Доцент кафедры промышленной теплоэнергетики Южно-Уральского государственного университета Константин Осинцев разработал энерготехнологический комплекс на базе солнечных коллекторов, который позволит внедрить элементы возобновляемой энергетики на теплоэлектростанциях.
Разработки по возобновляемой энергии широко распространены в Америке и Европе. Однако большинство из них касаются в основном солнечных и гибридных электростанций. Ученого ЮУрГУ заинтересовал вопрос использования элементов возобновляемой энергетики, а именно солнечных коллекторов, применительно к теплоэлектростанциям, работающим на невозобновляемых топливных ресурсах.
Идея разработки энерготехнологического комплекса на базе солнечных коллекторов сформировалась после изучения опыта внедрения контактных теплообменников с активной насадкой на Челябинском металлургическом комбинате в 1980-х годах. Однако на тот момент испытания были признаны безуспешными, в виду неэффективности разработки.
Похожие решения использовались за рубежом до момента начала активного внедрения элементов нетрадиционной и возобновляемой энергетики в промышленность. Наиболее интересным опытом ученому показалось использование солнечных коллекторов. По запатентованной технологии ЮУрГУ дымовые газы после воздухоподогревателя поступают либо в рекуперативный, либо в контактный теплообменник, совмещенный с нагревательной емкостью солнечного коллектора. Совокупность особенностей конструкции и способа контакта двух сред дает повышение эффективности работы котельного агрегата.
Перед исследователем стояло два основных вопроса – как и куда поставить коллекторы. По его расчетам, солнечный коллектор должен устанавливаться за пределами котельного цеха для более эффективного использования малоинтенсивного солнечного излучения.
Энерготехнический комплекс, разработанный Константином Осинцевым в рамках Проекта 5-100, представляет собой котельный агрегат или энергоблок, предназначенный для выработки энергии в виде пара.
«Выработка тепловой энергии на базе органического топлива сопряжена с потерями, которые мы не можем исключить. Поэтому остается только совершенствовать процессы горения и утилизации дымовых газов. После того, как происходит процесс сгорания топлива, образуются дымовые газы, в том числе и пары воды. Эти пары при конденсации могут дать нам дополнительное повышение КПД всей установки», – поясняет Константин Владимирович.
Затем, нагретая в теплоутилизаторе вода, должна использоваться в тепловом контуре электростанции. В зависимости от мощности котельного агрегата энергоблока можно значительно повысить КПД, что, несомненно, является преимуществом с экономической стороны.
При определенной модификации теплоутилизатора, его можно превратить в контактный теплообменник с активной насадкой, то есть напрямую конденсировать пары воды из продуктов сгорания. При конденсации часть агрессивных газов, таких как оксиды азота или серы, тоже конденсируются и уже охлажденный газ уходит в атмосферу, что предпочтительнее с точки зрения экологии.
У этой разработки существуют аналоги, однако в них солнечные коллекторы ставятся на отдельные дома, но не применяются в большой энергетике, а лишь в ее возобновляемой части. Константин Осинцев первым попытался совместить возобновляемую и невозобновляемую энергетику. Идеи комбинирования возобновляемой и невозобновляемой энергетики частично нашли отражение в статье Scopus, вышедшей в мае 2017 года.
В дальнейшем разработку можно применять не только в теплоэнергетике, но и в жилищно-коммунальном секторе, для котельных небольшой мощности.
В планах ученого – создать лабораторные стенды и опытный образец, а затем попытаться коммерциализировать его.
«Если по результатам изготовления стендов мы поймем, что нужны патенты на дополнительные детали теплоутилизатора, то сделаем их объектами интеллектуального права, а потом будем обращаться к организациям и предлагать им внедрять разработку. Теплоутилизатор унифицирован и его можно применять практически в любом регионе», – говорит Осинцев.
В будущем использование комплексов на базе солнечных коллекторов может частично решить проблемы, связанные с потреблением энергоресурсов, что для Челябинской области является достаточно актуальным вопросом. Внедрение этих установок частично поможет сэкономить и уменьшить зависимость от угля.