Нискокачествени топлина от земята като източник на топлина

Всички известни невъзобновяеми енергийни ресурси на Земята - е ограничен подземни богатства. Тяхната граница се изчислява в продължение на десетилетия. Въпреки това, на дълбочина от няколко десетки метра дъскорезници температура, достатъчна за икономично използване на топлината, натрупана в него. Неизчерпаем топлинна енергия на земята - на основата на бъдещата енергия.

Т о български топлинна енергия на Земята може да бъде постоянен, надежден източник за да се осигури достъпни и приемливи електрическа и топлинна енергия, използвайки нов връх, щадящи околната среда технологии за добиване и доставка до потребителя. В момента тя е особено важно.

Ограничените ресурси на изкопаеми енергийни суровини

Търсенето на органични суровини са страхотни енергия в индустриализираните и развиващите се страни (САЩ, Япония, състоянието на обединена Европа, Китай, Индия и т.н.). В същото време собствените си запаси от въглеводороди в тези страни са или недостатъчни или запазени, и страната, като например САЩ, купува енергийни суровини в чужбина или развиващи депозити в други страни.

В България, един от най-богатите страни в областта на енергетиката, битови енергийни нужди са удовлетворени, доколкото възможностите за използване на природните ресурси. Въпреки това, добивът на изкопаеми въглеводороди от червата настъпва много бързо. Ако в 1940-1960-те години. основни региони за производство на петрола са "втората Баку" в река Волга и Урал, а след това, като се започне от 1970 г.. и в момента тази област е в Западен Сибир. Но дори и тук е налице значително намаляване на изкопаеми въглеводороди. Изчезването епоха "сух" Senomanian газ. В предишната фаза на екстензивно развитие на производството на природен газ идва към своя край. Премахването на тези депозити гигантски като Medvezhye Urengoiskoye Yamburgskoe, беше съответно 84, 65 и 50%. Делът на запасите от петрол, благоприятни за развитие, също се намалява във времето.

Тъй като активен консумация въглеводородно гориво, нефт и природен газ сушата значително намалена. Сега основните им резерви са съсредоточени върху континенталния шелф. Въпреки суровинна база на петролната и газовата промишленост все още е достатъчно за производството в България на нефт и газ в необходимите количества, тя ще бъде предоставена от всички в близко бъдеще по-голяма степен от развитието на депозити със сложни геоложки условия. Себестойността на добив на въглеводороди в тази ще расте.

Повечето от произведените природни невъзобновяеми енергийни източници, използвани като гориво за електроцентрали. Главно това природен газ, делът на които в смес гориво е 64%.

В България 70% от електроенергията, произвеждана в централата. Енергийните предприятия в страната годишно горят около 500 млн TCE. т. За да се получи електрическа и топлинна енергия, при който топлината се консумира за производство на въглеводородни горива 3-4 пъти повече от производството на електроенергия.

Енергията от възобновяеми източници, както за бъдещето на световната енергия

Повишена през последните десетилетия, в света интерес към алтернативни възобновяеми енергийни източници (ВЕИ) се дължи не само на изчерпването на изкопаемите горива, но също така и необходимостта от решаване на проблемите на околната среда. Обективни фактори (резерви от изкопаеми горива и уран, както и промени в околната среда, свързани с използването на традиционни огън и ядрена енергия) и енергийни тенденции показват, че преходът към нови методи и форми на енергия е неизбежно. Още в първата половина на XXI век. ще завърши или почти пълно преминаване към алтернативни енергийни източници.

Колкото по-рано направи пробив в тази посока, толкова по-малко болезнено ще бъде за цялото общество, и по-полезни за страната, където те ще предприеме решителни стъпки в тази посока.

В момента Министерството на енергетиката на България прие програма за развитие на алтернативни източници на енергия, включително 30-мащабни проекти използват термопомпени системи (термопомпи), принципът на който се основава на консумацията на ниско потенциална топлинна енергия на Земята.

Нисък потенциал топлинна енергия на земята и термопомпите

Източници на нисък потенциал топлинна енергия на Земята е слънчевата радиация и излъчване на топлина нагрява недрата на планетата. В момента използването на такава енергия - един от най-бързо развиващите се райони на енергия от възобновяеми енергийни източници.

Топлината на Земята може да се използва в различни видове сгради и отоплителни инсталации, доставка на топла вода и климатик (охлаждане) вентилационни инсталации и отоплителни песни в зимния сезон, за да се предотврати заледяване, отоплителни полета в открити стадиони, и така нататък. Н. На английски език техническа система литература разпорежда Земята топлина в отоплителни и климатични системи, по-нататък GHP - «геотермална термопомпи» (геотермална термопомпи). Климатичните особености на страните от Централна и Северна Европа, които заедно със Съединените щати и Канада са основните области на използване на нискокачествени топлина на Земята, се определя най-вече за отопление; въздушно охлаждане, дори през лятото, сравнително рядко. Ето защо, за разлика от САЩ, термопомпи в Европа работят предимно в режим на отопление. В САЩ те са по-често се използва в системи за отопление на въздуха, в съчетание с вентилация, което позволява едновременно да се загрява и се охлади външния въздух. В европейските страни, термопомпи обикновено се използват в затопляне на водата. Поради техните увеличава ефективност с намаляване на температурата разлика между изпарителя и кондензатора, често се използва за отопление на сгради подово отопление система, в която циркулира охладителя на относително ниска температура (35-40 ° С).

Използва системи нисък потенциал топлинна енергия на Земята.

Като цяло, има два вида системи използват нискокачествени топлинна енергия на Земята:

- отворени системи: като източник на нисък потенциал прилага топлинна енергия подземните доставя директно към термопомпата;

- затворена система: топлообменниците са подредени в земята решетка; циркулация на охлаждащата течност върху него с относително ниска температура на почвата настъпва "скрининг" на топлинната енергия от земята и прехвърлянето на изпарителя на термопомпата (или с помощта на охлаждащата течност с повишена температура спрямо земята - да се охлади).

Недостатъци на отворени системи е, че кладенци изискват поддръжка. В допълнение, използването на такива системи може да не е във всички области. Основните изисквания към почвата и подпочвените води, както следва:

- достатъчно количество вода пропускливостта на почвата, което позволява захранват водоснабдяване;

Затворени системи използват нискокачествени топлинна енергия на Земята

Затворените системи са хоризонтални и вертикални (Фигура 1).

Фиг. 1. Схема на геотермална термопомпена система с - б и хоризонтални - вертикален земята топлообменници.

Хоризонтална топлообменника на земята топлина.

В хоризонтален земята топлообменниците Западна и Централна Европа обикновено са отделни тръби, необходими относително плътен и свързани помежду си последователно или паралелно (фиг. 2).

Фиг. 2. хоризонтални земята топлообменниците на: а - последователно и б - паралелно свързване.

За да се спести пространство част, в която се извършва отвеждане на топлината, е разработен подобрени видове топлообменници, такива топлообменници във формата на спирала (фиг. 3), разположени хоризонтално или вертикално. Тази форма на топлообменници често срещани в САЩ.

Фиг. 3. Хоризонтална колектора спирален топлообменник

Ако системата с хоризонтална топлообменник се използва само за генериране на топлина и неговата нормална работа е възможно само когато достатъчно топлинна мощност от повърхността на земята от слънчевата радиация. Поради тази причина, на повърхността на по-горе топлообменник трябва да бъдат изложени на слънчева светлина.

Вертикалните земята топлообменници.

Системи с вертикална наземни топлообменници не изискват голяма площ земя и не зависят от интензивността на слънчевата радиация, падаща върху повърхността. Те са ефективни в почти всички видове геоложки медии, с изключение на почви с ниска топлопроводимост, като сух пясък или чакъл сухо. Системи с вертикална земята топлообменници са обичайно.

Фиг. 4. кладенеца е пълен с почвата топлообменник във вертикално към нея (геотермална zonodom)

контур разглобяемо топлина термопомпената система с вертикална почвата топлообменник охладител циркулира през тръби (обикновено полиетилен или полипропилен), опаковани в вертикални сондажи (фиг. 4) на дълбочина от 50 до 200 m. Два типа вертикална земята топлообменници обикновено се използват (фиг. 5) ,

Фиг. 5 Видове вертикална земята топлообменници

Първият тип - U-образна топлообменници, които са две успоредни тръби свързани в долната част. В една добре, едно или две (понякога три) двойки от тези тръби. Предимството на тези схеми е сравнително ниска производствена цена. Двойни U-образни топлообменници - най-широко използваните в Европа вид на вертикални апарати земята топлина.

Вторият тип - коаксиален (концентричен) топлообменник. елементарен коаксиален топлообменник се състои от две тръби с различен диаметър. малък диаметър тръба разположен вътре в друга тръба. Коаксиални топлообменници могат да бъдат по-сложни конфигурации.

За повишаване на ефективността на пространството за топлообменници между стените на сондажния отвор и тръбата се запълва със специална топлопроводим материал.

Системи с вертикална земята топлообменници се използват за нагряване и охлаждане на сгради с различни размери. За една малка сграда само един топлообменник; за големи сгради може да изисква устройство на цяла група от ямките с вертикални топлообменници. Водеща роля в тази система играе термопомпа.

Принципът на работа на помпата отоплителната система на топлина

В изпарителя на термопомпата топлина ниска температура напрежение е взета от ниско източник температура топлина и работна течност се прехвърля в термопомпа с ниска точка на кипене (фиг. 6). Получената пара е компресиран от компресора. При тази температура парата се увеличава и топлината на нивото полето температура в кондензатора се прехвърля на нагряването и / или гореща вода. За затваряне на цикъла, извършена от работната среда, след кондензатора се дроселира на първоначалното налягане, охлажда се до температура под източника на топлина ниска степен, и отново се подава в изпарител.

Фиг. 6. Схема на отоплителната система на базата на термопомпата.

Точка на кипене за различни течности чрез промяна на налягането, толкова по-голям натиск, по-висока точка на кипене. Вода кипи при атмосферно налягане при температура от 100 ° С Когато налягането кипяща вода два пъти достига 120 ° С, докато налягането се намалява с 2 пъти вода кипи при 80 ° С Хладилният агент на термопомпата има същата тенденция: неговата точка на кипене варира в зависимост от налягането. точка на кипене Хладилен е ниска, около - 40 ° С при атмосферно налягане, така че може да се използва дори и с източник на ниска температура на топлина.

Така термопомпата извършва топлина с ниско ниво трансформация температура към високо желаната употреба. В този случай устройството компресор изразходвани електрическа енергия. Въпреки това, ако подходяща нискокачествени топлинен източник на количеството, доставено на потребителя, на няколко пъти цената на компресора диск. Съотношението на полезна топлина в компресора на термопомпата се нарича превръщането коефициент, както и най-често срещаните системи с термопомпа, той достига стойност от 3 или повече. Нивото на температура на нагряване термопомпите - 35-60 ° С.

Спасяването на скъпите енергийни ресурси при такива температурни условия по-висока от 75%.

Коефициентът на теоретична реализация (ε) на идеална топлинна помпа се пресмята от Карно:

ε = T2 / (Т2-Т1),

където Т2 - кондензиране температура; Т1 - точката на кипене на хладилния агент, която се измерва в градуси по Келвин.

Ако термопомпата работен цикъл на идеален, след това температурата на кипене на 5 ° С (Т1 = 278 К) и при температура на кондензация от 55 ° С (Т2 = 328 К), може да работи с коефициент на преобразуване на 6.56. В действителност, обменният курс ще бъде по-малко, тъй като напълно идеален топлинен двигател не се случи.

Обикновено вътре термопомпата, както в хладилника, хладилен агент циркулира. На настоящия етап, използвани хладилни агенти, които не съдържат хлорирани въглеводороди и други вредни за човешкото здраве и за околната среда компоненти.

"Устойчивост" системи използват нискокачествени топлина на Земята

По време на работа с предварително покриване топлообменника може да е ситуация, когато по време на отоплителния сезон, температурата на почвата около топлообменника се намалява, а през лятото земята не разполага с време, за да се затопли до първоначалната температура - температурата се понижава потенциала си. Потреблението на енергия за следващия отоплителен сезон води до още по-голямо намаляване на температурата на почвата, нейната температура, както и риска се намалява още. Това прави дизайна на системи използват нискокачествени топлина от земята, за да се реши въпросът с "устойчивост" на такива системи. Често енергийни ресурси за намаляване на периода на изплащане на оборудването функционира много интензивно, което би могло да доведе до бързото им изчерпване. Ето защо е необходимо да се поддържа това ниво на производство на енергия, което ще позволи да работите с източник на енергия за дълго време. Тази способност на системите за поддържане на необходимото ниво на производство на топлинна енергия за дълго време, се нарича "стабилност". За да използвате системата на нискокачествени топлина на Земята дава следното определение за устойчиво развитие: "За всяка система, използването на нискокачествени топлина на Земята и на всеки режим на работа на тази система има определена максимално ниво на производство на енергия; производство на енергия под това ниво може да се поддържа в продължение на дълъг период от време (100-300 години). "

Математическо моделиране показва, че годишната стойност на намаляване на температурата постепенно ще намалява, а обемът на почвената маса около топлообменника, податливи на намаляване на температурата, всяка година ще се увеличи. В края на периода на действие на процеса на регенерация започва, температурата на почвата започва да се покачва. Характерът на такъв процес, подобен на характер "селекция" процес топлина: земята рязко повишаване на температурата се случва в първите години на експлоатация, както и през следващите години, процентът на увеличението му е намалена. Продължителност период "възстановяване", зависи от срока на експлоатация. Тези две приблизително същия период.

По този начин, охладителни системи на сгради, като се използват нискокачествени топлина на Земята топлина, и представляват надежден източник на енергия, който може да се използва универсално. Този код може да бъде използван за достатъчно дълъг период от време може да бъде подновено в края на периода на експлоатация.

Термопомпите са широко използвани за отопление на жилищни и офис сгради в много страни с подобни климатични условия с България. Разширяване на опит с термопомпи и в нашата страна.