директор - главный конструктор

конструкторского бюро альтернативной энергии ВоДОмет (Омск)

Не надо доказывать, что крайне нерационально для производств с малым электропотреблением централизованно вырабатывать дорогую, высоколиквидную электрическую энергию, транспортировать ее во все таежные уголки с огромными издержками, а затем преобразовывать с многоступенчатой деградацией в механическую энергию, потоки воды, теплоносителя, хладагента, - в те менее дорогие виды энергии, которые уже были задействованы в производстве электроэнергии.

В цикле развития традиционной электроэнергетики приоритет был отдан строительству больших электрогенерирующих станций (ТЭЦ) с параллельной выработкой тепловой энергии из-за относительно высоких КПД термодинамических циклов и преобразования механической энергии в электрическую (чем крупнее ТЭЦ, тем эти показатели выше).

но работы последних лет показали, что получать сверхвысокие КПД термодинамических циклов, превосходящие имеющиеся на крупных ТЭЦ, можно и при низких температурных напорах, если использовать в качестве рабочих тел фторуглероды алифатического ряда и оборудование оригинальной разработки. Например, при использовании в качестве рабочего тела паров декафторбутана (С4F1 в интервале рабочих температур 70-10°С теоретический КПД водомета (преобразователя тепловой энергии) составляет 31,3%, что в 1,8 раза выше подсчитанного по циклу Карно, а при использовании паров перфторгексана (С6F1 в интервале рабочих температур 170-60°С КПД составляет уже 52,9%, что в 2,1 раза выше подсчитанного по циклу Карно для данного интервала температур.

Кроме того, преобразование электрической энергии в другие низшие виды энергии не только энергетически невыгодно, но требует применения дорогого и сложного преобразующего оборудования - насосов, холодильников и так далее.

Поскольку особенно при малых объемах потребления (производства) наиболее рационально использовать производимые виды энергии без по - следующей многоступенчатой деградации, считаем, что схемы самоэнергообеспечения малых производств и жилья, по мере естественного выхода из строя централизованных электросетей и выработки ресурса генераторами на базе ДВС должны смещаться в сторону использования новых энергогенерирующих технологий.

Исходя из специфической децентрализации малых производств и жилья, КБАЭ ВоДОмет с 1994 года разрабатывает для рассредоточенных объектов с небольшими объемами энергопотребления установки и системы проекта Альтернативная энергетика (АЭ).
Предпочтительным вариантом использования возобновляемых источников энергии (ВИЗ) в системах проекта АЭ является использование:
летом разности температур (потенциалов) м. двумя искусственно созданными аккумуляторами теплоты и холода, которые представлены в виде солнечного соляного пруда, расположенного с южной стороны отдельно стоящего здания и обыкновенного теплоизолированного котлована со льдом, расположенного с северной стороны этого же здания; зимой тепловой энергии остывающего солнечного соляного пруда и талой воды котлована.
Летом аккумулированная солнечным соляным прудом солнечная энергия используется:
либо для преобразования в водомете вначале в энергию потока жидкости, затем в гидромоторе энергия потока жидкости преобразуется в механическую энергию, а далее механическая энергия посредством электрогенератора преобразуется в высоколиквидную электрическую энергию; либо в хладомете (компрессоре) компрессионной холодильной установки преобразуется в поток хладагента, обеспечивающий выработку летом высоколиквидного среднетемпературного холода.

При этом в обоих случаях тепловая энергия подается к водомету (хладомету) гравитационной тепловой трубой (системой труб), а неиспользованная в термодинамическом цикле преобразователей теплота солнечного соляного пруда отводится по другой тепловой трубе (системе труб) в котлован со льдом, обеспечивая его таяние.

Применение летом для утилизации неиспользованной в термодинамическом цикле теплоты льда повышает КПД преобразования примерно на 1/3 и одновременно обеспечивает аккумулирование солнечной энергии.

На зиму солнечный соляной пруд изолируется от окружающей среды и вместе с талой водой котлована используется в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии, преобразуемой теплоприводным тепловым насосом в тепловую энергию более высокого потенциала, пригодную для отопления жилых зданий и производственных помещений.

В цикле изъятия теплоты из воды котлована она превращается в лед, котлован готовится к летней работе, значительно снижается и температура рассола солнечного соляного пруда.

Кроме генерированных от ВИЭ летом электрической энергии и искусственного холода, а зимой тепловой энергии, малые производства нуждаются и в узкофункциональных видах энергии, не требующей для генерации кардинального изменения существующих систем энергообеспечения, выработка которых была бы связана как с минимальным использованием привозного топлива, так и со значительным уменьшением использования самого дорогого вида энергии - электричества.

являются востребованными также технологии и установки энергосбережения, повышающие энергетический суверенитет потребителей. Эти вопросы также возможно решать посредством установок проекта АЭ. Так, для циркуляции теплоносителя (горячей воды) водогрейного котла по системе локального теплоснабжения можно использовать теплоприводной водяной насос, а для рекуперации теплоты санитарно-бытовых стоков, покидающих здание, актуально использование теплоприводного теплового насоса. Для локализации и тушения пожаров можно использовать оригинальную установку, а для выработки электроэнергии зимой - электростанцию, упомянутую ранее. Гарантированного летнего водоснабжения можно добиться, используя солнечную систему водоснабжения.

Предлагаемые альтернативные источники энергоснабжения малых производств могут гарантировать бесперебойное энергообеспечение в малых и средних объемах, что полностью согласуется со сложившейся практикой. Если мы обратимся к мировому опыту производства сельскохозяйственной продукции, то, какой бы регион мы не рассматривали, каждый из них стремится максимально обеспечить себя такой продукцией, которая хотя бы со значительными издержками давала урожай. И только по результатам уборки урожая производят закупки со стороны. Так же нужно поступать с выработкой энергии на местах.

В настоящее время для обеспечения своих предприятий энергией ориентируются только на ее закупку и несут большие расходы. сущ- щее централизованное производство электрической и тепловой энергии из органического топлива и последующее ее использование для совершения потребителем необходимых ему видов работ сопряжено с большими издержками и загрязнением окружающей среды из-за высоких температур, давлений и напряжений в энергогенерирующих установках и при передаче энергии на большие расстояния (используемые в большой энергетике принципы наиболее эффективно подходят для крупных производств).

КБАЭ ВоДОмет, исходя из результатов семи лет работ, считает, что гарантированный минимум удобной для потребителя энергии - потока воды, механической и электрической энергии, тепла и искусственного холода - надо вырабатывать, используя ВИЭ без какой бы то ни было деградации на месте потребления, тем более в качестве преобразователя тепловой энергии в установках и системах используются водометы, хадометы со сверхвысоким КПД.

На данном этапе производства, когда механизация циклов связана с преобразованием тепловой энергии, эффективность энергогенерирующих установок и систем напрямую зависит от КПД. Чем выше КПД (в условиях отсутствия деградации высоколиквидной энергии), тем меньше топлива для выработки одного и того же вида и объема энергии потребуется, в том числе при изготовлении самих установок и систем, тем меньше стоимость конечного вырабатываемого продукта или услуги, и наоборот. Если же в качестве первичного источника энергии используются ВИЭ, то, чем выше КПД преобразования, тем меньше нужны по размерам элементы, воспринимающие эту энергию, значит при изготовлении производители будут нести меньшие затраты.

Если же в качестве преобразователей низкосортных органических топлив использовать многоступенчатый преобразователь тепловой энергии, то, как показывают расчеты, эффективный КПД для интервала рабочих температур 290-10°С может превысить 60% при теоретическом 80%.