В этом задании мы подробно рассмотрим системы централизованного теплоснабжения четвертого поколения и изучим основные принципы этих экологичных систем.

Централизованное теплоснабжение обеспечивает людей энергией надежным и экономичным способом начиная со своего скромного появления еще в конце 1800-х гг.

Сегодня централизованное производство нагретой и охлажденной воды является одним из способов преодоления проблем, вызванных стремительной урбанизацией и изменением климата.

Однако централизованное теплоснабжение продолжает развиваться, а постоянные исследования проложили путь так называемому четвертому поколению систем централизованного теплоснабжения — инновационным энергетическим экосистемам с большим потенциалом.

Но что отделяет это новое поколение от нынешнего? Самая важная характеристика четвертого поколения систем централизованного теплоснабжения — низкая температура поступающей воды.

По мере того как здания становятся все более энергоэффективными, становится возможным также значительное снижение температуры воды без ущерба для комфорта потребителя.

Сегодня температура поступающей воды, как правило, составляет 90 °C, но чтобы уменьшить потери тепла, температуру в системах четвертого поколения можно понизить вплоть до 50 °C.

То же самое касается централизованного холодоснабжения, но в этом случае температура потока повышается с приблизительно 6° до 12°. Этот новый подход к температуре воды обладает рядом очевидных преимуществ.

Во-первых, на нагрев и охлаждение воды требуется меньше энергии, что приводит к сокращению затрат и выбросов CO2. Во-вторых, уменьшаются тепловые потери в трубах распределительной сети.

В-третьих, трубопровод будет испытывать намного меньше теплового напряжения, что предотвратит утечки и увеличит срок службы системы. Существует, однако, и еще одно важное преимущество.

Низкая температура поступающей воды в системе централизованного теплоснабжения позволяет центральной электростанции увеличить долю возобновляемых источников энергии и начать использовать низкотемпературные источники, например геотермальную энергию.

Это также повышает эффективность солнечных тепловых коллекторов, ветровой энергии и избыточного тепла от промышленных процессов. Таким образом, электростанции могут прибегать к сочетанию локально доступных источников, чтобы поддерживать экологически устойчивое производство.

Четвертое поколение центральных электростанций будет обладать способностью хранить избыточное тепло в течение длительных периодов времени.

Сезонное хранение в больших подземных ямах с усиленной теплоизоляцией позволит электростанциям, например, собирать солнечную энергию летом и использовать ее для обогрева домов в зимний период.

Такое использование энергии, которая иначе была бы потрачена впустую, является важным аспектом улучшения экологической устойчивости в этом секторе.

Еще одним интересным подходом в системах централизованного теплоснабжения четвертого поколения является концепция производящих потребителей.

Производящий потребитель — это потребитель энергии, который также участвует и в процессе производства энергии, например, путем потребления энергии из сети до того, как энергия вернется в эту же сеть.

Одним из способов сделать потребителя производящим является установка солнечных батарей на зданиях или использование избыточного тепла от мелких пользователей.

Интеграция производящих потребителей повысит общие объемы производства возобновляемой энергии, не увеличивая выбросы COи снижая расходы на энергию со стороны потребителя.

Хотя все эти подходы предоставляют большие возможности для уменьшения глобального энергопотребления, здесь есть и некоторые сложности. Например, сокращение температуры поступающей воды приводит к низкой разности температур.

Низкая разность температур создает риск того, что потребитель, находящийся на дальнем конце сети, получит минимальное дифференциальное давление, только если электростанция повысит давление на стороне подачи.

Однако эту сложность можно преодолеть, применяя принципы динамического централизованного теплоснабжения.

Вместо того чтобы полагаться на один мощный подающий насос на электростанции, при динамическом централизованном теплоснабжении используют несколько насосов, установленных на пути к потребителю. Таким образом, насосы смогут работать на гораздо меньшей скорости, экономя энергию.

С помощью насосов с регулируемой скоростью, обслуживающих небольшие участки сети, система сможет приспособиться к фактической потребности, вместо того чтобы работать на полной скорости.

Работа на полной скорости может спровоцировать понижение давления в сети, тем самым повышая риск возникновения утечек. Подведем итог.

Системы централизованного теплоснабжения четвертого поколения поставляют нагретую воду более низких температур и охлажденную воду более высоких температур в энергоэффективные здания.

Это уменьшает потребление и потери энергии и при этом повышает срок службы системы, обеспечивая гибкость при выборе топлива.

Возобновляемые источники энергии, сезонное хранение, производящие потребители и стратегическое использование насосов с регулируемой скоростью еще раз подтверждают, что четвертое поколение систем централизованного теплоснабжения — это реальное решение для множества серьезных проблем энергопотребления 21-го века.