Альтернативные источники энергии.

Эффект от работы теплового насоса оценивается, как отношение количества энергии, полученной объемом А, к энергии, затраченной двигателем (обычно электрическим) компрессора. У большинства современных промышленных тепловых насосов это отношение составляет 3,5…6,5.


1.7.2 Источники низкопотенциальной энергии
В качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии обычно используются подземные воды, поверхностные водоемы или поверхностный грунт.
Использование энергии грунта при проектировании АИЭ предпочтительнее, т.к. чаще всего его теплосодержание выше.
Тепловой режим поверхностных слоев грунта определяется действием двух основных факторов – падающей на поверхность солнечной радиации и потоком тепла из земных недр. Сезонным и суточным колебаниям интенсивности солнечной радиации и температуры воздуха соответствуют сглаженные колебания температуры грунта. Глубина, на которую распространяются в заметной степени суточные колебания, в зависимости от их амплитуды и типа почвы изменяется пределах от десятков сантиметров до полутора метров. Глубина проникновения сезонных колебаний почти на всей поверхности Земли не превышает 15…20 м.
С увеличением глубины температура грунта постепенно возрастает в соответствии с так называемым геотермическим градиентом (примерно 3 градуса на каждые 100 м, в зависимости от географического местоположения). Основные причины изменения температурного режима грунта в системах извлечения низкопотенциального тепла, показаны на рис. 10.

Рис. 10.
1.7.3 Системы АИЭ с тепловыми насосами

По виду вещества в нагреваемом и охлаждаемом объемах, тепловые насосы делят на типы: "грунт – вода", "грунт – воздух", "воздух – вода", "воздух – воздух", "вода – вода", "вода – воздух".
1) Использование энергии воздуха.
Эффективность этого типа тепловых насосов (по сути – обычных кондиционеров) определяется климатом. Для нашего климата наиболее актуален обогрев зимой. Системы "воздух-воздух" используются и зимой при температурах до - 25 0С, некоторые модели продолжают работать до −40 градусов. Но их эффективность резко падает.
2) Использование энергии горных пород.
В случае скальных пород бурят одну или несколько скважин на большую глубину – 30…200 м. Затем опускают теплообменный контур из полимерных трубок и заполняют его антифризом (этиленгликолем или 30% раствором этилового спирта). Скважины заполняются грунтовыми водами, которые проводят тепло от скальной породы к теплоносителю-антифризу. Мощность этих АИЭ ограничена температурой замерзания антифриза и глубиной скважины. Так, чтобы получить 10 кВт нужна скважина порядка 170 м.
3) Использование энергии грунта
Самые эффективные, но и самые капиталоемкие горизонтальныетепловые насосы отбирают энергию от грунта на глубине нескольких метров.
В этом случае трубопровод, в котором циркулирует антифриз, зарывают в землю на 30…50 см ниже уровня промерзания грунта в данном регионе (обычно общая глубина не превышает 1,5 м). Бурение в этом случае заменяют земельные работы на большой площади, и трубопровод более подвержен риску повреждения. Эффективность такая же, как при отборе тепла из скважины. 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).
Если грунт сухой, то для увеличения теплопроводности его иногда увлажняют.
Вертикальные грунтовые используют низкопотенциальную тепловую энергию грунта, лежащего ниже "нейтральной зоны" (см. Рис. 10), т.е. ниже 10–20 м. Вертикальные системы не требуют участков большой площади и не зависят от интенсивности солнечной радиации, падающей на поверхность. Они хороши для практически всех геологических сред, за исключением грунтов с низкой теплопроводностью, например, сухого песка или сухого гравия. Пример такой системы показан на Рис. 11.


Рис. 11.


4) Использование энергии водоема
В этом случае контур теплообменника укладывается на дно, на глубину не менее 2 метров. Эффективность преобразования энергии тепловым насосом такой же, как при отборе тепла от грунта. Для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходимо закрепить на дне водоема контур длиной порядка 300 м.


По прогнозам Мирового Энергетического комитета (МИРЭК), к 2020 году развитые страны мира станут достаточно активно осуществлять теплоснабжение теплонасосными системами.




2. Применение принципов АИЭ в городской квартире

2.1 Утилизация низкопотенциального тепла

Обследование благоустроенной городской квартиры обнаружило единственный стабильный всесезонный источник низкопотенциального тепла – конденсатор холодильника, выделяющий теплоту конденсации хладоагента. Предложены следующие методы его использования:
1) Получение теплой воды (позволит сократить расход дорогой горячей воды, который учитывается счетчиком, и полезно при плановых отключениях в межсезонье). Улучшение отвода тепла от конденсатора может, кроме всего остального, продлить срок службы компрессора.
С этой целью запланировано изготовить (предварительно проработав технологию изготовления и внешний дизайн) плоскую емкость небольшой толщины (30 – 40 мм). Длина и ширина равны габаритам конденсатора. Емкость предположительно сварена из тонкого металлизированного полиэтилена (есть в продаже, используется для монтажа теплых полов). Металлизация ускорит съем тепла, а полиэтилен это тепло сохранит.
В верхней кромке емкости будет горловина для заполнения водой. Также, в верхней части емкости, на расстоянии 1/3 высоты от верха, в нее будет вварен штуцер, к которому будет присоединен трубопровод (м.б. силиконовый) для отвода теплой воды к кухонной раковине.
Емкость будет прикреплена к трубкам конденсатора и будет постоянно находиться между конденсатором и стеной.
Возможен также дополнительный положительный эффект от снижения шума компрессора.
2) Увлажнение воздуха в отопительный период. С этой целью будет спроектирована ванночка с расположенным под её дном радиатором для отбора тепла от теплого воздуха, нагреваемого трубками конденсатора. В ванночке может также растворяться небольшое количество ароматических средств для ванн, для дезодорации воздуха при пригорании блюд.
Ванночка будет закреплена на некоторой высоте над конденсатором.
3) Кинематическое украшение. Можно разработать дизайн или поискать готовый в Интернете, чтобы нечто, легкое и эстетически привлекательное, двигалось под действием набегающего снизу потока теплого воздуха от конденсатора.


2.2 Альтернативные источники энергии

Придумано, хотя и не для домашнего использования, зарядное устройство для мобильного телефона из доработанного ручного фонарика с динамо-машиной (см. Рис. 12). Очень удобно в путешествиях, особенно за городом. Возможно, такой гаджет уже есть, но я не видела.
Это - пример замены и дополнения электрической энергии мускульной.

Заключение


В реферате рассмотрены общие принципы действия альтернативных источников энергии (АИЭ) на примере солнечного теплового АИЭ.
На основе предварительного анализа отобраны для более подробного рассмотрения и изучения АИЭ, уже существующие и показавшие свою эффективность и экологичность: солнечные, ветровые, геотермальные, приливные, волновые. Показаны их особенности, плюсы и минусы реализации.
Показано, что самая эффективная и способная получить всеобщее распространения технология АИЭ, – это использование низкопотенциальной энергии с помощью тепловых насосов.
Возможно, сильное нефтяное и газовое лобби не дает развернуться этому направлению в России, тогда как не только в США, но и в Германии, Франции, Швеции и других развитых странах уже действуют сотни тысяч таких установок.





Источники информации


1. Баланчевадзе В. И., Барановский А. И. и др.; Под ред. А. Ф. Дьякова. Энергетика сегодня и завтра. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 344 с.
2. Пугач, Л. И. Нетрадиционная энергетика – возобновляемые источники, использование биомассы, термохимическая подготовка, экологическая безопасность: учебное пособие. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006. – 347с.
3. Солнечная энергетика: учебное пособие для вузов/ В. А. Виссарионов и др.; под ред. В. А. Виссарионова. – М.: Изд-во МЭИ, 2008. – 276с.

Сетевые источники:
4. Возобновляемые источники энергии: Сайт конкурсов компании Siemens. - ttp://www.science-award.siemens.ru/default.asp?trID=1401 (21.01.12).
5. Реальные перспективы альтернативной энергетики: Сайт научно-практического журнала "Наука и инновации". - http://www.innosfera.org/alt_energy (22.01.12).
6. Харитонов В. Итоги и перспективы альтернативной энергетики: Сайт "Частный корреспондент". - http://www.chaskor.ru/p.php?id=2517 (21.01.12).












9



+ -

14

3

Т0

1

2

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Рис. 1.

Тепловой поток из окружающего грунтового массива

Перенос тепла грунтовыми водами

Солнечная
радиация

Поток тепла из недр Земли