Источниками низкопотенциальной тепловой энергии может быть теплота как естественного так и искусственного происхождения.
В качестве естественных источников низко потенциальной теплоты могут быть использованы:
энергия солнечного излучения;
теплота земли (теплота грунта);
подземные воды (грунтовые, артезианские, термальные);
наружный воздух.
В качестве искусственных источников низкопотенциальной теплоты могут выступать:
удаляемый вентиляционный воздух;
канализационные стоки (сточные воды);
промышленные сбросы;
теплота технологических процессов;
бытовые тепловыделения.
Идеальный источник теплоты должен давать стабильную высокую температуру в течение отопительного сезона, не быть коррозийным и загрязняющим, иметь благоприятные теплофизические характеристики, не требовать существенных инвестиций и расходов на обслуживание.
Следовательно, актуальность использования альтернативной энергетики и вторичных ресурсов определяется или невозможностью эффективного применения органического и ядерного топлива, или необходимостью поддержания экологически чистых зон, например, в местах расположения предприятий по изготовлению электронных изделий.
К нетрадиционным, возобновляемым источникам энергии, применение которых может рассматриваться для предприятий Курска и области, относятся: солнечная энергия, энергия ветра, теплоты грунтовых вод, грунта, водоемов, окружающего воздуха. Возможности использования того или иного вида источника зависят от местных особенностей.
Основное направление использования солнечной энергии (СЭ) - преобразование ее в электрическую энергию и получение теплоты для отопления и горячего водоснабжения.
Анализ данных по использованию солнечной энергии для горячего водоснабжения показывает, что максимальный тепловой поток от солнечной радиации приходится на июнь - август. Использование солнечных установок для отопления затруднено, так как в середине отопительного сезона потребление тепла максимально (декабрь - февраль), а солнечная радиация минимальна (из-за малой высоты стояния солнца над горизонтом, малой продолжительности дня и большой облачности), поэтому доля теплопотребления, покрываемая солнечной установкой, составляет всего 5 - 15%. Поэтому такие установки относительно Курской области могут работать только в начале и в конце отопительного сезона (сентябрь - октябрь и март - апрель), когда они способны обеспечить более позднее начало и более раннее окончание отопительного сезона с использованием традиционных источников.
Практическое использование энергии ветра связано с большими трудностями вследствие непостоянства ветра по силе и направлению и малого содержания энергии в единице объема воздуха. Использование энергии ветра требует высоких начальных капиталовложений. На выработку 1000 кВт должно затрачиваться только по оборудованию и монтажу от 30 до 60 тыс. руб.
Использование биотоплива, получаемого при переработке навоза на товарно-сельскохозяйственных предприятиях (свинокомплексы, коровники и птицефабрики) в настоящее время не может быть рекомендовано из-за резкого снижения животноводческой продукции. При этом, на производство на 1000 куб. метров биогаза затрачивается от 5 до 12 тыс. руб. только на поддержание микроклимата брожения навозной массы или прохождения термохимической реакции в процессе обработки на очистных сооружениях и это без учета значительных капитальных вложений, а стоимость природного газа составляет 3,15 руб. за 1 куб. метр.
За последние несколько лет во многих странах получили широкое распространение системы, работающие на базе тепловых насосов (ТН), использующие низкопотенциальную теплоту сбросных вод, грунтовых вод, окружающего воздуха. В России эта технология пока не получила широкого распространения из-за высокой стоимости оборудования, что приводит к большим срокам окупаемости.
Следует отметить, что практическое значение имеет вместе с другими вышеуказанными источниками тепла для тепловых насосов (воздух, теплота грунта, грунтовых и сбросных вод) солнечная энергия. Ее можно использовать непосредственно с помощью солнечных коллекторов, размещенных на крыше отапливаемого здания. Давая тепло в испарителе при температуре более высокой, чем окружающий воздух, грунт и т.д., солнечные коллекторы повышают характеристики теплового насоса. Обычно промежуточный теплоноситель - вода - передает тепло от коллектора к испарителю. Но может быть и полное совмещение коллектора с испарителем, где хладагент испаряется непосредственно внутри трубок солнечного коллектора. Солнечные коллекторы рассматривают в сочетании с грунтовыми. Установлено, что размеры солнечного коллектора должны быть больше 3 м2 на 1 кВт потери тепла отапливаемым помещением. При солнечном коллекторе площадью 30 м2 с грунтовым испарителем, занимающим только 100 м2, достигается тепловой коэффициент (ТК) = 3,4. Например, если использовать только грунтовый испаритель, то потребуется поверхность 300 м2 и при этом получается ТК = 2,7. Тем не менее, может оказаться, что несмотря на повышение ТК, экономия топлива не окупает стоимости установки, особенно солнечного коллектора.
Анализ известных научно-технических источников, а также географическое положение г. Курска и Курской области показали, что по данным метеослужбы за последние 50 лет среднегодовые солнечные дни составляют 153 (Справочник по климату РФ. Выпуск 43. Гидрометеоиздат. М. 2003 - 367 с. Ил.), а скорость ветра 5,3 м/с и это при минимально необходимом для эффективного использования, которое должно быть свыше 250 дней солнечных и скорость ветра не менее 7 м/с. Следовательно, все это не позволяет использовать экономически эффективно даже комплексную солнечную и ветровую энергию в качестве альтернативных источников тепло- и электроснабжения.
В последнее время в некоторых странах, преимущественно не имеющих собственных энергетических источников, разрабатывают альтернативные источники энергии особенно для децентрализованного теплоснабжения.
Однако данные разработки находятся на стадии экспериментальных исследований и не могут быть без соответствующей апробации рекомендованы в разрабатываемую программу.
В качестве резерва можно использовать отработанные масла транспортных средств, количество которых в Курской области составляет около 240 тыс. единиц. При годовом расходе масла до 6 литров в год для последующей утилизации в качестве топлива на малых котельных установках, это составляет 240000 x 6 = 1440000 кг, или 1440 тонн практически выбрасываемого и, соответственно, загрязняющего окружающую среду топлива.
А это составляет в переводе на условное топливо 1440 x 0,735 = 1050 т у.т. Этого достаточно для отопления комплекса зданий при использовании небольших котельных. Следовательно, данное направление перспективно и требует дальнейшей проработки на 2012 - 2013 годы.
Выводы:
1. Проведенный анализ показал, что в настоящее время в Курской области используется тепло от вторичных энергоресурсов составляет менее 1% от основных источников и задача состоит в увеличении их доли при использовании в качестве альтернативного.