Абсорбционные технологии BROAD. Аспекты безопасности

Т.Г. Кузьмина, к.т.н., доцент, А.А. Алейникова, ведущий специалист, ЗАО "Системы тепло и хладоснабжения"

Изобретённые в 1859 г. Фердинандом Карре абсорбционные холодильные машины (АХМ), не нашедшие поначалу широкого применения из-за сложной технологии производства холода, получили развитие во второй половине прошлого века с обострением проблемы экономии энергоресурсов. Сегодня доля АХМ на рынке холодопроизводящего оборудования в Японии и Южной Корее достигает 70%, в Канаде и Китае - 50%, в США и Европе - 30%. В России и Беларуси абсорбционные технологии производства холода начали активно развиваться в последние два-три года. Неудивительно, что доля этого оборудования, например, в Беларуси не превышает 1%.В мировой практике распространение получили бромистолитиевые холодильные машины (АБХМ).Принципиальное отличие АБХМ от традиционных парокомпрессионных холодильных машин (ПКХМ) состоит в том, что для получения холода используется не электрическая, а тепловая энергия.

Лишь за последний год в Россию поставлено 17 машин суммарной холодопроизводительностью 21 МВт АБХМ компании BROAD AIR CONDITIONING (Китай) установлены в Москве, Санкт-Петербурге, Пензе, Тюмени, Сочи, Краснодаре и др. Уже первые годы эксплуатации подтвердили надёжность, безопасность, экономическую эффективность их применения. В июне 2007 года на ОАО "Гродно Химволокно" введены в эксплуатацию две абсорбционные машины BROAD серии BDH 250. Краткие сведения о применяемой в АБХМ технологии производства холода, принципе их действия, а также результаты расчётов экономических показателей внедрения АБХМ и ПКХМ приведены в статье "Перспективы использования абсорбционных холодильных машин" (ЭиМ № 2-2007).

Диапазон мощностей АБХМ по холодопроизводительности - от десятков кВт до десятков МВт. Электропотребление составляет от 0,5 до 1,6 % от номинальной холодопроизводительности. В зависимости от температуры теплоносителя источника, применяется одно- и двухступенчатое охлаждение. В первом случае среднее значение s (холодильный коэффициент - основной параметр, характеризующий эффективность АБХМ, равен отношению холодопроизводительности к расходу теплоты) будет составлять 0,75, во втором - 1,39. Эффект от внедрения абсорбционных технологий имеет как системные, так и локальные аспекты.

СИСТЕМНЫЕ АСПЕКТЫ

Надёжность электроснабжения

Как известно, многие энергетические кризисы, имеющие своим следствием отключение целых районов мегаполисов (Москва, ряд городов Европы и Америки), происходят именно в летний период, когда к обычной электрической нагрузке добавляется нагрузка систем кондиционирования воздуха. О каких мощностях идёт речь?

Для упрощения примем, что расчётная потребность в холоде составляет 80 Вт/м2, а на одного жителя крупного города приходится 10 м2 кондиционируемых площадей (жилой сектор, торгово-развлекательные комплексы, бизнес-центры, промышленные предприятия и т.п.). Введём коэффициент 0,3, учитывающий отсутствие систем кон-диционирования у малообеспеченных слоев населения и неодновременность включения потребителей. Тогда жители района с населением 1 млн. человек в жаркий период потребляют 80И 0*1000000*0,3 = 240 МВт холода, т.е. при холодильном коэффициенте (для ПКХМ), равном 3, подключается дополнительная нагрузка 240/3 = 80 МВт. В отдельных районах города (и именно в часы максимума) она может увеличиваться в разы. Электрические сети не всегда могут обеспечить такую дополнительную нагрузку, вследствие чего и развивается энергетический кризис.

Практически не потребляющие электроэнергию АБХМ позволяют не только значительно разгрузить электросети. Можно с уверенностью утверждать, что они гармонизируют интересы инвесторов, общества и природы. Лишь ввод на ОАО "Гродно Химволокно" двух абсорбционных машин BROAD серии BDH 250 позволил снизить потребляемую мощность на 1,7 МВт.

Экономическая эффективность внедрения АБХМ значительно возрастает при новом строительстве, с учётом затрат на дополнительную электрическую мощность. Защита от глобального потепления и разрушения озонового слоя. Внедрение АБХМ, использующих водный раствор LiBr (не относящийся к категории опасных веществ), - эффективное решение проблемы вывода из обращения экологически вредных хладагентов (фреонов и фреоносодержащих смесей), применяемых в традиционных системах холодоснабжения в качестве рабочего вещества. Это решение кардинальнее, чем предусматриваемая Международными соглашениями постепенная замена "вредных" фреонов менее опасными фреоновыми смесями.

Сырьевая безопасность

Сохранение и рациональное использование природных ресурсов - залог энергетической и сырьевой безопасности государства. При получении холода с использованием традиционных ПКХМ энергия первичного ресурса (газа) проходит целый ряд преобразований: сжигание с получением пара для вращения турбины; преобразование механической энергии в электрическую; передача её к потребителю; преобразование электрической энергии в механическую (работа компрессора); преобразование механической энергии в холод. При этом каждый этап сопровождается существенными потерями.

В указанном варианте лишь 10% энергии природного газа преобразуется в холод.

Прямое преобразование энергии природного газа или другого топлива в холод (BROAD серии BZ) значительно повышает энергетическую эффективность. Наибольший эффект (90% и более) можно получить при использовании "бросовой" или дешёвой теплоты, например, выхлопных газов ко-генерационной установки (серии BE) или пара.

Источником тепловой энергии для внедрённых на ОАО "Гродно Химволокно" двух АБХМ BROAD, вырабатывающих холод для поддержания температурного режима в цехах и в технологическом цикле, служит "бросовая* теплота от когенерационных установок.

Наиболее высокими показателями эффективности обладают абсорбционные чиллеры BROAD: СОР достигает величины 1.39. т.е. из единицы тепловой мощности вырабатывается 1,39 единиц холода.

Таблица 1. Возможные энергетические ресурсы для работы АБХМ BROAD