землеведение»
2. Б. С. Залогин «Океаны»
3. Б. С. Залогин «Океан и человек»
4. М. Р. Плоткин «Основы промышленного производства»
5. Интернет версия журнала «Наука и жизнь»