УТИЛИЗАЦИЯ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ЦБП С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕПЛОНАСОСНЫХ УСТАНОВОК
Standard documents determining the power strategy of Russia are listed in the report. One of the effective methods of the utilization of the low-potential heat power is the employment of the heat pump plants. There are data about use of the heat pump plants abroad and in Russia. Considerable attention is paid to the problems of the utilization of the low-potential heat at the enterprises of the pulp and paper industry.
В докладе приводятся нормативные документы, определяющие энергетическую стратегию России. При этом на ряду с повышением эффективности использования традиционных энергоресурсов ставится задача максимального использования возможностей нетрадиционной энергетики.
В этом документе предусмотрена разработка системы нормативно – законодательных актов, обеспечивающих реализацию перехода страны к активной энергосберегающей политике и практике.
Для оценки актуальности вопросов экономии энергии необходимо привести ряд данных. Разведанные запасы местных месторождений угля, нефти, газа, торфа составляют около 20 млрд. тонн условного топлива (т у.т.), потенциальные возможности новых и возобновляемых источников энергии составляют в год: энергии Солнца - 2300 млрд. т у.т.; энергии ветра - 27 млрд. т у.т.; энергии биомассы - 10 млрд. т у.т.; теплоты Земли - 40000 млрд. т у.т.; энергии рек – 360 млрд. т у.т.; энергии морей и океанов - 30 млрд. т у.т., энергии вторичных низкопотенциальных источников теплоты - 530 млн. т у.т. Эти источники намного превышают современный уровень энергопотребления России, составляющий не более 1.5 млрд. т у.т. в год, что создает перспективы решения энергетической проблемы в будущем при одновременном решении проблемы экологии.
Потенциал энергосбережения в России огромен и оценивается специалистами величиной около 1.5 млрд. Гкал в год. Значительная часть этого потенциала приходится на низкотемпературные природные и тепловые вторичные энергетические ресурсы (ВЭР).
Низкотемпературные энергетические ресурсы имеют, как правило, низкий потенциал энергии, их нельзя транспортировать на значительные расстояния, они как бы ''привязаны'' к технологическому процессу, и этим предопределяется сложность их использования.
Одним из эффективных способов использования низкопотенциальной тепловой энергии является применение теплонасосных установок (ТНУ). В настоящее время ТНУ широко применяются за рубежом.
Количество работающих ТНУ на 2000 г. в ряде зарубежных стран составляет: в США около 26 млн., в ФРГ – 5 млн., в Японии порядка 3 млн., в Швеции около 110 тыс.
В 1997 – 2001 годах в развитых странах широко использовались в качестве источников низкопотенциальной теплоты (ИНТ): грунт, грунтовые воды (Швейцария, США, Австрия, Германия), солнечная энергия (Германия), воздух (Германия, Норвегия), вода рек, озер, морей, очищенные бытовые стоки (Германия, Япония, Швеция).
Для утилизации низкопотенциальной теплоты эксплуатировались в большинстве случаев ТНУ небольшой мощности от 3 до 30кВт, которые устанавливались:
- в системах децентрализованного теплоснабжения для отопления и горячего водоснабжения индивидуальных помещений, домов;
- для круглогодичного кондиционирования воздуха.
Более мощные тепловые насосы 30-1000 кВт применялись для теплоснабжения зданий, сооружений общественного назначения (школы, больницы, гостиницы и т.д.).
Производство ТНУ в каждой стране, прежде всего, ориентировано на удовлетворение потребностей внутреннего рынка.
В США и Японии наибольшее применение получили ТНУ класса ''воздух-воздух'' для отопления и летнего кондиционирования воздуха . В Европе – ТНУ класса ''вода-вода'' и ''вода-воздух''.
К 2000 году в США исследованиями и производством ТНУ занимались более пятидесяти фирм. В Японии ежегодный выпуск ТНУ достиг к настоящему времени 500 тыс. единиц.
В Германии ежегодно вводится более 5 тыс. ТНУ. К1998 году было изготовлено более 500 ТНУ большой мощности с приводом от дизельных и газовых двигателей для систем отопления и горячего водоснабжения.
В Швеции и странах Скандинавии эксплуатируются крупные ТНУ. В Швеции в 2000 году работало более 110 тыс. теплонасосных станций (ТНС), из которых 100 имели мощность около 100 МВт и выше. Наиболее мощная ТНС- 320 МВт, работает в Стокгольме. В 1998 году Международное энергетическое агентство (IEA) разработало программу ''тепловые насосы''. Программа включает исследования, разработку, демонстрационные проекты и содействие распространению технологии тепловых насосов.
В настоящее время исследования сосредоточены на свойствах и использовании экологически приемлемых рабочих тел. Обмен информацией в этой области является стратегическим приоритетом программы.
В России эксплуатируется всего несколько десятков ТНУ.
С 1990 года специализированные фирмы в Москве, Новосибирске, Казани, Нижнем Новгороде дополнительно ввели в эксплуатацию ТНУ общей мощностью около 50 МВт.
Одной из наиболее энергоемких отраслей народного хозяйства является целлюлозно – бумажная промышленность (ЦБП). Энергетическая составляющая в себестоимости продукции этой отрасли достигает 20-25%. Увеличение этой составляющей обусловливается ростом стоимости топлива.
В то же время на предприятиях ЦБП имеется большое количество энергоресурсов (ВЭР), к которым относятся теплота сбросной воды технологических цехов, паровоздушная смесь (ПВС), отходящая от колпаков бумаго- и картоноделательных машин (БКДМ) и др. Более полное использование ВЭР может снизить себестоимость вырабатываемой продукции, что возможно путем применения ТНУ.
На кафедре теплосиловых установок и тепловых двигателей СПбГТУРП на протяжении нескольких десятилетий проводились работы, связанные с применением ТНУ для утилизации низкопотенциальной теплоты. Так, в 1990 г., при участии кафедры, была введена в эксплуатацию ТНС на ОАО “Светогорск”. В качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии использовалась сбросная вода технологических цехов с температурой 35–400С. Единичная тепловая мощность двух ТНУ типа ТХМТ–4000 составила 10 МВт, коэффициент преобразования находился в пределах 3,5–4,0.
В вентиляционных системах существующих БКДМ применяются различные схемы утилизации теплоты ПВС, удаляемой из сушильной части.
Нами разработаны схемы использования парокомпрессионных ТНУ с озонобезопасными рабочими агентами в вентиляционных системах БКДМ. Энергетическая эффективность предлагаемых схем подтверждается высоким коэффициентом преобразования, т.е. высокой степенью использования низкопотенциальной теплоты на единицу затрачиваемой энергии в ТНУ.