Альтернативные источники теплоснабжения

Альтернативный источник энергии – способ, устройство или сооружение, позволяющее получать тепловую энергию и заменяющий собой традиционные источники энергии, вырабатывающие тепловую энергию за счет сжигания нефти, природного газа и угля и т.п. Цель поиска альтернативных источников энергии – получение ее из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. Важным фактором может являться также экологичность и экономичность альтернативных источников энергии.

Альтернативные источники энергии можно разделить по виду преобразуемой в тепло энергии следующим образом:

1. Ветровые <– движение воздушных масс;

2. Геотермальные <– тепло планеты;

3. Солнечные <– электромагнитное излучение солнца;

4. Гидроэнергетические <– движение воды в реках или морях;

5. Биотопливные <– теплоту сгорания возобновляемого топлива (например, спирта, биогаза).

Ветроэнергетика – отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию).

Геотермальная энергетика – направление энергетики, основанное на получении тепла за счёт энергии, содержащейся в недрах земли, на геотермальных станциях.

Солнечная энергетика – направление нергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов. Производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределённого производства энергии.

Биотопливо – топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки биологических отходов. Существуют также проекты, направленные на получение биотоплива из целлюлозы и различного типа органических отходов, но эти технологии находятся в ранней стадии разработки или коммерциализации. Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, брикеты, топливные гранулы, щепа, солома, лузга) и газообразное (биогаз, водород).

В значительном числе случаев основным элементом альтернативной энергетической установки является «тепловой насос», позволяющий извлекать промышленно используемую тепловую энергию из низкопотенциальных источников теплоты.

Термодинамически тепловой насос аналогичен холодильной машине. Однако если в холодильной машине основной целью является производство холода путём отбора теплоты из какого-либо объёма испарителем, а конденсатор осуществляет сброс теплоты в окружающую среду, то в тепловом насосе процесс обратный. Конденсатор является теплообменным аппаратом, выделяющим теплоту для потребителя, а испаритель – теплообменным аппаратом, утилизирующим низкопотенциальную теплоту: вторичные энергетические ресурсы и (или) нетрадиционные возобновляемые источники энергии.

По виду теплоносителя во входном и выходном контурах тепловые насосы делят на восемь типов: «грунт—вода», «вода—вода», «воздух—вода», «грунт—воздух», «вода—воздух», «воздух—воздух» «фреон—вода», «фреон—воздух».

Отбор тепла от воздуха

Рециркуляционный кондиционер («сплит») за счет незначительного усложнения газового тракта может не только охлаждать воздуха в помещении, но и нагревать его, работая в режиме инвертора. Системы «воздух-воздух» используются зимой при температурах до минус 25 градусов, некоторые модели продолжают работать до −40 градусов. Но их эффективность резко падает. При более сильных морозах нужно дополнительное отопление.

Отбор тепла от горной породы

Скальная порода требует бурения скважины на достаточную глубину (100 −200 метров) или нескольких таких скважин. В скважину опускается U-образный трубопровод с двумя пластиковыми трубками, составляющими контур. Трубки заполняются антифризом. По экологическим соображениям это 30 % раствор этилового спирта. Скважина заполняется грунтовыми водами естественным путём, и вода проводит тепло от камня к теплоносителю. При недостаточной длине скважины или попытке получить от грунта сверхрасчётную мощность, эта вода и даже антифриз могут замёрзнуть что и ограничивает максимальную тепловую мощность таких систем. Именно температура возвращаемого антифриза и служит одним из показателей для схемы автоматики. Ориентировочно на 1 погонный метр скважины приходится 50-60 Вт тепловой мощности. Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходима скважина глубиной около 170 м.

Отбор тепла от грунта

Самые эффективные но и самые дорогие схемы предусматривают отбор тепла от грунта, чья температура не меняется в течение года уже на глубине нескольких метров, что делает установку практически независимой от погоды. По данным 2006 года в Швеции полмиллиона установок, в Финляндии 50 000, в Норвегии устанавливалось в год 70 000. При использовании в качестве источника тепла энергии грунта трубопровод, в котором циркулирует антифриз, зарывают в землю на 30-50 см ниже уровня промерзания грунта в данном регионе. На практике – на глубине 0,7 – 1,2 метра. Минимальное рекомендуемое производителями расстояние между трубами коллектора – 1,5 метра, минимум – 1,2. Здесь не требуется бурение, но требуются более обширные земельные работы на большой площади, и трубопровод более подвержен риску повреждения. Эффективность такая же, как при отборе тепла из скважины. Специальной подготовки почвы не требуется. Но желательно использовать участок с влажным грунтом, если же он сухой, контур надо сделать длиннее. Ориентировочное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 м трубопровода: в глине — 50-60 Вт, в песке — 30-40 Вт для умеренных широт, на севере значения меньше. Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходим земляной контур длиной 350—450 м, для укладки которого потребуется участок земли площадью около 400 м² (20х20 м).