Теплопостачання з відновлюваних джерел енергії

Теплопостачання з відновлюваних джерел енергії (англ. Heat supply with the use of renewable energy sources) – сфера діяльності з виробництва, транспортування, постачання споживачам екологічно чистої теплової енергії. виробленої із застосуванням енергії Сонця, вітру, термальних підземних вод, тепла довкілля тощо. 

Загальна характеристика теплопостачання з відновлюваних джерел енергії

Для теплопостачання з відновлюваних джерел енергії використовуються теплові насоси, водяні та повітряні сонячні колектори, сонячні термальні електростанції тощо. Системи виробництва теплової енергії є актуальним напрямком розвитку відновлюваної енергетики. При раціональному підході відновлювані джерела енергії (сонячне випромінювання, вітер, теплова енергія довкілля, енергія термальних вод) можуть бути використані в теплопостачанні набагато ефективніше, ніж в електропостачанні, так як виробництво теплової енергії, у порівнянні з виробництвом електричної енергії, хоча і потребує проміжного подвійного перетворення енергії, проте вимоги до якості отриманої електричної енергії, що використовується для отримання тепла не такі жорсткі. як при спрямуванні її в об'єднану електричну мережу. А з урахуванням екологічних факторів теплогенеруючі системи відновлюваної енергетики є, навіть, більш ефективними, ніж їх аналоги, які працюють на згоранні органічного палива.

Види систем теплопостачання

Теплові насоси

Теплові насоси використовують для виробництва теплової енергії тепло довкілля. Головна перевага теплових насосів - висока економічність та екологічна безпека. Тепловий насос витрачає електричну енергію більш ефективно, ніж інше енергетичне обладнання. По оцінкам розробників при використанні 1 кВт·год електричної енергії виробляється  (3…4) кВт·год теплової енергії. Впровадження таких систем для виробництва тепла та гарячого водопостачання дозволяє на 70% знизити потреби в газі. Впровадження теплових насосів характеризується високими початковими капіталовкладеннями, великими площами, необхідними для укладання теплообмінного тюбінгу та низькою температурою на виході системи. Технологічний процес відбору тепла насосами з довкілля не є екологічно чистим та бездоганним. Буріння глибоких свердловин та відбирання тепла з довкілля є суттєвими порушеннями екології довкілля, так як у процесі буріння свердловин  та функціонування насосів порушується природний баланс, що склався у певному екологічному просторовому об’ємі: під землею, в повітрі чи у водоймі.

Системи сонячної енергетики

Системи сонячної енергетики - найбільш обіцяючий вид відновлюваних технологій, який дозволить у майбутньому отримувати величезну кількість «чистої» і сталої енергії. Сьогодні ж, попри необмежені можливості використання сонячного випромінювання, системи геліоенергетики виробляють тільки незначну частину енергії в підсумковому балансі споживаної електричної та теплової енергії. З сонячних систем найбільший розвиток отримали водяні та повітряні сонячні колектори, а також концентраторні теплові сонячні електростанції.

У конструкції водяних та повітряних сонячних колекторів використовується активний спосіб сонячного опалення (охолодження) будівель, основою якого є водяний чи повітряний площинний поглинач сонячної енергії, який працює на використанні парникового ефекту. Конструктивно тепловий приймач включає прозоре для випромінювання вікно, систему з мідних трубок (тюбінг), заповнену тепловідвідною рідиною, та основу (підкладку). Сонячний колектор сприймає потоки сонячного випромінювання, інтенсивність яких не перевищує значення сонячної константи 1250 Вт/м², тому він використовується для створення малопотужних низькотемпературних систем теплопостачання і не може бути застосований у якості базового елемента систем теплопостачання через низьку енергетичну ефективність.

В останні десятиліття реалізовано та знаходяться в стадії реалізації десятки проектів концентраторних термодинамічних сонячних електростанцій, в яких енергія сонячного випромінювання використовується як джерело тепла в термодинамічному циклі перетворення теплової енергії в механічну за допомогою сонячного парогенератора, а потім в електричну, частина тепла з сонячної електростанцій йде на обігрів будівель та споруд. По особливостям побудови фокусуючих елементів концентраторні теплові сонячні електростанції поділяються на тарілкові (a), параболо-циліндричні кюветні (b) та вежові (c). Вадами та обмеженнями сонячних систем теплопостачання є нестабільність виробництва енергії, обмежені періоди та кліматичні зони виробництва енергії. необхідність використання високоємних електричних акумуляторів для живлення споживачів при відсутності Сонця,  необхідність застосування складних систем слідкування за Сонцем. 

Вітряні теплоелектростанції

В місцевостях з обмеженою кількістю сонячної радіації раціонально використовувати вітротурбінні системи виробництва, накопичення та постачання тепла населеним пунктам. Основу цих систем складають вітрові енергетичні установки та акумулятори тепла. У вітряну погоду електрична енергія, що виробляється вітроенергетичними установками, за допомогою електронагрівачів перетворюється у Джоулеву теплоту і нагріває до високої температури певний об'єм теплоносія, що зберігається у спеціальних термоізольованих резервуарах. Надалі накопичене тепло відбирається за допомогою теплообмінного контуру й використовується для теплопостачання, гарячого водопостачання житлових будівель, комунальної інфраструктури, промислових та агропромислових об'єктів.

Важливими напрямками розвитку систем теплопостачання державою визначені наступні: реалізація схем теплопостачання міст та інших населених пунктів країни на основі оптимального поєднання централізованих та децентралізованих систем теплопостачання; пріоритетне використання нетрадиційних і поновлюваних джерел енергії, у тому числі енергії Сонця, вітру, біогазу, геотермальних вод, відходів виробництва; впровадження високоефективного теплоенергетичного обладнання і матеріалів у новостворених та діючих системах теплопостачання; зниження втрат при транспортуванні теплової енергії в магістральних та розподільчих теплових мережах.

Див. також

• Теплопостачання
• Вітротурбінна теплоелектростанція
• Багатосекційна вітротурбінна теплоелектростанція
• Вітротурбінна система енергопостачання зерносховища
• Вітротурбінна система енергопостачання теплиці
• Вітротурбінна система енергопостачання фрукто-овочесховища
• ТОВ «Ніжинські лабораторії скануючих пристроїв»

Література

• Сидоров В. І. Вітротурбінні технології та системи теплопостачання / у кн. Технології гідро- та вітроенергетики. — Черкаси: Вертикаль, видавець Кандич С. Г., 2016. — 166 с.
• Сидоров В. І. Вітрові теплоелектростанції // Промислова електроенергетика та електротехніка. – 2018. – №1. – С. 28–36.