Sorgenti di calore a basso potenziale. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Le risorse energetiche secondarie (SER) sono rifiuti termici derivanti dalla produzione tecnologica di imprese industriali, strutture municipali, domestiche, residenziali e di altro tipo. Anche le acque geotermiche autofluenti possono essere attribuite alla categoria dei WER; sorgenti minerali calde, il cui calore non viene utilizzato nella balneologia; gas associato bruciato durante la produzione di petrolio; prodotto olio caldo, ecc.

Negli ultimi anni la questione del risparmio di carburante attraverso l’uso del VER è diventata un problema urgente e un compito nazionale. I consumatori industriali attualmente utilizzano oltre il 60% di tutto il carburante prodotto e circa il 70% di tutta l’elettricità generata. L'efficienza dell'uso dell'energia nei processi tecnologici è ancora bassa e ammonta solo al 35-40%. Nel periodo fino al 1991, la situazione con l'utilizzo del VER nell'industria è migliorata, tuttavia, il risparmio effettivo di carburante ottenuto grazie al calore del VER rispetto a quello possibile è del 30-32%, compreso nella raffinazione del petrolio e nel settore petrolchimico industria - 40%, metallurgia ferrosa - 40%, chimica - 25%.

Uno dei modi efficaci per utilizzare il calore del VER era la produzione di freddo per le imprese i cui processi tecnologici lo richiedevano a diverse temperature di raffreddamento. Va notato che la maggior parte delle imprese dell'industria chimica, petrolchimica e di altro tipo sono industrie ad alta intensità di freddo e allo stesso tempo sono caratterizzate dalla presenza di una quantità abbastanza grande di SER inutilizzato sotto forma di vapore, acqua calda, torcia scarichi, gas caldi, ecc.

Ma quando si decide sull'uso razionale ed efficiente del VER, non bisogna dimenticare che insieme all'ottenimento del freddo si possono eseguire anche processi di trasformazione del calore da un livello di bassa temperatura a uno più alto e viceversa.

Una fonte pubblica di calore a basso potenziale è l'aria atmosferica, ampiamente utilizzata per piccoli impianti di pompe di calore - HPI (appartamento, casa). Tuttavia, le basse temperature dell'aria, la sua bassa capacità termica e il coefficiente di scambio termico non consentono di raggiungere indicatori di efficienza energetica accettabili per i grandi impianti, in particolare le stazioni HP, ai cui evaporatori è necessario fornire grandi flussi di calore.

Grandi serbatoi non ghiacciati sono preziosi come fonti di calore per l'HPP. Questi includono, ad esempio, il Mar Nero, il Mar Caspio nella parte centrale e meridionale, il Lago Issyk-Kul. Sulla costa del Mar Nero, nel Caucaso e in Crimea, gli impianti idroelettrici funzionano con acqua di mare, la cui temperatura in queste zone in inverno non scende sotto gli 8°C. Particolarmente efficace è l'uso tutto l'anno del calore dell'acqua di mare (con una temperatura di 20-25 ° C in estate) per la fornitura di acqua calda HPI, che rappresenta un carico significativo nelle città e nelle località del sud. Nei periodi transitori e invernali dell'anno, nell'HPI è possibile utilizzare l'acqua fredda dei serbatoi, l'aria esterna con una temperatura superiore a 0°C e le rocce (terreno).

La fonte di calore a basso potenziale può essere l'acqua geotermica poco mineralizzata, l'energia solare immagazzinata con l'aiuto di impianti solari e accumulatori di calore.

Tuttavia, le principali fonti di calore per i grandi HPI dovrebbero essere considerate fonti artificiali: sprechi di calore. La rapida crescita del consumo energetico comporta sia l’esaurimento delle risorse naturali che l’inquinamento termico della biosfera. Ad esempio, le centrali termoelettriche, comprese le centrali nucleari, scaricano il 50-55% dell’energia del combustibile con acqua di raffreddamento. A volte il fattore decisivo nella scelta di un sito per la costruzione di una centrale termoelettrica (NPP) è la presenza di serbatoi naturali in grado di assorbire il calore disperso senza troppi danni. Le imprese industriali consumano enormi quantità di acqua per raffreddare macchine e fluidi di lavoro in vari processi tecnologici. Nel nostro Paese il volume di acqua riciclata e riutilizzata nell'industria nel 1966 era di km3/anno, nel 1980 era di 132 km3/anno, ovvero il 61% dell'acqua utilizzata dall'intera industria. Questi "fiumi termali" hanno una temperatura annuale di 20-40°C, che praticamente non consente l'utilizzo diretto del calore, e vengono raffreddati in torri di raffreddamento o altri raffreddatori evaporativi, cedendo parte dell'acqua all'atmosfera insieme a Calore.

Quando si sostituiscono le torri di raffreddamento con evaporatori HPI, il grado di raffreddamento dell'acqua (differenza di temperatura) mantenendo la sua portata dovrebbe rimanere in media intorno ai 10°C.

La concentrazione dei flussi di calore nei sistemi di approvvigionamento idrico circolante può essere stimata utilizzando l'esempio di uno dei più grandi stabilimenti automobilistici. Il volume totale di acqua riciclata è di circa 75mila m3/h, organizzati in blocchi d'acqua da (10-12)mila m3/h. L'acqua per il raffreddamento viene fornita tutto l'anno ad una temperatura di 30-40°C e viene raffreddata fino a 15-20°C. In generale, l'impianto rilascia nell'atmosfera 1300 MW di calore.

Anche le raffinerie di petrolio e gli impianti chimici sono potenti fonti di risorse energetiche secondarie (SER). Per tipologia, le VER si dividono in tre gruppi principali:

1. gas di scarico caldi (carburanti) dei forni; rifiuti non idonei ad ulteriori lavorazioni tecnologiche;
2. WER termico - calore fisico dei gas di scarico delle unità tecnologiche; calore fisico dei prodotti principali, sottoprodotti, intermedi e scarti della produzione principale; calore dell'acqua calda e del vapore utilizzati nelle centrali elettriche tecnologiche;
3. VER sovrappressione, l'energia potenziale di gas e liquidi, che deve essere ridotta prima della fase successiva di utilizzo dei liquidi (gas) o del loro rilascio nell'atmosfera.

Le fonti di calore VER possono essere utilizzate nei convertitori di calore ad ammoniaca (ATC) e negli impianti a pompa di calore. Negli impianti a pompa di calore è possibile utilizzare il calore a bassa temperatura (20-60°C), per l'AHT - a basso e medio potenziale a 80-160°C, nonché il calore ad alto potenziale (160-400 °C). Un compito particolarmente urgente è lo sfruttamento del calore contenuto nell'acqua di processo.

Se assumiamo approssimativamente che nel volume totale (nel paese) della fornitura di acqua circolante, solo il 75% dell'acqua sia sottoposto a raffreddamento, ad es. circa 120 km3 all’anno (secondo il livello del 1985), e la differenza di temperatura è di 10°C, lo scarico organizzato di calore di bassa qualità da parte dell’industria è di oltre 5 miliardi di GJ all’anno. L'acqua una volta consumata dalle imprese industriali (circa il 40% del volume totale) viene infine canalizzata in serbatoi naturali.

Con i moderni requisiti di protezione ambientale, sia le acque reflue industriali che quelle domestiche, prima di essere scaricate nei corpi idrici, devono subire un complesso sistema di trattamento negli impianti di trattamento delle acque o nelle stazioni di aerazione (nelle grandi città). A Mosca, ad esempio, diverse stazioni di aerazione scaricano più di 5 milioni di m3 al giorno nel fiume Moscova. acqua purificata con una temperatura di 16-22 °; insieme all'acqua entra anche un flusso di calore di 3-4 milioni di kW. Le stazioni di aerazione operano a San Pietroburgo, Samara e in altre città. Molti milioni di metri cubi d'acqua vengono scaricati in fiumi, baie, bacini artificiali, insieme al calore che può essere utilizzato nell'HPP e convertire il calore di bassa qualità in calore a temperatura più elevata, in grado di soddisfare una certa parte del fabbisogno e ridurre il carburante consumo.

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