Користувач:Володимир ДЕМЧЕНКО/Мобільний тепловий акумулятор
Головною метою сьогодні залишається досягнення енергетичної незалежності України від імпортованих паливно-енергетичних ресурсів. Для розв'язання цієї задачі необхідно впроваджувати нові технології, направлені на зниження споживання первинної енергії, широкого застосування вторинних енергетичних ресурсів і відновлюваних джерел енергії. Аналіз поточної ситуації показує, що наша держава стикається з серйозними викликами. З державних статистичних звітів наочно видно, що викопні види палива залишаються основними джерелами енергії, при цьому найбільшу роль відіграють природний газ і вугілля.
В умовах широкомасштабної війни необхідною умовою є гарантоване забезпечення тепло- та електропостачання. Це вимагає не тільки використання існуючих рішень, але й впровадження сучасних оригінальних технологій, що здатні залучати та використовувати для опалення місцеві види палива.
Мобільні теплові акумулятори (МТА) або як ще їх називають - накопичувачі теплової енергії забезпечують теплом різних споживачів, таких як житлові, офісні, службові і громадські будівлі та промислові підприємства. Отримана за допомогою МТА теплова енергія може бути використана для опалення та гарячого водопостачання або для систем охолодження та кондиціювання повітря, в теплових промислових технологічних процесах та генерації електричної енергії тощо.
У багатьох випадках мобільні теплові акумулятори можна розглядати як альтернативу традиційним системам теплопостачання, які базуються на використанні теплових мереж. В даний час MТА в основному використовуються тоді, коли будівництво тепломережі не рентабельне або технічно неможливо. Також, у випадку якщо теплота подається через нерегулярні проміжки часу. Великі перспективи має використання MТА для постачання теплоти між різними джерелами, наприклад від джерел з низькою вартістю до джерел з вищою вартістю теплової енергії. При цьому додатково збільшується ризикозахищеність та живучість загальної системи опалення та покращується екологічний стан навколишнього середовища [1].
Мобільні теплові акумулятори мають великий потенціал застосування. Дуже актуально то, що технологія MТА може бути використана в якості додаткового або аварійного джерела теплової енергії при надзвичайних ситуаціях техногенного та природного характеру. Інтеграція мобільного теплового акумулятора, в систему центрального та автономного теплопостачання дозволяє передавати теплову енергію на відстані до декількох кілометрів без трубопровідного транспорту від одних джерел генерації теплоти іншим, або від джерел генерації до споживача, що значно зменшує матеріальні втрати та якість теплоносія, собівартість теплоти та підвищує економічну ефективність системи теплопостачання.
Технологія MТА зараз активно розробляється у світі та ідеально підходить для забезпечення зазначених потреб.
Ці розробки стосуються вдосконалення конструкції MТА, розробленню нових теплоакумуляційних матеріалів (ТАМ), підвищення ефективності теплофізичних процесів, логістики перевезень, видів транспорту, оптимізації ваги та розмірів, нормативно-технічної бази, законодавчих актів, економічних аспектів та іншого [2].
Система MТА ґрунтується на дослідженнях теплофізичних процесів і технологій у теплоенергетичному обладнанні та опрацьовуванні методів підвищення ефективності його роботи, надійності та екологічної безпеки.
Зазвичай вона складається з металевих теплоізольованих баків-резервуарів накопичення теплової енергії прямого або непрямого нагріву заповнених ТАМ, які розміщені в стандартному суховантажному контейнері. У ньому також знаходиться рамка керування, оснащена теплообмінним обладнанням та циркуляційними насосами, контрольно-вимірювальна система для контролю моніторингу роботи (процесу зарядки-розрядки) та температурних режимів, а також вузол підключення до джерела або системи опалення споживача.
До складу MТА входить транспортний засіб, як правило автомобільний, в окремих випадках залізничний або навіть морський - для транспортування контейнера з обладнанням від джерела теплоти до споживача і навпаки в умовах від'ємних температур зовнішнього повітря [3].
Конструкція MТА повинна забезпечувати безперервну роботу протягом зміни та за необхідності зупинку для проведення допоміжних робіт з відновлення працездатності, в тому числі: ремонту, технічного обслуговування, усунення відмов і т. ін. Загальна тривалість допоміжних робіт за добовий цикл, складає не більше 3 годин. Режим роботи обслуговуючого персоналу – періодичний, відповідно до плану технічного обслуговування і ремонту устаткування із середньою зайнятістю в зміну на одну людину не більше 1,5 годин. При ліквідації аварій, пожеж і інших позаштатних ситуацій режим роботи виробничого та сервісного персоналу не регламентується.
Комплексні показники надійності роботи характеризує Коефіцієнт технічного використання за умови: КТВ ≥ 0,8 та Коефіцієнт готовності КГ ≥ 0,98, який визначає готовність MТА до застосування за призначенням в довільний момент часу. У той же самий час працездатність MТА не виключає наявність несправності обладнання, що не перешкоджає випуску теплової енергії та не загрожує здоров'ю людей чи навколишньому середовищу.
Критеріями відмов в процесі експлуатації МТА необхідно вважати:
- Тривалу втрату теплоакумулювальної здатності, що виводить цей параметр за номінальне значення за підсумками календарного року;
- Незадовільну якість теплозабезпечення протягом тривалого терміну, яка призводить до економічних втрат;
- Такий стан MТА, що загрожував би здоров'ю людей чи навколишньому середовищу.
Дизайн і ергономічні вимоги повинні задовольняти сучасному рівню гігієнічних, естетичних, екологічних вимог про систему «людина-середовище» і забезпечувати максимальну пристосованість MТА до створення оптимальних умов праці. Температура нагрітих, неізольованих поверхонь, що не мають огороджувальних частин і є доступними для людини, не повинні перевищувати 45 оС.
Конструктивне виконання MТА та організаційні заходи повинні відповідати безпечним умовам праці при експлуатації апарата в частині ‒ Пожежної безпеки за ГОСТ 12.1.004–91 і ГОСТ 12.1.018–93, Електробезпечності за ГОСТ 12.1.019–93; Заземлення і занулення за ПУЕ-7; Ергономічних вимог до виробничого устаткування за ДСТУ 7234:2011; Вимог по ергономіці і технічній естетиці за ДСТУ 7251:2011 та інше.
Система автоматизації зобов'язана забезпечити управління процесом теплопостачання за допомогою MТА, доступ до інформації та її перевірку. Для цього система має бути здатна виконувати такі задачі:
- спрощення введення даних;
- забезпечення захищеного протоколу автентифікації для входу в систему;
- запобігання помилкам з боку користувача під час введення даних;
- забезпечення захищеного зберігання введених даних;
- надання відкритого online-доступу та засобів пошуку по відкритих даних, що містяться в публічному модулі, і можливості їх завантаження;
- створення відкритого API для розробників для забезпечення захищеного доступу до відкритих даних та їх завантаження в різних форматах.
Для реалізації дії MТА підлягає автоматизованому контролю:
- інформаційна підтримка температур прямого та зворотного трубопроводів з боку споживача та акумулятора;
- управління процесом заряду та розвантаження MТА;
- реєстрація несанкціонованого доступу та пожежна безпека;
- географічні координати місцеперебування MТА.
Впровадження автоматичної системи контролю (АСК) надає змогу забезпечити:
- підвищення надійності та автоматизація керування обладнанням;
- зниження аварійності обладнання МТА;
- зниження вартості витрат на обслуговування обладнання;
- забезпечення своєчасного аналізу аварійних подій та покращення реакції обслуговуючого персоналу, зменшення часу відновлення обладнання та мереж після відмов та аварій;
- зменшення кількості обслуговуючого персоналу;
- зменшення часу, що витрачається на оперативні перемикання;
- збільшення кількості та покращення якості інформації, що отримується диспетчерами та використовується для оперативного керування обладнанням підстанцій та мережами;
- підвищення строку використання обладнання MТА та мереж шляхом оптимізації їх використання та своєчасної діагностики;
- забезпечення єдиного точного часу усіх складових частин АСК та реєстрації подій у єдиному часі, ведення журналів подій з єдиним астрономічним часом;
- скорочення впливу людського фактору на керування обладнанням MТА та мереж;
- створення можливості для забезпечення інформацією єдиної бази даних реального часу (псевдореального часу) для працездатності розрахункових математичних задач, що є основою для програмних пакетів планування перемикань, оптимізації роботи мережі, планування навантаження та генерації, інших задач;
- забезпечення кібернетичної безпеки та антивірусного захисту інформації АСК.
По режимах функціонування MТА відносяться до виробів безупинного тривалого застосування та є системою дискретного (переривчастого) опалення. Процес використання MТА включає кілька етапів: завантаження, транспортування та поступове розвантаження МТА, відповідно попиту споживача.
Відстань транспортування часто визначається економічними міркуваннями. Важливою частиною цього методу є матеріал, що акумулює тепло, зазвичай це матеріали прямого накопичення тепла, матеріали з фазовим переходом або їх комбінація. Це стає можливим завдяки використанню як явного, так і прихованого тепла, причому прихована теплота становить, як правило значний відсоток [4].
Для оптимального використання системи дискретного опалення повинні паралельно працювати 2 мобільних теплових акумулятори. Поки перший знаходиться в процесі завантаження на джерелі теплової енергії другий розвантажується у споживача. Це важливо, коли MТА використовується для подачі кількості тепла, необхідного для задоволення загального попиту споживачів. У таких випадках MТА служить основним (і часто єдиним) джерелом тепла. Дуже важливо використовувати MТА як додаткове або, як аварійне джерело теплової енергії особливо в період військових дій, блекауту та надзвичайних ситуацій [5].
Сильними сторонами системи дискретного опалення є її гнучкість та можливість застосування у будь-якій галузі діяльності, легкість застосування, швидкість та висока ефективність. Слабкою стороною є те, що нова дискретна система опалення потребує додаткової стандартизації в Україні.