Григорьева Елена Геннадьевна

Факультет: Физико-металлургический

Специальность: Экономический менеджмент

Тема выпускной работы: «Использование тепловых насосов в качестве

источника низкопотенциальной энергии.»

Руководитель: Гридин Сергей Васильевич

Автореферат Биография Ссылки Мое творчество

Тепловые насосы: вчера, сегодня, завтра

Д-р техн. наук И.М.Калнинь И.К.Савицкий

Теплонасосные установки, осуществляя обратный термодинамический цикл на низкокипящем рабочем веществе, черпают возобновляемую низкопотенциальную тепловую энергию из окружающей среды, повышают ее потенциал до уровня, необходимого для теплоснабжения, затрачивая в 1,2...2,3 раза меньше первичной энергии, чем при прямом сжигании топлива. Применение теплонасосных установок - это и сбережение невозобновляемых энергоресурсов, и защита кружающей среды, в том числе и путем сокращения выбросов СО2 (парникового газа) в атмосферу. Тепловые насосы вышли из недр холодильной техники и, как правило, создаются и выпускаются заводами холодильного машиностроения. Это одно из важнейших пересечений техники низких температур с энергетикой.
    Теплонасосные установки целесообразно использовать при переходе к децентрализованным системам теплоснабжения (без протяженных дорогостоящих тепловых сетей), когда тепловая энергия генерируется вблизи ее потребителя, а топливо сжигается вне населенного пункта (города) [4]. Внедрение таких экономичных и экологически чистых технологий теплоснабжения необходимо в первую очередь во вновь строящихся районах городов и в населенных пунктах при полном исключении применения электрокотельных, потребление энергии которыми в 3-4 раза превышает потребление ее теплонасосными установками.
    Важнейшая особенность теплонасосных установок - универсальность по отношению к виду используемой энергии (электрической, тепловой). Это позволяет оптимизировать топливный баланс энергоисточника путем замещения более дефицитных энергоресурсов менее дефицитными.
    Еще одно преимущество теплонасосных установок - широкий диапазон мощности (от долей до десятков тысяч киловатт), перекрывающий мощности любых существующих теплоисточников, в том числе малых и средних ТЭЦ.
    Использование теплонасосных установок перспективно в комбинированных схемах в сочетании с другими технологиями использования возобновляемых источников энергии (солнечной, ветровой, биоэнергии), так как позволяет оптимизировать параметры сопрягаемых систем и достигать наиболее высоких экономических показателей. Применение теплонасосных установок вносит наибольший вклад в экономию невозобновляемых энергоресурсов с помощью технологий нетрадиционной энергетики.
    Перечисленные преимущества теплонасосных установок обусловили их широкое и всевозрастающее распространение в развитых странах и во всем мире. Ставится задача не о локальном или ограниченном применении теплонасосного теплоснабжения, а о максимальном отказе от прямого сжигания для этих целей органического топлива.
    Коэффициент преобразования теплового насоса (µ - отношение отдаваемой теплоты к затраченной энергии) зависит от разности требуемой температуры потребителя Тивт (температура источника высокопотенциальной теплоты) и температуры источника низкопотенциальной теплоты Тинт, термодинамических свойств рабочего вещества и особенностей термодинамического цикла и технического совершенства конструкции теплового насоса. В первом приближении можно считать, что коэффициент ? зависит только от разности температур (ТИВТ - ТИНТ). Чем меньше эта разность, тем выше коэффициент µ
    Для сопоставления эффективности тепловых насосов и традиционных генераторов теплоты, например котельных, а также сравнения тепловых насосов разных принципов действия, например пароком-прессионного с приводом компрессора от электродвигателя и абсорбционного, потребляющего тепловую энергию, применяют обобщенный критерий - коэффициент использования первичной энергии К. Он определяется как отношение полезной теплоты теплового насоса к теплотворной способности израсходованного топлива (7 Гкал на 1 т условного топлива; 1 Гкал = 4,1868-10^9 Дж).
    Удачное сочетание параметров ИНТ и требуемых параметров теплоты у потребителя - важнейшее условие эффективного применения тепловых насосов. Сближение температур ИНТ и ИВТ достигается совершенствованием систем использования теплоты. Так, для современной системы напольного отопления достаточна температура 25.. .35 °С, тогда как для традиционной системы отопления ИВТ должен иметь температуру 70... 100 °С.
    Сопоставление альтернативных вариантов теплоснабжения по степени использования первичной энергии показывает, что наименее эффективен прямой электрический обогрев (Кэл= 0,27...0,34), так как на тепловой электростанции при выработке энергии и ее транспортировке по сетям теряется около 70 % первичной энергии.
    Теплоснабжение прямым сжиганием топлива в котельной приводит к потере около 20 % первичной энергии. Коэффициент использования первичной энергии примерно равен КПД котельной: Ккт = 0,75...0,85.
При рациональном применении тепловых насосов обеспечивается экономия первичной энергии (Ктн > 1).
Для теплового насоса с электроприводом коэффициент использования первичной энергии Ктн равен произведению коэффициента преобразования µ. и коэффициента использования первичной энергии при выработке электроэнергии Кэл. Вследствие низких значений последнего тепловой насос уравнивается по эффективности с котельной при µ= 2,5, и поэтому разность температур (ТИВТ - ТИНТ), как правило, не должна превышать 60 °С [2].
    Парокомпрессионные тепловые насосы с приводом от теплового двигателя, например от газовой турбины или дизельного двигателя, оказываются более экономичными. Хотя КПД этих двигателей не превышает 35 %, при работе в составе теплового насоса может быть утилизирована и направлена в общий поток среды, нагреваемой тепловым насосом, большая част потерь, которые воспринимаются смазкой, охлаждающей двигатель жидкостью и выхлопными газами. В результате коэффициент использования первичной энергии привода возрастает в 1,5 раза, а экономичность теплового насоса обеспечивается при µ> 2,0.
    В тепловых насосах абсорбционного типа вместо компрессора с механическим приводом используют систему, которую называют "термокомпрессор". Ее преимущество - возможность использования тепловой энергии.