ТЕПЛОВЫЕ РЕСУРСЫ ХОЛОДНОЙ ВОДЫ

Многим известен тот факт, что такая мощная река, как Енисей, в самые лютые морозы течет, не замерзая, от плотины Красноярской ГЭС на протяжении 300--350 км, принося региону массу больших и малых невзгод. Уже более 30 лет ученые Красноярска и других регионов изучают этот феномен. Однако, до сих пор не найдено исчерпывающего объяснения. Нас в этом случае интересует лишь один из аспектов этой многогранной проблемы -- тепловой ресурс явления.

Природа подарила человеку колоссальные запасы тепловой энергии, создав теплые водные источники разного уровня температур. Фактически она предоставила нам аккумуляторы тепла, сохраняемого и переносимого водами на различные расстояния. Только чаще всего люди не в состоянии использовать такое тепло, потому что оно "холодное". Действительно, как использовать в отоплении, скажем, 6--8 градусную воду? Нынче это тепло получило устойчивое название -- низкопотенциальное. Чуть меньшие "тепловые реки", но более многообразные имеют техногенное происхождение с температурой воды от 20 до 40 градусов. Они создаются промышленными объектами и к ним относятся стоки предприятий, очистные сооружения, градирни и т.п., тепло которых также не может быть использовано напрямую для теплоснабжения. Но реально ли это в принципе?

Зав.сектором С.Ларченко, дежурный инженер В.Заворуев

Сибирское отделение РАН в лице Института теплофизики СО РАН и его партнеров имеет более чем двадцатилетний научный опыт в области создания и производства теплонасосной техники, способной вовлекать в полезное использование низкопотенциальное тепло естественного и техногенного происхождения. Это осуществляется с помощью тепловых насосов различной мощности. Около двух лет назад по инициативе председателя КНЦ СО РАН В.Шабанова в СКТБ "Наука" был создан сектор тепловых насосов, задачей которого стало применение научно-технических разработок Института теплофизики. Возглавил сектор С.Ларченко, техническое руководство было закреплено за гл. инженером А.Севостьяновым.

Сами по себе тепловые насосы -- изобретение не новое. "Старший брат" теплового насоса -- холодильник -- сегодня работает в каждой семье во всех странах мира. В холодильнике через охлаждение снимается тепло с продуктов питания и выбрасывается в атмосферу через радиатор на задней стенке. В тепловом насосе наоборот: снятая тепловая энергия не выбрасывается в атмосферу, а греет в конденсаторе воду для системы отопления или горячего водоснабжения. Источником (сырьем) для работы теплового насоса может служить любая проточная вода с температурой от 5 до 40 градусов. При этом, естественно, для работы теплового насоса используется внешняя энергия от электропривода или двигателя внутреннего сгорания, но на единицу затраченной энергии получается выход тепла в 2--8 раз больше, чем при прямом его употреблении. Этим достигается также экономия органических и невоспроизводимых природных ресурсов.

Корпус экологии отапливается "холодной водой"

Работа сектора тепловых насосов началась с создания собственной системы отопления в Академгородке для корпуса экологии. Для этого был использован тепловой насос ТН-1000, изготовленный и поставленный ЗАО "Энергия" с теплопроизводительностью 1000 кВт. В качестве источника низкопотенциального тепла был использован контур питьевой воды, поставляемой в дома Академгородка. Здесь с воды температурой в 4--6 градусов снимались 1--2 градуса тепла. Созданный комплекс стал полигоном для исследований, обучения и, что не менее важно, рекламы и демонстрации эффективности системы. За два года работа полигона позволила исследовать и отработать много вопросов, как чисто технических, так и психологических. К сожалению, до сих пор наша научно-техническая общественность часто еще не понимает и не верит в то, что холодной водой можно обогревать помещения даже в суровую зиму.

В этом году Институту теплофизики и ЗАО "Энергия" удалось запустить тепловые насосы на заводе холодильников для утилизации тепла на сварочном участке производства генераторов. Еще один тепловой насос внедрен на электрохимическом заводе г.Зеленогорска. Все специалисты по созданию и обслуживанию новых систем проходили обучение и стажировку на работающем полигоне.

Однако, потребности в использовании тепловых насосов для теплоснабжения и горячего водоснабжения в Красноярском крае неизмеримо больше, чем сделано на сей день. Это и стало основным предметом творческого содружества Института теплофизики и КНЦ. В 1998 году под руководством академика В.Накорякова и член-корреспондента В.Шабанова был разработан бизнес-план по использованию теплонасосной техники в крае. В плане обосновывалась возможность и необходимость создания сети теплонасосных станций с общей мощностью до 500 Гкал/час. Анализу экономической эффективности применения тепловых насосов подвергались следующие основные источники низкопотенциального тепла: тепло вод Енисея, очистные сооружения и промстоки, дымовые газы ТЭЦ и котельных. По всем источникам тепла срок окупаемости капитальных вложений не более 1--2 лет.

Особый интерес в бизнес-плане представляет Дивногорск -- город строителей Красноярской ГЭС. Сейчас он полностью отапливается электрокотельными с суммарной мощностью около 100 Гкал/час. Если для его отопления использовать тепло вод Енисея, незамерзающего круглый год, то экономия может составить около миллиарда рублей в год, высвобождая при этом до 3% мощности Красноярской ГЭС.

Учитывая, что Енисей является практически неограниченным источником низкопотенциального тепла, необходимо использовать его тепло прежде всего для горячего водоснабжения г.Красноярска. Для этого необходимо переводить каждый год на горячее водоснабжение за счет вод Енисея по одному городскому району. Для всей программы горячего водоснабжения г.Красноярска потребуется тепловых насосов на 220--230 Гкал/час. При этом необходимо максимальное использование существующих тепловых сетей.

Не менее значимым фактором использования тепловых насосов является абсолютная экологическая чистота этой технологии. Более того, в случае замены традиционной технологии производства электроэнергии, получаемой в результате сжигания угля или мазута, количество вредных выбросов в атмосферу сокращается на 40-50 т на каждую отпускаемую гигакалорию. При этом образуется существенная экономия расходования невоспроизводимого органического сырья.

Двухлетний опыт делового сотрудничества и работы полигона тепловых насосов в СКТБ "Наука" дал возможность провести анализ и по целому ряду объектов города и края. Особый интерес среди них представляют технические предложения по утилизации тепла, образующегося при хранении отработанных тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) атомных станций, хранилище которых находится под г.Красноярском; также -- по утилизации тепловых сбросов Ачинского глиноземного комбината; предложения по производству для частного сектора и квартир малых климатических установок, спрос на которые может быть чрезвычайно большим.

Все эти работы выполнены под руководством директора НПФ "Электрон" при КНЦ к.ф.м.н. В.Владимирова. Перспективы работы в этом направлении весьма обширны. Согласно прогнозам Мирового энергетического комитета к 2020 году до 75% теплоснабжения (коммунального и производственного) в развитых странах будет осуществляться с помощью тепловых насосов. В мире этот прогноз успешно подтверждается. Сможет ли Россия соответствовать этому уровню -- покажет будущее.

Ю.Машуков, "НВС".

г.Красноярск.