Сучасні розробки у галузі енергозабезпечення

Зміст

Вступ…………………………………………………………...……...……….…..4

1. Характеристика об'єкту……………………………………………...….……...6

1.1 Географічне положення……………………………………………...……….6

1.2 Характеристика природно-кліматичних умов………………………………6

2. Обґрунтування запропонованого удосконалення……………………………8

2.1 Сучасний стан енергозабезпечення……………………………………….…8

2.2 Напрямки розвитку паливно-енергетичного комплексу…………………...9

2.3 Що таке геотермальна енергія?..……………………………………………11

2.4 Світовий потенціал геотермальної енергії…………………………………12

2.5 Використання геотермальних джерел енергії…………………...……...….13

2.6 Утилізація і виробництво…………………………………………...…...…..16

2.7 Екологічні аспекти………………………………………………...……..….17

2.8 Геотермальна енергія. Стан і перспективи розвитку…..…………...……..18

2.9 Теплові насоси………………………………………………..………...……20

2.9.1 Загальна характеристика…………………………………………………..20

2.9.2 Область використання теплових насосів……………………...…..……..22

2.9.3 Конструктивна схема компресійного теплового насоса………..……….22

2.9.4 Робоче тіло теплових насосів……………………………………………..23

2.9.5 Ґрунт як джерело низько потенційної теплової енергії……..…..………24

2.9.6 Чинники, під впливом яких формується температурний режим ґрунту25

2.9.7 Види теплообмінників…………..………………………………………...27

2.9.8 "Стійкість" систем використання низько потенційного тепла землі…..32

2.9.9 Порівняння ТНС з котельнею………………………………………….....37

2.9.10 Переваги ТНС опалення приміщення в порівнянні з котельнею……..38

3. Вибір власного теплового насосу……………………………………………39

3.1 Вибір моделі теплового насосу……………………….……….……………39

3.2 Вказівки за розрахунком - ґрунт як джерело тепла……..…………………39

3.3 Встановлення обладнання……………………………………….………….41

4. Теоретичний експеримент…………………………………………..………..46

5. Недоліки теплових насосів……………………………………………...……48

6. Структурно-функціональний аналіз виробничого процесу та розроблення моделі травмонебезпечних та аварійних ситуацій…………………………….49

Список літератури…………………………………………………………….…54

Вступ

Зростання споживання енергії, пов'язане із збільшенням обсягів виробництва та переведенням сільського господарства на промислову основу, поліпшення умов життя населення (світло, опалення, транспорт, розваги) потребує зростаючих поставок паливо-енергетичних ресурсів. У цих умовах їх економія та більш ефективне використання набувають першочергового значення.

Крім цього, фундаментальні зміни в енергетиці не відбудуться без відповідних змін у соціальній, економічній і духовній сферах нашого життя. Збереження енергії і її раціональне використання є не лише проблемою вартості тепла, води, електрики, міжнародних кредитів тощо. В першу чергу це є проблемою нашого майбутнього.

Для отримання теплоносія з відносно невисокою температурою, яка використовується для опалення та гарячого водопостачання, нераціонально витрачати органічне паливо. Яке може забезпечити значно більшу температуру теплоносія, таку необхідну для виробництва електричну енергію. Одним із заходів з економії паливно-енергетичних ресурсів у системах теплопостачання на об'єкт промислового та комунально-господарського призначення є застосування альтернативних джерел енергії з одночасним впровадженням тепло насосних установок.

Відповідно до експертних оцінок та техніко-економічних розрахунків головними типами теплових помп для будівничої справи є компресійні та абсорбційні теплові насоси, зокрема, типу повітря – повітря, повітря – вода, вода – повітря, вода – вода, соляний розчин – вода.

Вибір типу теплонасосної установки для систем теплопостачання залежить від місцевих природно-кліматичних умов, наявності дешевого та доступного низько потенціального джерела енергії.

Компресійний тепловий насос складається з послідовно розташованих постачального насоса, контуру теплоносія, випарника, компресора та конденсатора, приєднаного через дросель з випарником. Постачальний насос качає теплоносій із оточуючого середовища в випарник, в якому міститься холодоагент, холодоагент відбирає від теплоносія тепло та надходить до компресора, в якому за рахунок стиснення його температура підвищується до температури вище температури конденсації. З компресора холодоагент надходить до конденсатора, в якому за рахунок конденсації холодоагент, надходить через дросель, у якому він розширюється та охолоджується нижче температури оточуючого середовища, в випарник.

Компресійний тепловий насос включає в себе постачальний насос, контур теплоносія, випарник, компресор та конденсатор; виконаний у вигляді 2n секцій, де n- 1, 2, 3 ,..., кожна з котрих складається з поєднаних між собою камер випарника, компресора та конденсатора, в поршні компресора розташовані (n) клапанів, причому камери випарника та конденсатора поєднані через введення між ними гідроагрегату. Так як камера випарника безпосередньо об'єднана з тим об'ємом камер компресора, в якому відбувається розширення, то робота по тиску насиченого пару в камері компресора менше ніж у компресорі прототипу , а це приводить до збільшення ККД теплового насоса. Крім того, оскільки дно камери конденсатора розташоване вище дна камери випарника насичений пар холодоагенту конденсуючись в конденсаторі здобуває додатково гравітаційну потенціальну енергію, яка в гідроагрегаті перетворюється у електроенергію, яка використовується для роботи компресора за рахунок чого, збільшується ККД теплового насоса. Вказана конструкція камери компресора, складається з меншого числа деталей та простіша в виготовленні, що спрощує конструкцію теплового насоса.

1. Характеристика об'єкту

1.1 Географічне положення

З проголошенням незалежності України, зросла роль історичних місць держави, в тому числі і Рівного, як міста, що зближує нашу державу з країнами Центральної і Західної Європи.

Місцеві підприємства прагнуть знайти своє місце в системі ринкових відносин. Це досягається насамперед за рахунок конкурентоздатної продукції і освоєння випуску нових видів товарів та послуг, що користуються попитом у населення.

Характерна місцевість: рівнинні райони. Погані ґрунти з болотами на півночі, горбиста місцевість на сході та півдні з чорноземами та глиноземами. Переважаючі вітри в даній місцевості є західні та північно-західні, тому практично впливу на клімат міста не мають.

Ґрунти в даній місцевості мають широкий спектр: чорноземи, глиноземи, супіски. Глибина культурного шару коливається в межах від 0.2 до 0.7 метрів.

Рівне знаходиться на відстані 210 кілометрів від міжобласного центру - Львова; через місто проходить важлива державна автомагістраль і залізничні колії.

1.2 Характеристика природно-кліматичних умов

Для міста Рівне Рівненської області характерні такі природно-кліматичні умови:

– клімат помірно-континентальний: зима – сніжна, літо – дощове, помірно тепле;

– переважаючі вітри західні та північно-західні;

– середньорічна температура повітря становить біля 7˚С тепла;

– абсолютна мінімальна температура становить -28˚С;

– абсолютна максимальна температура становить 35˚С;

– середня температура самого жаркого місяця становить 17.2°С;

середня максимальна температура 23°С;

опалювальний період становить 186 днів;

середня відносна вологість повітря самого холодного місяця становить близько 80%;

середня відносна вологість повітря самого жаркого місяця року становить в середньому 96 – 98%;

середньорічна кількість опадів становить 560 – 565 мм;

середня швидкість вітру в січні місяці становить 6.3 – 6.4 м/с;

середня швидкість вітру в липні місяці становить 0.1 м/с;

глибина промерзання ґрунту становить приблизно 35 – 45 см.

2. Обґрунтування запропонованого удосконалення

2.1 Сучасний стан енергозабезпечення

За останні 10 років значно змінилось становище з енергозабезпеченням населення і виробничої сфери в нашому суспільстві. У наслідок економічної та енергетичної кризи зменшились обсяги виробництва продукції. Це негативно впливає на рівень життя людей. Але з посиленням цих тенденцій почалася розробка і впровадження нових методів, засобів і програм впливу на споживання енергоресурсів у всіх сферах виробництва і побуту. Науково-технічний прогрес у сучасних умовах стимулює динамічний розвиток малої і мікро енергетики, максимально наближених до безпосередніх споживачів не тільки у високо розвинутих країнах, але й у країнах, де відбуваються кризові явища, як це є сьогодні в Україні. Підприємства, заводи, енергетичні гіганти в умовах швидкої зміни принципів господарювання із-за своєї інерційності стали неконкурентоспроможними, в порівнянні з малими підприємствами, які забезпечують динамічну зміну обладнання технологій і видів продукції, в тому числі енергозберігаючих, при порівняно невеликих інвестиціях, що сприяє їх швидкій адаптації до нових умов. Сьогодні така тенденція енергозберігання споживачів впливає і на енергоспоживання, а отже і на собівартість, і конкурентоспроможність продукції (15).

Це все пов'язано в основному з екстенсивним розвитком паливно-енергетичного комплексу (ПЕК). В результаті неухильно зростає використання традиційних паливно-енергетичних ресурсів (ПЕР), запаси яких близькі до вичерпання. Наближається „енергетичний голод” і загроза глобальної екологічної катастрофи через шкідливі викиди в довкілля – чинники парникового ефекту, який може призвести до зникнення життя на Землі. Нині все гучніше чути, що катастрофа уже розпочалася і незворотна і прискорено розгортається.

Системні дослідження на замовлення Програми розвитку ООН (ПР ООН) свідчить: щоб запобігати цим руйнівним тенденціям або хоча би призупинити їх, необхідно змінити пріоритети розвитку ПЕК. Насамперед слід відмовитися від екстенсивної моделі розвитку ПЕК, тобто вжити широкомасштабних заходів щодо підвищення енергоефективності шляхом раціонального, ощадливого споживання енергії (16).

2.2 Напрямки розвитку паливно-енергетичного комплексу

Згідно із результатами згаданих в п. 3.1 досліджень, слід повсюдно впроваджувати техніку і технології використання нових (альтернативних) і відновлюваних джерел енергії (АВДЕ), тому що:

- ресурси АВДЕ невичерпні;

- технології є екологічно чистими;

- техніка і технології виробництва багатьох видів АВДЕ вже відпрацьовані настільки, що можуть становити конкуренцію об'єктам традиційної енергетики і тому поступово їх витісняють.

За даними Світової енергетичної конференції, розвіданих запасів енергоносіїв для забезпечення потреб в енергії достатньо на такий час:

нафти – 25...30 років;

природного газу – 50...60 років;

урану для АЕС на повільних (теплових) нейтронах – 20...30 років;

плутонію для АЕС на швидких нейтронах – 1000...3000 років.

Наприклад, екологічні та економічно чисті первинні енергоносії – нафта та природний газ – дефіцити в Україні, а споживаються прискореними темпами. Тому орієнтувати розвиток ПЕК країни на їх основі на тривалу перспективу аж ніяк не можна. Таким чином, прийнято ряд законів щодо економічного стимулювання енергетики на базі АВДЕ: „Про альтернативні види палива”, „Про електроенергетику”, „Про енергозбереження”, „Про внесення змін до деяких законів України щодо стимулювання розвитку вітроенергетики України”, „Про альтернативні джерела енергії”; прийнято і ще розробляється багато нормативних документів, зокрема ДСТУ і ГДК в області вітроенергетики. У вузах України для сфери АВДЕ розпочато підготовку фахівців (16).

Національно-енергетична та інші державні програми передбачають використання наступних АВДЕ:

вітру (ВЕС);

води (малих та міні ГЕС);

сонячного випромінювання, геотермальної, тепла довкілля, тобто поверхневих шарів Землі (ґрунту), ґрунтових вод, атмосферного повітря, вторинного тепла промислового виробництва (теплові помпи);

біогазу, вугільного метану, горючих твердих побутових і промислових відходів і деяких інших альтернативних видів палива разом з місцевими.

На розвиток і збільшення масштабів використання АВДЕ негативно впливають недосконалість, неврегульованість і нескоординованість організації справи, відсутність єдиного керівного центру.

Ресурси АВДЕ в Україні достатньо великі. Так, за оцінками ІЕД НАНУ, технічно допустимий для освоєння вітропотенціал приблизно у 200 разів більший за нинішні обсяги генерування електроенергії у країні. Вже є вітроенергетика, яка може ефективно експлуатуватися на площадках із середньорічною швидкістю 4.3 м/с. Отже, вітроенергетика є дуже перспективним напрямком модернізації українського ПЕК, скорочення споживання ПЕР і одночасно розв'язання екологічних проблем. Крім того, в Україні є надзвичайно сприятливі умови для спорудження офшорних ВЕС на акваторіях, де параметри вітру значно кращі, ніж на суходолі.

Перспективний напрямок розвитку вітроенергетики в Україні – інтеграція з гідроенергетикою, наприклад, спільне використання інфраструктури існуючих ГЕС або створення вітроакумулюючих електростанцій, що видаватимуть електроенергію в мережу за графіком.

В Україні поволі розгортаються роботи з розвитку малої гідроенергетики. Завдяки гідроенергетиці можна підтримувати графік навантаження енергосистеми за рахунок кращих економічних показників роботи. Тому цей напрямок удосконалення ПЕК України є надзвичайно актуальним і перспективним.

Україна має великі ресурси геотермальної енергії. Є достатньо конструкторської документації на компресійні й абсорбційні теплові помпи, здатні забезпечити високі техніко-економічні показники.

Освоєння альтернативних видів палива теж здійснюється незадовільно, прийняття закону України „Про альтернативні види палива” має активізувати підприємницьку діяльність у цьому напрямку. Багатообіцяючий старт за участі іноземних інвестицій – у технологій використання вугільного метану.

2.3 Що таке геотермальна енергія?

Теплота – одна з форм енергії. Геотермальна енергія являє собою теплоту внутрішніх шарів Землі. Саме ця енергія є причиною таких геологічних феноменів, як дрейф континентів, землетруси або вулкани. Під геотермальною енергією ми звичайно розуміємо ту частину тепла земних надр, що використовується або може бути використана людиною.

Основна кількість теплової енергії Землі утворюється внаслідок розпаду радіоактивних ізотопів у земній корі і мантії. Збільшення температури із заглибленням у земну кору (так званий геотермальний градієнт) становить 2,5-30С на кожні 100 метрів. У геотермальних районах, що містяться на межі літосферних плит, температурний градієнт може бути вищим в 10 разів. Часто це області з активною вулканічною діяльністю. У таких місцях температура може досягати 3000С на глибині всього лише 500-1000 м. Однак значні геотермальні ресурси можуть міститися й у районах з нормальним геотермальним градієнтом. Зазначимо, що сучасні технічні засоби дозволяють проникати на глибину до 10 км.

Щоб використати теплоту з глибинних шарів землі, її слід підняти на поверхню. Теплота може надходити на поверхню природним шляхом – через тріщини в земній корі, або ж для того, щоб її підняти, необхідно бурити свердловини. Носієм тепла є нагріта вода або водяна пара там, де температура і тиск сприяють її утворенню. Для того, щоб геотермальна рідина могла поглинати тепло Землі, вона має циркулювати в області гарячих скельних порід, утворюючи геотермальні резервуари. Рідина і сам резервуар являють собою два з трьох основних компонентів геотермальної системи. Третій компонент – джерело тепла, в ролі якого виступають або високотемпературні (понад 6000С) магматичні породи, що підіймаються на відносно невелику глибину (5-10 км), або звичайне тепло внутрішніх шарів земної кори. У першому випадку (магматичні породи) з високим геотермальним градієнтом утворюються високотемпературні пароутворюючі геотермальні системи. У другому – низькотемпературні геотермальні системи, що містять лише гарячу воду. Одна або більше геотермальних систем утворюють геотермальне поле або родовище.

2.4 Світовий потенціал геотермальної енергії

Земля містить у собі гігантські запаси енергії. Група експертів з Міжнародної асоціації геотермальної енергії провела оцінку запасів низько й високотемпературної енергії Землі. Результати цієї роботи представлені в таблиці.

Таблиця.2.2

Світовий потенціал геотермальної енергії