CC BY
35
УДК 620.92
СПОСОБЫ СБЕРЕЖЕНИЯ В ЭНЕРГЕТИКЕ
С.В. Котеленко, Д.М. Прохорова
Рассмотрены способы сбережения электрической и тепловой энергии. Рассмотрены преимущества и недостатки каждого из них.
Ключевые слова: энергосбережение, эффективность, нетрадиционные ресурсы, рекуперация.
Одной из важных задач в энергетике является экономия финансов и ресурсов благодаря энергосбережению. Необходимость сбережения связана с дефицитом основных энергоресурсов, возрастающей стоимостью их добычи, а также с глобальными экологическими проблемами. Энергосбережение имеет возможность сократить выбросы углекислого газа в атмосферу, также оно помогает уменьшить общую потребность в энергии, тем самым снижая уровень ископаемого топлива, сжигаемого каждый день, чтобы обеспечить энергию для домов, предприятий и промышленности. Кратко рассмотрим одни из возможных способов для повышения эффективности сбережения электрической и тепловой энергии и приведем их особенности.
Установка тепловых насосов. Отопление и горячее водоснабжение, как правило, осуществляется централизованными системами теплоснабжения. Их преимущества широко признаны, однако, высокие цены на тепловую энергию, а также затраты на подключение к городским тепловым сетям является серьезным недостатком. Решением таких проблем является установка тепловых насосов.
Тепловой насос является дополнением или полной заменой газового отопления [2]. Такой прибор способен отдавать тепло, используя альтернативную энергию. Он используется для отопления жилых и подвальных помещений, теплиц. Тепловой насос представляет собой обращенную холодильную машину, которая способна преобразовывать тепловую энергию от энергоносителя с более низкой температурой к энергоносителю с высокой. Благодаря тепловым насосам возможно экономить около 70% традиционных ресурсов энергии.
Тепловой насос осуществляет превращение тепловой энергии с низких температур до более высоких.
В качестве низкопотенциальных источников теплоты могут использоваться:
- вторичные энергетические ресурсы, к которым относятся теплота вентиляционных выбросов, теплота серых канализационных стоков, сбросная теплота технологических процессов.
- нетрадиционные возобновляемые источники энергии, а именно теплота окружающего воздуха, теплота грунтовых вод, теплота водоемов и природных водных потоков, теплота солнечной энергии, теплота поверхностных слоев грунта.
Тепловой насос может работать не только на отопление, но и охлаждать рабочие помещения. Его эффективность достигает минимум 25...30%. Срок окупаемости достаточно продолжительный - до 5 и больше лет, в зависимости от интенсивности использования.
Гелиоактивные здания. Важным шагом в энергосбережении может стать освоение нетрадиционных возобновляемых источников энергии, к которым относится солнечная энергия. В последнее время в мире применяется строительство зданий с использованием гелиоустановок. Солнечные батареи и солнечные коллекторы - это два принципиально разных устройства. Оба они преобразуют энергию лучей солнца. Однако в первом случае на выходе потребитель получает энергию электрическую, а во втором тепловую в виде нагретого теплоносителя [3].
93
Фотоэлектрические преобразователи применяются для получения электроэнергии благодаря преобразованию солнечной радиации. Солнечная панель работает, как своеобразное колесо, по которому вместо белки "бегают" электроны. А аккумуляторная батарея при этом постепенно набирает заряд [4].
Солнечный коллектор. Это устройство позволяет нагревать воду для бытовых нужд, а также способно обеспечить качественным отоплением. Принцип работы солнечного коллектора основан на способности материалов поглощать энергию солнца в видимом и невидимом человеческому глазу диапазонах, в связи с чем внутри данного материала, начинаются физические процессы, молекулы начинают быстрее двигаться, материал (вещество) - нагревается. Тепло выделяемое материалами, на которые воздействуют солнечные лучи, передается теплоносителя для последующего использования [5].
Гелиоактивные здания могут сберегать тепло в пассивном режиме, либо преобразовывать энергию солнца. В настоящее время мировое производство энергии составляет около 10 триллионов ватт (вместе с традиционными источниками). В то время как развитие гелиоэнергетики может привести к увеличению этого показателя минимум до 100 триллионов.
Дома коттеджного типа способны себя обеспечить теплом и горячим водоснабжением до 100% и на 50% электроэнергией. В случае сбоя системы они могут быть подключены к миникотельной. В секционных домах гелиоустановки, расположенные на крыше могут обеспечить теплом, и горячим водоснабжением до 30% и до 15% электроэнергией [3].
Преимуществами гелиоэнергетики являются возобновляемость ресурса, экологическая чистота, доступность. Недостатками являются выработка энергии, которая напрямую связана с атмосферой, временем года, суток, сложное техническое обслуживание станций, высокая стоимость оборудования.
Рекуперация энергии. Метод сбережения тепла основывается на установке в кондиционеры и вентиляционные системы специальных пластин. Тепло из отработанного воздуха передаётся свежему потоку кислорода, тем самым исключая охлаждение помещения в зимний период. Эффективность зависит от типа рекуперационного устройства - пластинчатых моделей это показатель 50%, у роторного типа от 70 до 90% [6].
Помимо рекуперации тепла, широко применяется рекуперация электроэнергии. Этот процесс широко используется в электротранспорте, особенно работающем на аккумуляторах при движении под уклон и во время торможения системы. Применение ШИМ-контроллера позволяет возвращать энергию как в сеть постоянного, так и переменного тока. При работе оно работает как выпрямитель, а во время торможения определяет частоту и фазу сети, создавая обратный ток. Вырабатывание дополнительной электроэнергии используется в подъёмно-транспортном оборудовании при переходе электродвигателя в режим генератора, а выработанную энергию отдаёт обратно в сеть или на собственные нужды [7].
Использование отходов. Пиролиз представляет собою термическое уничтожение отходов в специализированных герметичных печах. Данные печи представляют собой оригинальные конструкции, состоящие из двух отсеков, в которых мусор сжигается таким образом, что сам процесс не нуждается в доступе атмосферного кислорода. Загрязнение воздуха не происходит, напротив, процесс приводит к образованию эффективного топлива, которое может быть использовано для бытовых и производственных нужд. Из пиролизных печей на выходе можно получить такие компоненты, как газ, пи-ролизное масло и технический углерод. Пиролизное масло и газ можно применять в качестве топлива для обогрева помещений, нагрева воды в котельных, выработки электроэнергии. Часть газа можно использовать для поддержания бесперебойной автономной работы самой установки [8]. Помимо пиролиза отходы используют в переработке с последующим выходом готовой продукции. Для переработки подходят: битое стекло, макулатура, текстиль, резина, пластик. Эффективность метода достигает 40%.
Комплексная экономия ресурсов на предприятиях. Этот метод заключается в комплексном подходе экономии ресурсов на предприятиях, включающая себя выполнение всех мер по энергосбережению, в том числе утепление помещений, Данный заключающийся в герметизации помещений, устранения теплопотерь через двери, окна, оптимизация вентиляции на предприятии.
Установка систем мониторинга потребления электроэнергии позволит осуществлять контроль за расходами и при правильном планировании потребления позволит оптимизировать затраты на электрическую энергию.
Существующие способы и средства энергосбережения позволяют не только сберегать тепло и электроэнергию, но также повышать эффективность и оптимизировать работу оборудования. Совмещение работы возобновляемых источников энергии с традиционными позволяет сократить затраты на электроэнергию и свести к минимуму риски использования возобновляемых источников энергии.
Список литературы
1. Гашо Е.Г., Козлов С. А., Пузаков В.С., Разорёнов Р.Н., Свешников Н.И., Степанова М.В. Тепловые насосы в современной промышленности и коммунальной инфраструктуре М.: Перо, 2016. 204 с.
2. Тепловые насосы- эффективный путь энергосбережения [Электронный ресурс] URL: http://teplovoy-nasos.com/Информация/Тепловые-насосы-эффективный-путь-энергосбережения^ш! (дата обращения: 10.11.2018).
3. Гелиоактивные здания [Электронный ресурс] URL: http://elport.ru/articles/ gelioaktivnyie_zdaniya (дата обращения: 10.11.2018).
4. Принцип работы солнечной батареи: как устроена и работает солнечная панель [Электронный ресурс] URL: http://sovet-ingenera.com/eco-energy/sun/princip-raboty-solnechnoj-batarei.html (дата обращения: 10.11.2018).
5.Солнечный коллектор для отопления дома [Электронный ресурс] URL: https://alter220.ru/solnce/solnechnyj-kollektor.html (дата обращения: 10.11.2018).
6. Тебеньков Т.Б. Рекуператоры для промышленных печей 4-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1975. 296 с.
7. Котеленко С.В. Повышение эффективности функционирования системы рекуперации электрической энергии в многодвигательных подъемно-транспортных механизмах // Автореферат дис. ... кандидата технических наук. Тул. гос. ун-т. Тула, 2014.
8. Отходы как источник энергии [Электронный ресурс] URL: http://luch-tv.ru/2015/publikacii-za-maj-2015/item/98948-othody-kak-istochnik-energii.html (дата обращения: 10.11.2018).
Котеленко Светлана Владимировна, канд. техн. наук, ассистент, S. [email protected], Россия, Тула,Тульский государственный университет,
Прохорова Дарья Михайловна, студент, dashamayer 71 @,mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
WA YS TO SA VE ENERGY S. V. Kotelenko, D.M. Prokhorova
Ways of saving of electric and thermal energy are considered. Advantages and shortcomings of each of them are considered.
Key words: energy saving, efficiency, nonconventional resources, recovery.
Kotelenko Svetlana Vladimirovna, candidate of technical sciences, assistant, S. [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Prokhorova Daria Mikhailovna, student, dashamayer 71 @mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.311
ДИАГНОСТИКА И УПРАВЛЕНИЕ РЕЖИМАМИ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ АВТОНОМНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ДЛЯ СОБСТВЕННЫХ НУЖД ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ
В.М. Степанов, Н.А. Свистунов
Рассмотрены требования и перспективное решение по диагностике и управлению режимами работы электромеханических и электротехнических систем автономных источников электроэнергии для собственных нужд объектов газораспределительных сетей.
Ключевые слова: газораспределительная сеть, автономные источники энергии, частичные разряды, диагностика, перестраиваемый тиристорного преобразователя частоты.
Потребности промышленного производства и бытового использования увеличиваются с каждым днём, что в свою очередь требует постоянного ввода в эксплуатацию новых генерирующих мощностей. Благодаря ряду преимуществ, таких, как универсальность, удобство доставки к конечному потребителю, налаженная генерация и простота преобразования в другие виды энергии, наиболее востребованным видом энергии является электрическая энергия.
Акционерное общество «Газпром - газораспределение - Тула» эксплуатирует одну из наиболее протяженных газораспределительных сетей в России, включающую более 14 тысяч километров газопроводов. Из-за устойчивой тенденции снижения надежности электроснабжения и удаленности от внешних сетей в компании было принято решение о развитии собственной энергетической базы на основе применения собственных источников электрической энергии. Основываясь на анализе и определенном опыте России и европейских стран внедряются не только традиционные энергоустановки, но и энергоустановки на базе возобновляемых источников энергии.
На объектах АО «Газпром - газораспределение - Тула» уже применяются автономные источники электроэнергии для собственных нужд объектов газораспределительных сетей на базе микротурбогенераторной установки и солнечной панели с накопителем (рис. 1), которые позволяют комплексно решить вопрос формирования эффективных автономных источников электроэнергии для собственных нужд объектов газораспределительных сетей за счёт использования энергии редуцирования природного газа для выработки электрической энергии в турбогенераторах [1].
Однако для достижения наибольшей эффективности и надёжности функционирования необходима система, обеспечивающая диагностику технического состояния электромеханических и электротехнических систем автономных источников электроэнергии под нагрузкой без вывода электроаппаратов из работы и непрерывный контроль и определение отказов электрооборудования, а также требуемого уровня надёжности и гибкости контроля, прогнозирования и управления режимами их работы тем самым увеличивая их срок службы (рис. 1).
96
