Головна будівельна премія країни - IBUILD

Світові ноу-хау в енергетиці

М. Копилов

Сучасні світові тенденції розвитку енергетичного сектора ламають стереотип про те, що, нічого нового в даній сфері придумати вже неможливо. Про подібні технології йшлося і в ході виставки-конференції зі сталої енергетики SEF 2016 KYIV, яка традиційно відбулася в жовтні в столиці України. Захід був організований «Центром Інноваційного Бізнесу» за підтримки міжнародної асоціації Energy Watch Group, компаній Phoenix Contact, AEG Power Solutions, Recom та ін

Постійні коливання рівня цін на енергоносії на світовому ринку практично не дають можливості передбачити те, якими буде їхня вартість через декілька років. З цієї причини багато хто намагається обирати системи з найоптимальнішою адаптивністю у використанні енергоносіїв, як мінімум з двома джерелами енергії. Ще більшу свободу надає використання власних – побутових – установок з виробництва електроенергії за рахунок відновлювальних природних джерел.

Домашні електростанції

Однією з провідних тенденцій енергетичного ринку розвинених країн Європейського Союзу є децентралізація вироблення енергоресурсів, насамперед, електричної енергії. При цьому ставка робиться на спільне виробництво тепла та електроенергії.

Пов'язано це з тим, що в європейських країнах все більше відмовляються від централізованого виробництва електроенергії. Так, у Німеччині закриваються атомні електростанції. Натомість поширюється використання електростанцій на відновлюваних джерелах енергії: сонця, вітру та води (рис. 1).

Vies_Ris_2Рис. 1. Децентралізація виробництва електроенергії

Такі джерела електроенергії характеризуються нерівномірністю вироблення що залежить від багатьох природних факторів: хмарності, швидкості вітру, пори року і т. д. У зв'язку з цим постало питання про те, що споживачі енергії не можуть, як раніше, диктувати обсяги її вироблення, а навпаки генерація управляє споживанням.

Разом з тим, вже з'явилося обладнання, при використанні якого навіть окреме приватне домогосподарство може стати більш незалежним (або навіть повністю автономним), за рахунок прямого або побічного виробництва електроенергії. При цьому дана електроенергія акумулюється і може використовуватися в будь-який необхідний користувачеві час і на різні потреби.

Вироблення електроенергії можливе декількома шляхами: окремими фотоелементами (рис. 2), використанням у складі генераторів теплової енергії (мікро-ТЕЦ) паливних елементів або двигуна Стірлінга.

65465465Рис. 2. Cонячні фотоелектричні панелі

Комбінація фотоелектричної енергетичної установки з тепловим насосом робить систему автономною та такою, що повністю працює за рахунок відновлювальних джерел енергії. Теплогенератор використовує безкоштовне екологічне тепло, а електрообладнання працює на струмі, виробленому власною фотоелектричною установкою під впливом безкоштовної сонячної енергії.

Світова новинка – вироблення електроенергії опалювальним обладнанням за допомогою паливних елементів (рис. 3). Лідером в їх розробці є Японія. Звідти паливні елементи масово постачають для провідних європейських виробників котельного обладнання.

Vies_Ris_3Рис. 3. Блок паливних елементів

Паливні елементи випускаються двох типів – для високотемпературних (до 75°С на лінії подачі теплоносія) і низькотемпературних (до 45°С) систем опалення. Вони дозволяють скоротити споживання первинної енергії і знизити обсяги викидів вуглекислого газу. Всього використовується близько 7 типів паливних елементів. Принцип їх дії заснований на проходженні реакції синтезу водню (отримується шляхом розщеплення природного газу, попередньо очищеного від сірки) з киснем, який відбувається з виділенням тепла. Утворена при цьому водяна пара і є джерелом електроенергії.

Модуль паливного елемента поєднується в єдиному корпусі, наприклад, з газовим конденсаційним котлом, що вмикається для покриття пікових навантажень. Блок паливних елементів забезпечує більшу частину теплоспоживання. Одночасно таке обладнання виробляє деяку кількість електроенергії.

Теплові двигуни і акумуляція

Інша технологія спільного вироблення теплової та електричної енергії – застосування двигуна Стірлінга – тепловий двигун із зовнішнім підведенням тепла. Дана технологія не нова. Проте в даний час на ринку з'явилися пристрої невеликої потужності (від 3,6 кВт теплової потужності і від 0,6 кВт електричної потужності) для побутового використання.

Вироблену самостійно електроенергію можна використовувати для будь-яких побутових потреб, наприклад, для пральної машини. Дана функція передбачена в меню обладнання.

Для накопичення електричної енергії можуть застосовуватися компактні настінні літієві акумулятори, які вже з'явилися в асортименті електрообладнання компаній світових лідерів галузі. Акумулятор накопичує надлишкову електроенергію, що утворюється в процесі роботи генеруючого обладнання. Якщо акумулятор повністю заряджений, і жоден з підключених споживачів не працює, електроенергія передається в мережу загального користування.

На сьогоднішній день на ринку вже представлені компактні побутові акумулятори, що зберігають електроенергію, отриману від сонця. Ємності таких приладів, наприклад, в 10 кВт⋅год вистачить для створення запасів енергії та її використання.

В системах з акумуляторами електроенергії, як в будь-яких сучасних енергоефективних схемах, застосовуються також ємності-акумулятори теплової енергії.

На схемі, поданій на рис. 4, роботою системи акумулювання електроенергії управляє побутовий контролер. Поряд з управлінням виробництва електроенергії він реєструє всі відповідні параметри споживання, зарядки системи акумуляторів і відбору з електромережі.

При цьому враховуються також прогнозована генерація електроенергії (погодні дані) і прогнозоване споживання (профіль навантаження), щоб забезпечити оптимальні витрати електроенергії власного виробництва.

Vies_Ris_4 Рис. 4. Система опалення з виробленням і акумулюванням електроенергії:
1 – настінна мікро-ТЕЦ; 2 – буферна ємність опалювального контуру; 3 – акумулятор електроенергії; 4 – інвертор (перетворювач електроенергії); 5 – опалювальний контур; 6 – споживач електричної енергії; 7 – прилад обліку електроенергії; 8 – домашня електромережа; 9 – контролер; 10 – електромережа загального користування; 11 – пристрій дистанційного керування

Замість пульта ДУ – смартфон

Наступна тенденція на теплотехнічному ринку, що набирає оберти з року в рік – удосконалення систем управління. На ринку вже з'явилися котли з кольоровими сенсорними дисплеями, користування якими максимально спрощено за рахунок інтуїтивно зрозумілих символів.

Ряд сучасних теплогенераторів включають модуль управління енерговитратами (рис. 5), який забезпечує користувачеві повну інформацію про кількість виробленої і витраченої енергії. Сюди відноситься, наприклад, кількість енергії, виробленої підключеною геліоустановкою. або витрата газу на опалення і приготування гарячої води. За вибором всі значення можуть бути показані у вигляді гістограми по днях, тижнях, місяцях і роках.

Vies_Ris_5Рис. 5. Інтерфейс модуля управління енерговитратами

Зростає й популярність управління за допомогою інтернету. Адже з кожним роком збільшується кількість користувачів смартфонів і, абонентів провайдерів глобальної мережі. Такі системи віддаленого управління стають все доступнішими, простішими у використанні, незважаючи на ускладнення схем створення мікроклімату.

Багато сучасного побутового обладнання оснащено для виходу до глобальної мережі. Разом з тим, всі провідні виробники пропонують прикладні програми для різних портативних пристроїв (планшетів, смартфонів), за допомогою яких можна управляти мікрокліматом (і, в цілому системою «розумний дім») для досягнення максимального комфорту та енергоефективності.

Гібридне теплопостачання

Сучасні технології електронного управління дають можливість не обмежувати виробництво енергії лише одним типом обладнання. Технології, що дозволяють суміщати декілька генераторів енергії в одне ціле отримали назву гібридних. Йдеться, зокрема, про системи теплопостачання.

Гібридні прилади є новою категорією обладнання, при експлуатації якого, за рахунок комбінації різних енергоносіїв, користувач вже не залежить від одного джерела і може при мінливих цінах на енергію завжди забезпечувати мінімальні витрати. При цьому, як правило, використовується два-три джерела енергії. Популярне в європейських країнах поєднання енергоносіїв: рідке, тверде або газоподібне паливо (традиційний котел) і електроенергія (тепловий насос). Комбінація використання продуктивності устаткування може бути різною: наприклад 75% видає тепловий насос та 25% – котел.

Запропоновані до подібних схем системи управління дають можливість вибору одного з двох режимів роботи обладнання: економічний або екологічний. У першому випадку пристрій автоматично вибирає і підтримує оптимальний режим роботи в залежності від вартості конкретного енергоресурсу (розмір тарифу вводиться користувачем) на даний момент часу. Наприклад, вночі вигідніше використовувати електроенергію, якщо абонент користується відповідним пільговим тарифом.

У разі вибору екологічного режиму система управління підлаштовує роботу обладнання для досягнення мінімальних викидів CO2.

Гібридні технології дозволяють не лише економити в процесі експлуатації обладнання, але й підбирати його з оптимальною потужністю. Таким чином, є можливість використовувати у якості основних енергоносіїв деревні пелети або газ, а пікові навантаження покривати за рахунок електроенергії (рис. 6).

79854545454Рис. 6. Приклад використання різних енергоносіїв протягом опалювального періоду при застосуванні гібрідних технологій

Отже, можна зробити висновок, що сучасні новітні технології, які впроваджуються нині у провідних країнах світу, дозволяють не тільки забезпечувати максимально ефективне енергоспоживання та мінімальне забруднення навколишнього середовища, а й, в цілому, дають можливість реалізувати концепцію сталого розвитку економіки. Залишається сподіватися на те, що такі рішення якомога швидше ввійдуть і в повсякденну українську реальність.

Больше важных статей и новостей в Telegram-канале AW-Therm. Подписывайтесь!



1 комментарий

  • Разработана и изготовлена миниустановка дополнительного получения значительной энергии на уже существующих гидроэнергостанциях...... Получается что гидроэнергетику очень рано отправили на пенсию! Отвечайте и возможно совместно разработаем и покажем всему миру о возможностях существующих гидростанций!

Оставьте комментарий

Telegram