Вторичных энергетических ресурсов и основные показатели их использования

Согласно Закону Республики Беларусь "Об энергосбережении", вторичные энергетические ресурсы — это энергия, получаемая в ходе любого технологического процесса в результате недоиспользования первичной энергии или в виде побочного продукта основного производства и не применяемая в этом технологическом процессе.

Энергетические отходы — это энергетические потоки на выходе из технологической установки, включая и все потери энергии в ней, за исключением полезной энергии.

Энергетические отходы можно представить в виде трех потоков:

1) энергетические отходы внутреннего использования, представляющие собой потоки энергии, которые возвращаются с выхода технологической установки на ее вход за счет регенерации и рециркуляции;

2) неизбежные потери энергии в технологической установке из-за несовершенства процессов протекающих в ней;

3) энергетические отходы внешнего использования, которые собственно и представляют собой вторичные энергетические ресурсы.

Классификация ВЭР. Примеры использования ВЭР.

Вторичные энергетические ресурсы классифицируют в зависимости от вида энергии, которая сосредоточена в том или другом виде вторичного ресурса.

Различают ВЭР: горючие, тепловые и избыточного давления [13].

Горючие ВЭР (в них сосредоточена химическая энергия) — это горючие газы и отходы одного производства, которые могут быть применены непосредственно в виде топлива в других производствах.

Тепловые ВЭР (тепловая энергия) — это физическая теплота уходящих газов, основной и побочной продукции производства; теплота золы и шлаков; теплота горячей воды и пара, отработавших в технологических установках; тепловая энергия теплоносителей, используемых в системах охлаждения технологических установок.

ВЭР избыточного давления (потенциальная энергия рабочего тела, имеющего давления выше атмосферного)— это потенциальная энергия покидающих установку газов, воды, пара, имеющих повышенное давление, которая может быть еще использована перед выбросом в атмосферу. Основное направление использования таких ВЭР — получение электрической или механической энергии.

Трансформаторы тепла.

Трансформаторами тепла называют устройства, служащие для переноса тепловой энергии от тела с низкой температурой Т_н к телу с более высокой температурой Т_в.

Чтобы осуществить такое преобразование теплоты, необходимо затратить внешнюю энергию (механическую, электрическую и т.п.).

К трансформаторам теплоты относят холодильные машины, кондиционеры и тепловые насосы.

Трансформаторы тепла, используемые в качестве тепловых насосов, позволяют повышать потенциал тепловой энергии низкотемпературных ВЭР или окружающей среды (атмосферного воздуха, грунта или водоемов).

Наибольшее распространение получили компрессионные трансформаторы тепла, работающие по обратному циклу тепловой машины, в которых механическая работа преобразуется в теплоту. Основными элементами трансформатора тепла являются (см. рисунок 9.8) теплоприемник, имеющий температуру Т_н, механическое устройство, преобразующее механическую работу в теплоту, и теплоотдатчик с температурой Т_в.

Теплоприемник связан с источником теплоты, а теплоотдатчик – с потребителем.

К рабочему телу, циркулирующему внутри трансформатора тепла, от теплоприемника подводится теплота Q₁. Затем к нему в механическом устройстве дополнительно подводится теплота за счет преобразования механической работы L.

Суммарное количество теплоты Q₂ = Q₁ + L поступает в теплоотдатчик, которая в дальнейшем и передается потребителю.

Эффективность работы трансформатора тепла оценивается коэффициентом преобразования φ, который является основной характеристикой теплового насоса φ = Q₂ / L .

Коэффициент преобразования показывает во сколько раз теплота Q₂ полученная потребителем от теплоотдатчика больше по сравнению с затраченной работой L.

Источниками низкопотенциальной теплоты, необходимой для работы теплонасосных установок, служат естественная среда (воздух, вода, грунт) или промышленные отходы теплоты. Однако необходимо отметить, что тепловые насосы, являющиеся средством теплоснабжения, в Республике Беларусь еще пока не получили широкого распространения.

Основным условием, дающим большие преимущества и открывающим дорогу для повсеместного использования тепловых насосов, является сравнительно небольшой перепад температур между теплоприемником и теплоотдатчиком. Поэтому при использовании промышленных отходов, имеющих температуру выше, чем температура окружающей среды, тепловые насосы при прочих равных условиях расходуют меньшее количество энергии, чем при использовании теплоты окружающей среды.

Рассмотрим принципиальную схему теплового насоса компрессионного типа (рисунок 9.9) и принцип его работы. Основными элементами теплового насоса являются испаритель (теплоприемник), конденсатор (теплоотдатчик) и компрессор, который преобразует механическую работу в теплоту. Рабочее тело, вещество с низкой температурой кипения, циркулирует в контуре за счет работы компрессора.

Рисунок 9.9 Принципиальная схема компрессионного теплового насоса:

1 – двигатель привода компрессора; 2 – дроссель; Р₁ – давление рабочего тела в испарителе;

Р₂ – давление рабочего тела в конденсаторе после компрессора; ж, г – агрегатное состояние рабочего тела соответственно жидкое или газообразное.

Тепловой насос работает следующим образом. В теплообменнике-испарителе отбирается теплота низкого потенциала Q₁ от источника и передается рабочему телу (фреону). В результате подведенной тепловой энергии фреон испаряется и переходит из жидкого состояния в газообразное. Образующиеся в испарителе пары фреона поступают в компрессор. Компрессор приводится в действие электродвигателем и электрическая энергия, затрачивая на привод компрессора, преобразуется в тепловую в процессе сжатия фреона. Вследствие этого повышается давление до величины Р₂ и температура рабочего тела, и соответственно тепловая энергия, подводимая к конденсатору.

Затем теплота сжатых паров Q₂ в конденсаторе передается потребителю тепла, в результате чего температура паров фреона снижается и он переходит из газообразного состояния в жидкое. Далее конденсат попадает на вход в дроссельное устройство после прохождения которого давление снижается до первоначального Р₁ и жидкая фаза вновь поступает в испаритель.

Тепловые насосы можно использовать в качестве индивидуальных систем обогрева жилых домов, отдельно стоящих зданий и сооружений, насосных (канализационных, водоснабжения) и т.п.