Еженедельник "Снабженец"
http://www.snab.ru

Полная версия этой статьи в формате PDF:
СКАЧАТЬ

Энергосберегающие технологии: прикладной аспект В настоящее время в энергетическом комплексе РФ немаловажными задачами являются повышение эффективности использования теплоэнергетических ресурсов страны и создание необходимых условий для перевода экономики на энергосберегающий путь развития. В условиях постоянно растущего спроса на энергоносители внедрение инновационных энергосберегающих технологий и современного специализированного оборудования реально позволит проводить эффективную энергетическую политику. Недаром энергосбережение нередко называют самым дешевым и экологически чистым ресурсом экономики. В конце 2007 г. в Экспоцентре на Красной Пресне состоялся весьма представительный германо-российский энергетический форум EMBIZ Moscow ’2007 по перспективным технологиям, концепциям и проектам, посвященный проблемам энергосбережения. На нем был представлен ряд докладов отечественных и зарубежных участников, затрагивающих актуальные проблемы эффективности использования энергии в различных отраслях. Часть выступлений касалась новинок в области энергетического оборудования, а также актуальных проектов по альтернативным источникам энергии в промышленности и сельском хозяйстве. В первую очередь это освоение ресурсов в столь перспективной отрасли, как возобновляемая энергетика. К таким докладам относились материалы по применению биотоплива, геотермальных и солнечных источников энергии, а также опыту сооружения малых ГЭС и биогазовых установок в России и за рубежом. Одновременно в павильонах Экспоцентра была развернута экспозиция с представлением ряда новых разработок (технологий, оборудования, потребительской продукции) в сфере инновационной энергетики. В нее входили и стенды 13-й Международной светотехнической выставки «Интерсвет ’2007», на которых демонстрировались последние мировые и отечественные достижения в области светотехники и энергосбережения. Перспективные разработки Сегодня проблема стабильного и долгосрочного обеспечения энергией (с минимальным нанесением при этом вреда окружающей среде) становится весьма актуальной во многих областях нашей жизни. К ним относится промышленность, сельское хозяйство, транспорт, сфера обслуживания и др. Одним из наиболее перспективных и экологически чистых направлений производства электрической и тепловой энергии в настоящее время считается технология электрохимических генераторов с использованием топливных элементов. В них электроэнергия вырабатывается непосредственно в результате химических реакций. На стенде германского предприятия Matec International Ltd (офис в Москве) была представлена оригинальная автономная энергетическая система HotModule на базе технологии топливных элементов. Она позволяет превращать энергию газа в электричество и тепло без традиционного применения пламени, турбин или поршней. Это компактная электростанция (с электрической/ тепловой мощностью 250/180 кВт), в которой могут использоваться различные виды газа: био, природного, выделяющегося в процессе очистки сточных вод и т. п. Станция имеет модульную структуру и состоит из трех основных частей. Первая — установка по подготовке газа для его использования в топливном элементе. В ней подводимый газ очищается от серы, разогревается и увлажняется. Вторая — центральный модуль. Он включает в себя непосредственно топливный элемент и его стапель, смесительную камеру для свежего и катодного воздуха, анодного газа, а также сборный кожух для отработанного катодного воздуха. Сюда входят отопительный регистр для вывода системы на рабочую температуру и две рециркуляционные воздуходувки. Наконец, третья — модуль подвода тока. В нем находится блок управления установкой, в котором постоянный ток из топливного элемента преобразуется в переменный. Преимущества новой системы очевидны. Электрохимические процессы, протекающие в модуле, обеспечивают весьма высокий КПД (электрический и общий, которые составляют соответственно 55 и 90%). Кроме того, к топливному элементу можно дополнительно подсоединить паровую турбину, способствующую резкому повышению КПД. Новинка отличается высокой экономичностью. Из одного и того же объема газа HotModule вырабатывает до 30% больше электроэнергии, чем традиционные электростанции той же производительности. При этом не выделяются такие вредные вещества, как угарный газ или соединения серы. Отработанная смесь содержит лишь водяной пар, азот и остаточный атмосферный кислород. Система может использоваться повсеместно. Она находит широкое применение в комплексах энергоснабжения, пищевой, фармацевтической и косметической промышленности, сфере ЖКХ, телекоммуникационных линиях связи и др. Как показывает практика эксплуатации HotModule, работающих в Германии, время самоокупаемости установки составляет около 4 лет. В весьма интенсивно развивающейся области альтернативных и возобновляемых (при этом экологически чистых) источников энергии важное место отводится технологиям и оборудованию для солнечной энергетики. Интересную разработку представили специалисты Всероссийского НИИ электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ, г. Москва). Здесь в лаборатории технологии солнечных фотоэлектрических модулей создан фотоэлектрический модуль с увеличенным сроком службы. Он предназначен для непосредственного преобразования солнечного излучения в электро-энергию. Как известно, срок службы существующих сегодня аналогичных конструкций не превышает 20–25 лет. Оригинальная разработка ученых ВИЭСХ изготовлена с применением нового типа заполнителя. Это модифицированный полисилоксановый гель, обеспечивающий улуч-шенные оптические параметры и расширенный диапазон эксплуатационных температур (от -60 до +260 °С). В результате работоспособность модуля удалось увеличить до 40 лет. Устройство может быть использовано как для комплектации отдельно стоящих фотоэлектрических станций, так и в качестве архитектурного элемента зданий (крыш, фасадов). Перспективно также его применение в составе установок с концентрированными потоками солнечной энергии. Энергосберегающее оборудование При функционировании различного энергетического оборудования большое значение имеет влажность используемого охлаждающего газа, в частности — водорода. Так, наличие водяных паров при эксплуатации электрогенератора отрицательно сказывается на его экономичности и работоспособности. Из-за повышенной плотности и вязкости газовой смеси заметно возрастают и вентиляционные потери, а также потери на трение, что приводит к существенному снижению КПД. Кроме того, повышенная влажность водорода в системе охлаждения турбогенератора может привести к замыканиям в обмотке статора, разрушению бандажных колец, что в итоге оборачивается значительными ремонтными затратами на вышедшее из строя оборудование. Применяемые в настоящее время фреоновые или адсорбционные установки для осушения газов довольно громоздки и энергоемки. Они отличаются и высокими эксплуатационными расходами. Помимо этого, такие устройства экологически небезопасны из-за использования фреона или других подобных хладагентов. В ООО «Термо» (г. Москва) нашли эффективное решение проблемы излишней влажности. Здесь была разработана и освоена в производстве не имеющая аналогов в мировой практике высокоэкономичная и экологически безопасная установка для осушки газа ВСОВ. В основу ее работы заложен принцип воздушно-испарительного процесса охлаждения, протекающего в вакууме. Охлаждение газа осуществляется в межтрубном пространстве теплообменника, по элементам которого он протекает. Благодаря адиабатическому смешению воды и воздуха в вакуумной среде, в межтрубном пространстве теплообменника происходит снижение температуры до уровня, близкого к 0 °С. При этом газ, проходящий по трубкам, охлаждается, а влага конденсируется. Образовавшийся конденсат скапливается во влагосборнике и периодически удаляется. Важно отметить, что в отличие от чистого испарительного процесса охлаждения (где для достижения нулевых температур необходим глубокий вакуум), в протекающем воздушно-испарительном процессе достаточно добиться вакуума 0,1 атм. Это существенно снижает затраты на осушку газа. Новая установка отличается экологичностью, простотой и надежностью в работе. Она не содержит никаких подвижных и вращающихся элементов, не потребляет электрической энергии и не требует специальных навыков и дополнительных затрат на эксплуатацию. В настоящее время разработан ряд модификаций ВСОВ различной мощности. Они сертифицированы, рекомендованы к широкому использованию и уже с успехом применяются на практике. Бесперебойное снабжение электроэнергией становится сегодня одной из наиболее актуальных проблем в самых различных отраслях. В связи с этим большое значение приобретают надежные и эффективные источники автономного резервного питания, способные удовлетворить самых разных потребителей. Особенно незаменимы такие устройства в аварийных ситуациях. В МНПО «Эконд» (г. Москва) разработаны и запущены в производство импульсные электрические конденсаторы сверхвысокой энергоемкости (ИКЭ). Они значительно повышают надежность любых источников аварийного питания или энергосбережения в режимах пиковых нагрузок длительностью от десятых долей до десятков секунд. К подобным конденсаторам относятся устройства марки «Супер-Эконд». Принцип их действия основан на прямом накоплении заряда в двойном электрическом слое на поверхности контакта высокопористого углеродного электрода со связанным, химически инертным электролитом. Накопление заряда фактически осуществляется на молекулярном уровне. Новые конденсаторы по своим электрическим параметрам существенно превосходят обычные. Кроме сверхвысокой плотности накапливаемой энергии и 10-кратной удельной мощности импульсного разряда, их отличает очень малое внутреннее сопротивление и возможность длительного (до нескольких сотен часов) хранения заряда. К достоинствам устройств можно отнести также устойчивость к токам короткого замыкания и практически неограниченное число циклов перезарядки. Отечественные высокотехнологичные накопители энергии для мобильного и стационарного применения были представлены в рамках международной конференции по программе COST* и получили высокую оценку специалистов. Уже сегодня ИКЭ с успехом используются в самых разных отраслях промышленности в системах резервного питания. В частности, они применяются в комплексах надежного запуска двигателей внутреннего сгорания на транспорте, при обслуживании линий энергообеспечения на производстве, в строительстве и ЖКХ, работе медицинского рентгеноскопического оборудования и т. п. Интересные современные решения по энергосбережению для систем водо- и теплоснабжения ЖКХ и предприятий были представлены на стенде НПО «Промтехэлектро» (г. Москва). К ним относится, например, станция управления частотно-регулируемым электроприводом насосных агрегатов (типа СУ-ЧЭ). Она предназначена для автоматического и ручного управления группой насосов с асинхронными электродвигателями, работающими в системах холодного и горячего водоснабжения. Станция включает в себя преобразователь частоты со встроенным ПИД-регулятором, обеспечивающим плавный пуск и останов, а также управление ее любым электродвигателем. Входящий в состав станции блок сопряжения с системой «Мастер» (или аналогичной), получая от последней информацию, осуществляет выдачу управляющих воздействий на преобразователь частоты (ПЧ) и насосные агрегаты неавтоматических станций. В автоматических станциях используется логический контроллер, предназначенный для получения и обработки информации, а также выдачи управляющих воздействий. Включенная в состав СУ-ЧЭ панель управления и сигнализации позволяет выбирать режим управления ПЧ (и насосных агрегатов), проводить визуальный контроль их работы и оперативно изменять давление на преобразователе непосредственно с панели задач. Предусматривается автоматическое чередование работы всех насосов через заданные интервалы времени и их равномерная загрузка. Вместе с тем сохраняется возможность запуска-останова каждого насоса кнопками в режиме ручного управления. Применение станции в составе электрооборудования центральных тепловых пунктов (ЦТП), систем тепло- и водоснабжения ЖКХ, а также промышленных предприятий позволяет существенно повысить экономичность их работы. При этом за счет уменьшения числа преобразователей частоты, входящих в состав ЦТП, значительно снижаются капитальные затраты. Кроме того, облегчается процесс задания и изменения режимов работы насосных агрегатов, повышается их надежность. Электронагревательные устройства В настоящее время одно из перспективных направлений в теплоэнергетике связывают с развитием электронагревательной техники. Такие устройства, преобразующие электрическую энергию в тепло, имеют ряд преимуществ перед нагревателями, работающими по другим принципам. К их достоинствам можно отнести высокий КПД, компактность и возможность управления нагревом (что особенно ценится в технологических процессах). Немаловажно и отсутствие проблем, связанных с транспортировкой и хранением топлива, а также сокращение капитальных вложений. Вместе с тем наиболее распространенные сейчас электродные и трубчатые (ТЭНовые) нагреватели имеют ряд недостатков. Основные из них — относительно короткий срок службы, низкий уровень надежности и пожаробезопасности, а также потребность в регулярном обслуживании. Новая технология и оборудование индуктивно-кондуктивного нагрева на токах промышленной частоты (50 Гц), представленные на стенде ПО «Термические технологии» (г. Новосибирск) и ООО «РЭДО» (г. Москва) позволяют во многом разрешить эти проблемы. Компаниями был разработан электронагреватель серии «Гейзер», снабженный системой автоматического контроля и управления. Устройство предназначено для использования в автономных системах отопления и горячего водоснабжения с принудительной циркуляцией. Новинка отличается высокой эффективностью и отменными техническими характеристиками. Например, устройство относится к оборудованию 2-го класса электробезопасности, его КПД составляет 98%, а срок службы — 30 лет. Как показывает практика, по сравнению с существующими аналогами затраты при эксплуатации такого электронагревателя в 2–2,5 раза ниже. В настоящее время на основе серии «Гейзер» освоен выпуск продукции, применяемой как в системах тепловодоснабжения жилых или промышленных зданий, так и при различных технологических процессах. В частности, для этого предназначены сертифицированные узлы нагрева КИТ, поставляемые в полной сборке, что избавляет заказчика от необходимости монтажа на месте. Разработано и с успехом используется специализированное оборудование для нефтеперерабатывающих комплексов и предприятий химической промышленности. Оригинальные энергосберегающие новинки в области нагревательной техники были предложены на стенде микроэлектронной фирмы «Оникс» (г. Ярославль). Это ряд миниатюрных нагревательных элементов ПЭН и ГЭН широкого спектра применения. Устройства могут использоваться в составе бытовых и специальных электронагревательных приборов и технологического оборудования в различных областях промышленности: медицинской, автомобильной, полиграфической, легкой, пищевой, табачной и т. д. Другими словами, везде, где требуется быстрый, равномерный и экономичный нагрев, а также в тех случаях, когда существуют ограничения по габаритам. Плоские нагревательные элементы (ПЭН) — это новый класс электронагревателей, изготавливаемых по прогрессивной технологии с использованием специальных электронных материалов. Выполненный на стальной или керамической основе ПЭН представляет собой тонкую пластину (толщиной 1–3 мм) произвольной геометрической формы и размеров. Благодаря своим конструктивным особенностям элемент эффективен в эксплуатации, экономичен (сохраняет от 15 до 30% электроэнергии), экологически безопасен, надежен и долговечен. Он устойчив к вибрациям и обеспечивает равномерный и безынерционный нагрев по всей поверхности. На основе ПЭН разработаны инфракрасные энергосберегающие обогреватели, не имеющие мировых аналогов ни по конструкции, ни по эффективности. Такие ИК-устройства с успехом применяются на практике, причем не только на производстве, но и в бытовых условиях. Другой класс продукции — гибкие нагревательные элементы (ГЭН). Это сверхплоские нагреватели (толщиной 0,15–0,5 мм), разработанные на базе современных электронных технологий и материалов. Они выполнены на гибкой подложке, что позволяет проводить их простой, быстрый и надежный монтаж (в т. ч. и на изогнутые поверхности). Отличаясь сверхмалым весом, безынерционностью и равномерностью нагрева, ГЭН незаменимы во многих областях, но особенно там, где нужны минимальные вес и толщина нагревателя, а также возможность его изгиба. Применяются они и в технологических процессах, в которых требуется недорогой, долговечный и экологически чистый нагревательный элемент с температурой эксплуатации до 90 °С. Светодиодные осветители В последние годы светодиоды все шире используются в качестве эффективного монохромного освещения в самых различных областях. Небольшие по размеру, долговечные в эксплуатации, с низким энергопотреблением они выгодно отличаются от других существующих устройств. Сегодня светодиоды находят применение в светофорах, дорожных знаках, автомобильных тормозных фонарях, указателях, вывесках и пр., причем область применения подобных осветителей с каждым годом все больше расширяется. Примером успешного практического внедрения новых энергосберегающих технологий стал представленный на выставке отечественный компактный светодиодный осветитель растений (СИДОР). Этот высокоэффективный и экономичный прибор разработан специалистами НТЦ «Оптоника» (г. Москва) и предназначен для использования в качестве источника искусственного освещения растений. Он состоит из светодиодного светильника и блока питания. При необходимости стандартный комплект может быть дополнен блоком управления с микропроцессорной системой и датчиком освещенности. Известно, что для повышения активности фотохимических процессов и роста растений необходим свет с определенной длиной волны. СИДОР как нельзя лучше подходит для этих целей. Его отличительной особенностью является наличие в конструкции полупроводниковых светоизлучающих диодов последнего поколения с разными длинами волн. Именно применение таких источников (с заданием излучения в определенных комбинациях) позволило создать полноценное искусственное освещение растений, чего невозможно достичь при использовании традиционных ламп накаливания. За счет включения или выключения светодиодов различных цветов и плавного изменения их яркости с помощью прибора можно управлять процессом роста и формирования растений на разных стадиях развития. При этом КПД фотосинтетически активной радиации (КПД ФАР) новинки достигает 100%. (Для традиционных ламп этот показатель не превышает 35%.) СИДОР имеет ряд существенных преимуществ перед обычными источниками освещения. Кроме вышеперечисленных свойств можно отметить следующие особенности. Срок службы осветителя достигает 100 тыс. ч (около 11 лет) непрерывной работы. Потребление электроэнергии (по сравнению с традиционными лампами) ниже в 5–20 раз, уровень напряжения питания составляет 24 В, а температура нагрева корпуса — 45 °С. Светильник может располагаться в непосредственной близости от растения, не вызывая при этом его ожогов, высыхания листьев и бутонов цветков. Не страдают также укрывные и полимерные материалы, находящиеся рядом с источником. Заменяя громоздкие рефлекторы со сложной системой подвеса, светодиоды при этом дают малое расхождение пучков света. Последнее обеспечивает оптимальное соотношение между площадью излучающей поверхности и эффективной освещаемой поверхностью листвы растений. Осветитель можно применять как для подсветки комнатных растений, цветочных витрин, полок с растениями в магазинах, на оптовых складах, в оранжереях и зимних садах, так и для ускоренной выгонки рассады в теплицах. Приборы выпускаются со световым потоком различной величины (от 700 до 4000 лм) и яркостью 20 000–150 000 кд/м2. Конструктивно светильник выполнен из ударопрочных негорючих материалов в безопасном пылевлагозащитном корпусе. Алексей Лабунский * COST — межгосударственный инструмент для европейской кооперации в области научно-технических исследований, позволяющий координировать разработки, получающие национальное финансирование.