В настоящее время большое внимание уделяется так называемой альтернативной энергетике. Остановимся на некоторых вариантах использования альтернативных источников тепла и энергосберегающих технологий, предлагаемых на отечественном рынке. Несмотря на высокую стоимость систем с применением альтернативных источников энергии, экономические затраты на их установку окупаются за счет энергосбережения.

    Энергия земли. Использование геотермальной энергии получило широкое распространение во многих странах. В Финляндии, Франции, Бельгии, Германии геотермальные воды обогревают целые города и поселки. В Украине это направление пока находится на начальном этапе развития, но представляется очень перспективным. Совсем недавно на нашем рынке появились тепловые насосы, источниками энергии для которых служат земля, вода и воздух.

    Такие системы объединяют в себе возможности отопления и охлаждения зданий. В земле прокладываются каналы для прохождения воздуха или трубы, в которые подается вода или другой теплоноситель. Независимо от того, что циркулирует в системе, за счет теплообмена с землей тепловой насос может забирать тепло земли и подавать в помещения в холодную пору года или сбрасывать тепло из дома в землю в жаркую погоду. Температура грунта ниже точки промерзания круглогодично составляет + 8-10 °С. Теплоноситель с темп 0 °С проходя по трубопроводам земли нагревается до этой температуры И это низкотемпературное тепло с 10-ю градусами разницы преобразуется в тепловом насосе в + 50-60 °С , которые в дальнейшем используются для отопления дома и нагрева горячей воды. Эти системы могут быть хорошим вариантом или своеобразной страховкой для строящихся сегодня коттеджных городков. Расчетный срок их службы - свыше 20 лет. При этом нет необходимости в текущих дополнительных затратах на топливо, как в традиционных системах, поскольку используется готовое природное тепло. Чтобы получить 4 кВт тепловой энергии, тепловой насос расходует 1 кВт электроэнергии, в то же время, чтобы получить те же 4 кВт, для электрообогревателя с КПД 90 %, условно говоря, понадобится около 4,5 кВт электроэнергии. Стоимость теплового насоса рассчитывается из условия 300-500 у.е. за 1 кВт тепловой мощности.

    Солнечная энергия. Для справки .За три дня Солнце посылает на Землю энергию, содержащуюся во всех разведанных запасах ископаемых топлив. Солнечную энергию при помощи гелиоустановок преобразуют в тепловую или электрическую энергию, удобную для практического применения. Преобразование обусловлено способностью веществ поглощать электромагнитные излучения, благодаря чему их температура повышается.

    Простым и дешевым способом использования солнечной энергии является нагрев бытовой воды с помощью плоских солнечных коллекторов, которые позволяют собирать как прямое, так и рассеянное излучение, а значит, могут работать и в солнечную, и в пасмурную погоду. Коллектор представляет собой теплоизолированный с тыльной стороны и боков короб, внутри которого помещен поглотитель тепла, имеющий специальное селективное покрытие. Корпус сверху закрыт листом из прозрачного материала. Теплоноситель передает поглощенное солнечное тепло в систему ГВС и/или теплоснабжения. Стоимость таких устройств - 150-400 у. е./м2 площади коллектора. Качественный коллектор должен сохранять свои свойства (КПД) во время всего расчетного срока службы (более 20 лет). Достигается это за счет применения соответствующих материалов, устойчивых к высоким температурам (до 200 оС) и к прямому ультрафиолетовому излучению.

                                                                

    Биоэнергетика. Поскольку возрастают потребности в энергии, с одной стороны, и истощаются ресурсы ископаемого топлива, с другой, биомасса уже в скором времени может стать весомым источником сырья для производства энергии и химического производства. Общие годовые объемы восстанавливающих ресурсов биомассы в Украине составляют более 15 млн. т условного топлива, а это значит, что биомасса может обеспечить около 5-8 % общей потребности в энергии. Планируется увеличение использования биомассы, в том числе бытовых твердых отходов, отходов древесины и производства сельскохозяйственных культур . В Украине производятся соломосжигающие котлы ? мощностью от 150 до 600 кВт, а также прессподборщики, упаковывающие ее в удобные для транспортировки тюки весом от 150 до 500 килограммов. КПД котлов на соломе составляет 77-82 %. Для сравнения: теплогенерирующая установка на соломе мощностью около 0,5 МВт потребляет в среднем 450 т соломы за отопительный сезон и может заменить мазутный котел с КПД 80 % той же мощности, при этом являясь гораздо экологичнее последнего. А котел мощностью около 1 МВт, потребляя за отопительный сезон около тысячи тонн соломы, дает замещение приблизительно 380 тыс. м3 природного газа. Стоимость такого оборудования составляет от 35 до 65 у.е. за 1 кВт тепловой мощности, причем меньшее значение соответствует котлам большей мощности. Недостатком такого отопления является то ?что такие объемы соломы надо где-то хранить.

    Энергосберегающие технологии. Это направление энергетики, условно говоря, предполагает рациональное расходование как самого традиционного топлива, так и вырабатываемой энергии. Примером первого варианта может быть усовершенствование конструкции котлов, в частности топок, и повышение таким образом коэффициента полезного действия. Современные котлы имеют КПД 80-90 %. Системы с водяным обогревом благодаря современным технологиям подготовки воды, а также коррозиеустойчивым материалам поддерживают КПД на оптимальном уровне в течение многих лет. Также существуют специальные средства для очистки таких систем или позволяющие воде не замерзать при отключении системы и т. д. Современные печи, работающие на твердом топливе, предполагают сжигание топлива в два этапа: в первой камере материал тлеет, во второй происходит окончательное сжигание горючих газов и таким образом тепловая энергия используется максимально. Даже камины, традиционно имеющие достаточно низкий КПД, подвергаются совершенствованию - теплый воздух, проходящий по дымоходу, теперь может использоваться для подогрева воды. Диапазон цен на такое оборудование довольно широк - от 300 у.е. (печи) и до нескольких тысяч (котлы).

    Второй способ сбережения энергии - подбор оптимальной системы отопления/горячего водоснабжения в результате расчета теплопотерь/расхода воды. Такие расчеты лучше предоставить сделать специалистам, они подскажут, оборудование какой мощности необходимо установить на определенном объекте. Эта услуга может стоить до 100 у.е. Однако такие затраты могут дать экономию в несколько тысяч у. е. при выборе и установке системы. Образно говоря, воспользовавшись приблизительными расчетами, за систему теплоснабжения вам придется выложить 10 тыс. у.е., но заплатив за такую услугу специалистам 100 у.е., может оказаться, что необходимое вам оборудование стоит 7 тыс. у.е. Важным может быть и распределение тепла в помещении, например этот фактор лег в основу создания систем теплого пола: необходимый уровень тепла концентрируется в оптимальной плоскости (22-24 С - возле пола, 18-20 С - на уровне головы человека). Стоимость таких систем - от 10 до 150 у.е./кв.м. Но это не только правильное распределение тепла ? но и значительная его экономия Для простого обывателя мероприятиями по энергосбережению могут быть элементарное утепление балконов и окон, установка стеклопакетов, для владельцев домов - применение современных систем утепления фасадов.

    Технологические аспекты сжигания биотоплива.

    Почему вообще выгодно использовать биомассу в качестве топлива? Существуют причины экономические и экологические. Однако для всех потребителей очень важным является вопрос экономики. Последние расчеты и анализ цен на основные виды топлива показывают, что биомасса во многих случаях превосходит традиционные виды топлива (не только дрова и уголь, но и жидкое топливо – дизель и мазут) по экономике использования. Конечно, при этом необходимо смотреть не на цену 1 тонны топлива, а на стоимость 1 кВт энергии, произведенного при использовании этого топлива.

                                        

    Как видно, биотопливо является альтернативой для тех регионов, где существуют запасы древесины и стоимость древесных отходов не очень велика вследствие их немалого количества. Особенно выгодно устанавливать котельные на биотопливе на предприятиях лесопереработки и деревообработки. К тому же тенденции говорят о том, что цены на жидкое топливо и газ будут постоянно расти. Следовательно, использование биомассы в качестве топлива становится все более актуальным.

    Для каждого вида биотоплива существует своя технология. Котельные, предназначенные для биомассы влажностью менее 30%, не будут эффективны ни для сжигания влажного биотоплива с содержанием воды около 50%, ни для рафинированного биотоплива. Влажное сырье не будет сгорать по причине того, что ему необходимо очень высокая температура внутри котла, достигать которой нет смысла, если использовать сухую биомассу. Рафинирование топливо, гранулы которого сгорать в таком котле будут, но при этом потеряют экономическую целесообразность, поскольку стоимость котла на гранулы ниже, чем на влажной или сухой (до 35%) биомассе – опилках, щепе и т.д. Нюансов в сжигании биотоплива очень много. Например, в топливной щепе из верхушек деревьев хвойных пород присутствует хвоя. При сжигании хвои в топке образуется щелочь натрия. Что такое щелочь натрия для стальных котлов, объяснять не надо. Но есть технологии, позволяющие нейтрализовать вредные эффекты, - и об этом тоже знают европейские производители.

    Котельные на сыром и сухом биотопливе. В Европе разработан достаточно широкий ряд и тип котлов на биотопливе: это котлы на прессованном биотопливе – гранулах и брикетах, а также на сухом биотопливе (влажность до 30%) и на влажном биотопливе (влажность до 55%). Назначение таких котлов весьма разнообразно: кроме традиционного сжигания качественного прессованного биотоплива (из хвойных пород) и некачественного прессованного (из хвойных и лиственных пород), а также биомассы в виде щепы и опилок разработаны котлы для сжигания торфа, для сжигания коры и смесей из коры, для сжигания другого органического сырья (в том числе и ТБО, мусора) и даже для утилизации плохо сгораемого сырья.

    Биотопливные котлы в зависимости от их конкретных характеристик могут быть ориентированы на самые разные сегменты рынка: от частных лиц до муниципальных образований, предприятий имеющих доступ к сырью или производящих сырье, до предприятий – производителей тепловой энергии. Любое новое оборудование призвано решить основную задачу – заработать при замене устаревшего оборудования новым; ведь инвестиции делают для того, чтобы заработать! Инвестировать средства для замены с амортизированного оборудования на новое, только ради замены, аморально. Для того, чтобы заработать на производстве тепловой энергии, необходимо ставить высокоэффективные котлы с высоким КПД, при этом максимально автоматизировать, требующие минимальных затрат на обслуживание и очень надежные. Ссылки на то, что такое оборудование нельзя ставить в леспромхозах, несостоятельны. К сожалению, отечественные производители пока такого оборудования для сжигания биотоплива предложить не могут. Попытки разработать самим что-то эффективное не увенчались успехом, хотя КПД декларируется на уровне 90-95%. Почему до сих пор не получилось создать что-то эффективное? Во-первых, слабо знают теорию сжигания разных видов биотоплива. Во-вторых, во всяких разработках есть какое-то ноу-хау, которое не всегда можно увидеть.

    Пример: в России до сих пор эксплуатируется очень много паровых биотопливных котлов марки Е и ДКВР с топкой Померанцева и с подсветкой, т.е. с дополнительной горелкой на мазуте или дизтопливе. Считается, что это очень эффективно. Вывод экспертов, проведших обследования таких котлов, звучит примерно так: «Это ужасающе!» и они не преувеличивают. Вот краткое описание последствий: «Опилки содержат золу. В состав золы входят различные металлы. Если эти металлы окажутся в среде с очень высокой температурой, то они расплавятся. Расплавленная зола называется шлаком и создает большие «камни» в камере сгорания. Шлак также может образовываться перед котельными трубами и изолировать их от излучения тепла, которое производит мазутное топливо! Таким образом, при сжигании жидкого топлива и опилок в одной камере образуется шлак, что, в свою очередь, может уменьшить теплоизлучение жидкого топлива. То небольшое количество тепла, которое получается в результате излучения от сжигания опилок при низкой температуре, достаточно легко подсчитать.

    Таким образом, вышеприведенные факты показывают, что сжигание опилок – это уничтожение опилок и энергетическая катастрофа, если сжигание происходит одновременно со сжиганием мазута. Раз мы вспомнили про мазут или дизтопливо, скажем и про очевидное отличие между жидким топливом и биотопливом. Какова теплотворная способность этого топлива? Но, впрочем, важна не сама величина (ккал/кг), а то, что эта величина – теплотворная способность – всегда константа. Поэтому процесс горения и проходит автоматически. А биотопливо (мы говорим здесь о непрессованной биомассе)? Эта величина почти всегда переменная. Разве можно вручную управлять процессом горения в этом случае и заработать при этом на продаже тепловой энергии? Отечественные производители котлов пока не могут предложить полного комплекта автоматики и контроля за отпуском тепла и процессом горения. Если нет такой автоматики, то о каком КПД в 90% может идти речь? Но и это не главное. Для эффективного горения древесины необходимо, чтобы во всем объеме топки температура была не ниже 80°С. В предлагаемых отечественных котлах это невозможно в принципе, так как они конструктивно имеют топочное пространство с охлаждаемыми водой стенками, которые мешают равномерному и достаточно высокому нагреву топки.

    Что еще можно вспомнить покупателям котлов на биотопливе? Невозможно эффективное сжигание биотоплива влажностью до 30% и тем более выше 30% без предтопков. Котлы на биотопливе эффективно работают в номинальном режиме 75-80% мощности, как и автомобиль, для которого оптимальным является движение на пятой передаче при скорости 90-100 км/час. Котлы на биотопливе имеют нижний предел горения на уровне 30% от максимальной мощности. Поэтому проектировщикам важно четко определить мощность подбираемого котла. Здесь не проходит случай «больше - не меньше», поскольку это обстоятельство сильно влияет на КПД котла.

    …И есть еще множество других не менее важных нюансов…

    Несколько слов о таком виде биотоплива, как дрова. В некоторых лесных регионах замену самортизированных котлов на котлы, сжигающие дрова, возвел в ранг приоритета региональной политики в области теплоснабжения. На рынке появилось много новых котлов на дровах мощностью до 2 МВт и более и с заявленными КПД 70-80%. А цена? Дешевле только даром! Фантастическое предложение: очень дешевые котлы, никаких затрат на переработку дров, высокий КПД и т.д. – это то, о чем в последние 50 лет мечтает вся мировая энергетика. Надо срочно подавать заявки в Нобелевский комитет. Почему? Потому что для того, чтобы получить 2 МВт тепловой энергии за 1 час, необходимо сжечь 1,5 куб.м дров средней влажности (30%) при КПД 80%. Представьте, что такое 1,5 куб.м древесины. Как нужно организовать горение, чтобы это количество сгорело за 1 час с КПД 80% А за 1 сутки необходимо перетаскать 36 куб.м дров. Сколько нужно физически сильных кочегаров на такую котельную? Сколько надо дров для такой котельной на весь отопительный сезон? Тут необходимо создавать бригаду с лесозаготовительной техникой. Сколько будет стоить топливо и сколько будет стоить 1 Гкал тепла, произведенного в такой котельной, которую будет оплачивать потребитель? Но ведь дрова у нас влажностью 50%. О проблемах горения материалов с такой влажностью мы уже говорили выше. Реальный КПД таких котлов не может превышать 30%! Чтобы не быть голословным, у кого такая котельная есть – поставьте, пожалуйста, теплосчетчик на границе раздела котельной. Он вам сосчитает произведенные котельное тепло за отопительный сезон. Вы знаете, сколько сожгли дров в этой котельной. Теплотворная способность дров 2660 ккал/кг или 1,729 Гкал/куб.м. Можно легко сосчитать КПД:

    КПД = Е / Q * V

    где Е – количество выработанной энергии, Q – теплота сгорания топлива и V – объем сжигаемого топлива в куб.м.

    КПД будет не больше 30%! К сожалению, в таких котельных нет теплосчетчиков, и потребителям приходится оплачивать не полученное тепло, а то количество тепла, которое должно было получиться при КПД 80%. Интересно? Проверьте! И подсчитайте, какова же реальная стоимость 1 Гкал на такой котельной.

    Котлы и камины на гранулах.

    В Европе в среднем 50% производителей брикетов и 64% производителей гранул имеют покупателей, у которых установлены котлы средней мощности - от 100 кВт до 1 МВт. Обычно такие печи устанавливаются в больших частных домах, где живет много семей, а также в школах, на небольших предприятиях и в официальных учреждениях. Достоинство котельных на гранулах по сравнению с любыми другими котельными в условиях города – небольшое и экологически чистое топливное хозяйство, которое можно разместить даже внутри здания. Это невозможно ни для дизельной котельной, ни для котельной на влажной биомассе.

    Камины на гранулах и брикетах – это специфический продукт. Они работают не как котлы, а как воздухонагреватели, поэтому не требуют системы трубопроводов. Чаще они используются (как и традиционные камины) в качестве дополнительного средства обогрева, хотя небольшого мощностью до 10 кВт, вполне хватит для обогрева частного дома, если грамотно его разместить. Основными преимуществами каминов являются: автоматический процесс горения, легкость в использовании, малый объем золы, регулировка тепла, быстрый нагрев воздуха в отапливаемом помещении. Кроме того, установив такой камин, вы получаете несравненное эстетическое удовольствие.

    В настоящее время в Европе все большее распространение получают установки КПТЭ – Комбинированное Производство Тепла и Электроэнергии, - работающие на гранулах. Отчасти это вновь создаваемые станции централизованного теплоснабжения поселков, микрорайонов и т.п., отчасти – модернизируемые старые котельные, работавшие, прежде всего на жидком топливе или угле.

    

e-mail: innyska2008@mail.ru   

© ДонНТУ 2010 Чижикова И.В.

---