Използване на възобновяема енергия в системите за централно отопление

ТоплоенергетикаСп. Енерджи ревю - брой 4, 2019 • 04.07.2019

През последните няколко десетилетия възобновяемите енергийни източници се развиват все по-интензивно и подобряването на ефективността на системите, използващи този вид енергия, e важна инженерно-техническа задача.

В момента за производството на топлинна енергия за битови нужди се използват основно изкопаеми горива като въглища и природен газ. Консумацията на енергия за отопление представлява една голяма част от общото енергопотребление в световен мащаб.

Намаляването на емисиите при тези процеси се основава на прилагането на налични най-добри технологии и е свързано най-вече с повишаване на енергийната ефективност и преминаване към частично или пълно използване на възобновяеми енергийни източници за бита и промишлеността. Прилагането на тези решения е потенциален двигател за постигане на висока енергийна ефективност.

В по-дългосрочен план значителното намаляване на емисиите на въглероден диоксид в системите за централно отопление и промишлеността ще изисква новаторски технологии и продукти за провеждането на нисковъглеродни процеси.

За да се гарантира бъдещата осъществимост на тези процеси и технологии, секторът следва да се фокусира върху областта на повишаване на енергийната ефективност на производството на топлина и възможностите за намаляване на въглеродните емисии. Преминаването към възобновяеми енергийни източници за централно отопление и охлаждане може да доведе до подобряване на параметрите на околната среда в съответното населено място, тъй като се съпътства с редуциране на емисиите на замърсители, получавани при изгарянето на съответните горива.

Важно действие за справяне с енергийните и екологичните предизвикателства е интелигентното и ефективно използване на енергията. Употребата на топлина от възобновяеми енергийни източници като биомаса, слънчева и геотермална енергия, както и отпадна топлина от индустрията в системите за централно отопление се оказва привлекателно в множество аспекти.

 

Биомаса и отпадъци

Биомасата се разглежда като един от сигурните и значими възобновяеми източници за производство на електроенергия и топлинна енергия за централно отопление. Ръстът на биомасата като заместител на изкопаемите горива непрекъснато се увеличава заради огромния брой на потенциалните източници.

Поради засилването на глобалното затопляне и нарастването на загрижеността за енергийната сигурност, биомасата се превръща във все по-важна част от енергийния микс на страните. За да бъдат конкурентоспособни биогоривата, особено енергията, добивана от отпадъчни материали, те трябва да бъдат с изгодни цени. Два важни фактора са достъпността и лесното транспортиране при доставката им.

С понятието биомаса се описват широка гама от суровини, но само няколко типа от тях са подходящи за производството на топлинна енергия. Основно внимание във всички изследвания заемат видовете отпадъчна биомаса, идваща от горите, селскостопанското и хранителното производство. В България само много малка част от посочените биоотпадъци се оползотворяват.

Повечето от реализираните проекти са за производство на топлинна енергия от дървесина и дървесни остатъци. При това цената на инвестицията е много атрактивна и при успешно използване на цялата енергия на горивото и чрез комбинираното електро- и топлопроизводство се реализират нива на вътрешна норма на възвръщаемост (IRR) и настояща инвестиционна стойност (NPV), които са много по-добри от повечето проекти с други възобновяеми енергийни източници.

Котли на биомаса се изграждат много често като средство за оползотворяване на наличните остатъци от преработката на дървесина и други растителни отпадъци. В много страни, включително и България, биомасата вече е залегнала като част от горивния микс за централно отопление на големите градове. Съвременните системи за изгаряне на биогорива са толкова разнообразни, колкото са и самите биогорива.

Битовите отпадъци също могат да бъдат оползотворявани за производство на топлинна енергия в системите за централно отопление. Техният състав е много разнообразен и променлив, съдържанието им на влага е високо (над 20%), а енергийната им плътност е ниска – около тридесет пъти по-малка от тази на въглищата. Поради това транспортирането им е скъпо, а изгарянето им е възможно само в специални инсталации.

Затова се търсят начини за преработка на битовите отпадъци, които да дават възможност те да бъдат изгаряни в конвенционални котли. За целта отпадъците трябва да се сепарират (отделят се неподходящите части), нарязват, изсушават или третират по други начини, чрез което се подобряват горивните им свойства. По този начин се получава т. нар. RDF (refuse-derived fuel, гориво от отпадъци) с различен произход.

 

Геотермална енергия

Наситена пара или топла вода с различни температури се използват директно за производство на топлинна енергия за индустрията, бита и в туризма. Акцентът обаче пада върху нискотемпературни източници, намиращи се в седиментните басейни, които са в близост до населени места и могат да се използват като топлинен източник в системи за централно отопление.

Сондирането е облекчено, тъй като ресурсите са с доста по-ниски температури и налягания, а флуидът се добива до повърхността с помощта на помпи. Системите за отопление с геотермална енергия имат няколко потенциални предимства. Методите, чрез които се извлича топлината, зависят от температурата на течността и характера на приложението, в което ще се използва. Има два основни метода за извличане на топлина, които се използват в приложения за отопление – директен топлообмен и отопление чрез използване на термопомпи.

Често се разглежда използването на термопомпи, когато температурата на флуида е твърде ниска. Потенциалът на геотермалната енергия за централно отопление е значителен и в много региони е добре развит. Въпреки това технологията за използване на геотермалната енергия в системи за централно отопление в Източна и Централна Европа например е все още слабо развита. През последните 5 години се наблюдава засилен интерес към използването на геотермална енергия за централно отопление. В момента в Европа функционират над 250 системи за централно отопление, оползотворяващи геотермална енергия.

Един пример за отоплителна централа с директно оползотворяване на геотермалната енергия е инсталацията в британския град Саутхемптън, който е разположен над каменен масив, съдържащ гореща вода. Системата осигурява само част от необходимата топлинна енергия за града, като потребителите включват телевизионни студиа, болница, университет, търговски център, обществен център, жилищни сгради и др. Годишно системата предоставя 40 GWh топлинна енергия, 26 GWh електроенергия, 7 GWh охладена вода и спестява 10 000 тона емисии на въглероден диоксид.

 

Соларна енергия

Както е известно, слънчевата енергия може да бъде преобразувана и оползотворена с помощта на соларни колектори. Въпреки че слънчевата енергия представлява само малка част от общата енергоконсумация в световен мащаб, намаляването на разходите за инсталиране на соларни колектори означава, че все повече потребители могат да се възползват от предимствата, които предлага технологията.

Интегрирането на соларни системи към топлофикационната мрежа на дадено населено място за отопление както на жилищни, така и на индустриални обекти, е сравнително иновативна практика, тепърва налагаща се на световния пазар. По време на по-топли периоди соларните отоплителни инсталации могат напълно да заместят другите източници, обикновено изкопаеми горива, използвани за получаване на топлинна енергия. Благодарение на развитието в областта вече има възможност за мащабно съхранение на топлоенергия през лятото за употреба през зимата.

Системите за соларно отопление представляват инсталации, включващи стотици колектори. Отчитайки изискванията на такива мащабни системи, за това приложение са разработени по-големи колектори, подходящи за по-високи натоварвания. За по-малки инсталации могат да бъдат използвани и конвенционалните соларни колектори.

Тези соларни отоплителни инсталации доставят топлинна енергия до централната топлофикационна мрежа. Това може да включва централизирано топлоподаване, при което топлинната енергия се доставя от голяма колекторна инсталация до основната топлоцентрала. Възможно е и директното или индиректно сезонно съхранение на топлинна енергия, чрез което да се допринесе за увеличаване на дяла на енергията от соларната инсталация в цялата система.

Другата възможна конфигурация е децентрализирано топлоподаване или разпределено соларно отопление. В този случай соларните колектори са разположени на подходящи места (сгради, паркинги и др.) и свързани директно към първичния отоплителен контур в района.

 

Отпадна топлина

Голяма част от енергоинтензивните промишлени предприятия са разположени в непосредствена близост до големи населени места. Протичането на технологичните процеси в различни отрасли на индустрията е съпроводено с отделянето на отпадъчни газове, въздух, пара и други, чиято висока температура позволява те да бъдат използвани като енергоносител в други процеси.

За оползотворяването на тази отпадна топлина в практиката се използват различни методи, като определящи фактори при избора са, от една страна, параметрите на отпадната топлина – температура, количество и химичен състав на носителя, а от друга – изискванията на енергоконсумиращата система.

Съществено подобряване на енергийната ефективност в множество индустриални процеси може да се постигне чрез пълноценното използване на отделяната от тях нископотенциална отпадна топлина. Нейното преобразуване в електроенергия е трудно осъществимо и в крайна сметка неизгодно при използване на традиционното в енергетиката работно тяло – вода, респ. водна пара.

В много случаи по-достъпният и лесен вариант за утилизация на отпадъчната топлина е производството на топлинна енергия и последващото й използване за централно отопление. Този източник на топлинна енергия е много често подценяван и неговото използване не е широко разпространено в системите за централно отопление. Тъй като търсенето на енергия се увеличава, става по-ясно, че ресурсите са ограничени и трябва да бъдат третирани като такива.


Top