Современные мировые тенденции развития теплоэнергетики ломают все стереотипы о том, что, дескать, ничего нового в данной сфере придумать уже невозможно. Многие из таких новых технологий были представлены на промышленной выставке ISH Energy 2015 и активно развиваются в настоящее время
Гибридные технологии
Постоянные колебания уровня цен на различные энергоносители на мировом рынке практически не дают возможности предугадать то, каким будет их стоимость через несколько лет.
По этой причине многие предпочитают возможность выбора системы отопления с максимальной адаптивностью в использовании энергоносителей. То есть минимум с двумя источниками тепловой энергии.
Соответствующие технологии, позволяющие это, получили название гибридных. Созданное на основе их оборудование может быть настроено таким образом, чтобы при меняющихся ценах на энергию всегда обеспечивать минимальные затраты на отопление. При этом, как правило, используется два источника оплачиваемой энергии.
Таким образом, гибридные приборы представляют собой новую категорию оборудования, при эксплуатации которого, за счет комбинации различных энергоносителей, пользователь уже не зависит от одного источника и может наиболее оптимальным способом реализовать соответствующие преимущества.
Популярное в европейских странах сочетание энергоносителей: жидкое или газообразное топливо (сжигаемое в котле) и электроэнергия (тепловой насос).
Предлагаемые к подобным схемам системы управления дают возможность выбора одного из двух режимов работы оборудования: экономичный или экологичный. В первом случае, устройство автоматически выбирает и поддерживает оптимальный режим работы в зависимости от стоимости конкретного энергоресурса (размер тарифа вводится пользователем) на данный момент времени. К примеру, ночью выгоднее использовать электроэнергию, если абонент пользуется соответствующим льготным тарифом.
В случае выбора экологичного режима система управления подстраивает работу оборудования для достижения минимальных выбросов CO2.
Комбинация использования производительности оборудования может быть различной: например 75% тепловой насос (электроэнергия) и 25% котел (жидкое или газообразное топливо).
Выбор гибридного оборудования позволяет не только экономить в процессе эксплуатации, но и подбирать оборудование с оптимальной мощностью (без завышения её в соответствии с наиболее холодной пятидневкой отопительного сезона). Таким образом, есть возможность использовать как основные энергоносители пеллеты и газ, а пиковые нагрузки порывать за счет электроэнергии (рис. 1) или дизельного печного топлива.
Рис. 1. Использование различных энергоносителей на протяжении отопительного периода
В качестве примера гибридного оборудования можно привести совместное использование жидкотопливного котла Vitolacaldens 222-F (производства немецкой компании Viessmann) и теплового насоса Vitocal 250-S. Мощность котла Vitolacaldens 222-F – от 1,3 до 23,5 кВт. Нормативный КПД – до 104%. Автоматическое регулирование работы осуществляется системой Hybrid Pro Control, исходя из потребности в энергии и её стоимости.
Котлы-электростанции
Еще одной тенденцией теплотехнического рынка развитых стран является децентрализация выработки энергоресурсов, прежде всего, электрической энергии. При этом ставка делается на совместной выработке тепла и электроэнергии.
Связано это с тем, что в европейских странах все больше отказываются от централизованной выработки электроэнергии. Так, в Германии закрываются атомные электростанции. Вместо этого все большее распространение получает использование электростанций на возобновляемых источниках энергии солнца, ветра и воды (рис. 2).
Такие источники электроэнергии характеризуется неравномерностью выработки в зависимости от многих природных факторов: облачности, скорости ветра, времени года и т.д. В связи с этим встал вопрос о том, что потребители энергии уже не могут, как раньше, диктовать объемы её выработки, а наоборот генерация управляет потреблением.
При этом появилось оборудование, при котором даже отдельное частное домохозяйство может стать более независимым (или даже полностью автономным) за счет вырабатывающей электроэнергию системы отопления. Данная электроэнергия аккумулируется и может потребляться в любое необходимое пользователю время и на различные нужды.
Выработка электроэнергии возможна несколькими путями: отдельными фотоэлементами, использованием в составе теплогенераторов топливных элементов или двигателя Стирлинга.
Рис. 2. Децентрализация выработки электроэнергии
Комбинация фотоэлектрической энергетической установки с тепловым насосом является не только автономной, но и практически полностью регенеративной. Теплогенератор использует бесплатное экологическое тепло, а электрооборудование работает на токе, выработанном собственной фотоэлектрической установкой под действием бесплатной солнечной энергии.
Мировая новинка – выработка электроэнергии отопительным оборудованием с помощью топливных элементов. Лидером в их разработке является Япония, в частности, выпуском занимается корпорация Panasonic (рис. 3). Еще один из производителей топливных элементов из страны восходящего солнца – Toshiba. Эти компании массово поставляют свою продукцию для ведущих европейских производителей котельного оборудования.
Рис. 3. Блок топливных элементов компании Panasonic
Топливные элементы выпускаются двух типов – для высокотемпературных (до 75 ˚С на линии подачи теплоносителя) и низкотемпературных (до 45 ˚С) систем отопления. Они позволяют сократить потребление первичной энергии и снизить объем выбросов углекислого газа. Всего применяется около 7 типов топливных элементов. В общем случае принцип их действия основан на прохождении реакции синтеза водорода (получаемого путем расщепления природного газа, предварительно очищенного от серы) с кислородом, который происходит с выделением тепла. Образующийся при этом водяной пар и является источником электроэнергии.
Модуль топливного элемента сочетается в едином корпусе, например, с газовым конденсационным котлом, включаемым для покрытия пиковых нагрузок. Блок топливных элементов обеспечивает большую часть теплопотребления. Одновременно такое оборудование вырабатывает некоторое количество электроэнергии (к примеру, мини-ТЕЦ Vitovalor 300-P, производства Viessmann, генерирует до 15 кВт·ч).
Другая технология совместной выработки тепловой и электрической энергии – применение двигателя Стирлинга. Данная технология – не нова. Однако в настоящее время на рынке появились устройства небольшой мощности (от 3,6 кВт тепловой мощности и от 0,6 кВт электрической мощности) для бытового использования.
Выработанную самостоятельно электроэнергию можно использовать для любых бытовых нужд, например, для стиральной машины. Данная функция может быть предусмотрена в меню оборудования.
Для накопления электрической энергии могут применяться компактные настенные литиевые аккумуляторы, которые также уже появились в ассортименте предлагаемой мировыми лидерами производства теплотехнической продукции. Аккумулятор накапливает образующуюся в процессе работы избыточную электроэнергию. Если аккумулятор полностью заряжен и ни один из подключенных потребителей не работает, электроэнергия передается в сеть общего пользования.
Интересна в этом плане и инициатива американской компании Tesla, которая недавно представила компактные бытовые аккумуляторы Powerwall, сохраняющие электроэнергию, полученную от солнца. Устройство представлено в двух вариантах — емкостью 10 кВт⋅ч (подходит для создания запасов энергии) и 7 кВт⋅ч (для ежедневного использования).
Как правило, в системах с аккумуляторами электроэнергии, как и любых современных и энергоэффективных, применяются и емкости-аккумуляторы тепла.
На схеме, представленной на рис. 4, работой системы аккумулирования электроэнергии управляет бытовой контроллер. Наряду с текущей выработкой электроэнергии он регистрирует все соответствующие параметры потребления, зарядки системы аккумуляторов и отбора из электросети. При этом учитываются также прогнозируемая выработка (погодные данные) и прогнозируемое потребление (профиль нагрузки), чтобы постоянно обеспечить оптимальный расход электроэнергии собственного производства.
Рис. 4. Система отопления с выработкой и аккумулированием электроэнергии:
1 – настенная микро-ТЭЦ; 2 – буферная емкость отопительного контура; 3 – аккумулятор электроэнергии; 4 – инвертор (преобразователь электроэнергии); 5 – отопительный контур; 6 – потребитель электроэнергии; 7 – прибор учета электроэнергии; 8 – домашняя электросеть; 9 – контроллер; 10 – электросеть общего пользования; 11 – устройство дистанционного управления
Расстояния управлению не помеха
Следующая тенденция на теплотехническом рынке, набирающая обороты из года в год – усовершенствование систем управления. На рынке уже появились котлы с цветными сенсорными дисплеями, пользование которым максимально упрощено за счет интуитивно понятных символов.
Ряд современных теплогенераторов включает модуль управления энергозатратами (рис. 5), который обеспечивает пользователю полную информацию о количестве выработанной и израсходованной энергии. Сюда относится, например, количество энергии, выработанное подключенной гелиоустановкой. Либо расход газа на отопление и приготовление горячей воды. Наглядно отображается также текущий уровень горячей воды в емкостном водонагревателе. По выбору все значения могут быть показаны в виде гистограммы по дням, неделям, месяцам и годам. Для специалистов есть упрощенный ввод в эксплуатацию и диагностика благодаря встроенной программе-ассистенту.
Рис. 5. Интерфейс модуля управления энергозатратами
Растет и популярность управления посредством интернета. Ведь с каждым годом увеличивается количество пользователей компьютерной техники, смартфонов и, в целом, абонентов подключения к глобальной сети. Такие системы удаленного управления становятся все доступнее, проще в использовании, даже не смотря на усложнение самих схем создания микроклимата.
Многое современное оборудование изначально оснащено возможностью сетевой и интернет-связи, предусмотрено подключение к глобальной сети через маршрутизатор. Вместе с тем, все ведущие производители предлагают прикладные программы для различных портативных устройств (смартфонов), с помощью которых можно управлять микроклиматом (и в целом системой «умный дом») для достижения максимального комфорта и энергоэффективности. Системы удаленного управления также сигнализируют о возможных и явных неисправностях оборудования.
Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok. Долучайтесь!
Переглянуто: 5 872
