Источник тепловой энергии — это устройство, предназначенное для производства тепловой энергии, или комплекс оборудования и устройств, обеспечивающий преобразование природных и искусственных видов энергии в тепловую энергию с требуемыми параметрами для потребителей.
Источник теплоты — основной компонент системы теплоснабжения, которая состоит из трёх частей: источник теплоснабжения, тепловые сети (трубопроводы) и отопительные приборы.
Основные типы источников тепловой энергии
В зависимости от используемого энергоресурса различают следующие основные типы источников тепловой энергии:
1. Котельные агрегаты — устройства с топкой для сжигания органического топлива (газ, мазут, уголь), где продукты горения с высокой температурой передают тепло теплоносителю (воде или водяному пару). Это наиболее распространённый вид источника тепловой энергии в России.
2. Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) — разновидность тепловых электростанций, которые одновременно производят электроэнергию и являются источником тепловой энергии в централизованных системах теплоснабжения (в виде пара и горячей воды). Главное отличие ТЭЦ от обычных конденсационных электростанций состоит в возможности отбора части тепловой энергии пара после его прохождения через турбину. Это значительно повышает эффективность: КПД ТЭЦ составляет 35-43%, в то время как у обычных конденсационных электростанций КПД равен только 30%.
3. Атомные реакторы — устройства, в которых цепная ядерная реакция преобразует ядерную энергию в тепловую через нагрев теплоносителя (воды или гелия).
4. Электродные котлы — устройства, преобразующие электрическую энергию в тепловую путём разогрева нагревателя с высоким электрическим сопротивлением.
5. Гелиоустановки (солнечные коллекторы) — устройства, преобразующие солнечную энергию в тепловую энергию инфракрасного излучения. Энергия Солнца трансформируется в гелиоприёмнике или солнечном коллекторе с последующей передачей тепла рабочему телу (воде или воздуху).
6. Геотермальные установки — устройства, передающие тепло от геотермальных вод (тепла земли) к рабочему телу.
7. Котлы-утилизаторы — устройства, использующие утилизацию избыточного тепла от высокотемпературного технологического оборудования (печей, нагревателей). Это позволяет передать теплоту от отходящих газов другому теплоносителю.
8. Возобновляемые источники — производство тепловой энергии из биомассы, сельскохозяйственных и городских отходов.
9. Тепловые насосы — устройства, преобразующие энергию с низким потенциалом в высокопотенциальную тепловую энергию другого теплоносителя с затратами внешних видов энергии (например, электроэнергии).
Классификация по способу организации
Источники тепловой энергии подразделяются на две основные категории:
Централизованные источники — расположены в одном месте (часто на производственных площадках или городских ТЭЦ) и обеспечивают теплом группу зданий и сооружений через тепловые сети. Они связаны с приборами потребления тепла посредством теплопроводов.
Децентрализованные (местные) источники — находятся вблизи или внутри потребителя. К ним относятся:
Использование децентрализованных источников позволяет снизить затраты на инженерную инфраструктуру зданий.
Классификация по виду теплоносителя
Водяные системы — используют горячую воду (до 150°С) в качестве теплоносителя. Это наиболее распространённый тип, применяемый для отопления жилых и общественных зданий.
Паровые системы — используют пар (давление 1,2-3,9 МПа) в основном для промышленных технологических нужд, а также для обеспечения отопления и вентиляции.
Структура котельной установки
Котельная — это комплекс устройств для преобразования химической энергии органического топлива в тепловую энергию. Она включает:
- Котельный агрегат (паровой или водогрейный котёл)
- Горелочные устройства для подачи топлива
- Воздухоподогреватель
- Водяной экономайзер
- Пароперегреватель
- Дымосос для удаления продуктов сгорания
- Дымовую трубу
- Системы питания, подготовки и хранения топлива
- Вспомогательные насосы и теплообменники
- Приборы контроля и управления
Эффективность источников тепловой энергии
Эффективность источников тепловой энергии зависит от:
- Совершенства технологической схемы преобразования энергии
- Стоимости исходного источника энергии (вид топлива, электроэнергия)
- Требуемых параметров теплоносителя (температура, давление)
Показатели экономичности включают удельную выработку энергии на единицу топлива и эффективность преобразования.
Практическое применение в России
На ближайшую перспективу основное значение в России имеют источники, использующие органическое топливо (природный газ, мазут, уголь), ядерное топливо, а также геотермальную и солнечную энергию. Во всём мире наиболее широко применяются источники тепловой энергии, использующие органические топлива.