Автономний промисловий енергопарк

Реферат: Винахід належить до галузі енергетики, зокрема до електропостачання промислових комплексів, суміщених з підприємством, що виробляє енергію. Автономний промисловий енергопарк, з енерговузлом, що виробляє електроенергію, виконаним у вигляді вуглеенергетичного підприємства, яке працює за принципом вуглегазифікації, та оснащений засобами газоочистки і очищення стічних вод, а також пило- та сіркоуловлювачами, додатково оснащений вітроустановками з опорами різної висоти, розподіленими по периметру території шлакових відвалів та встановленими у вигляді упорядкованих вітрових полів, в яких вітроустановки розміщені різновисокими рядами, при цьому вони утворюють аеродинамічний екран, що виконує вітрозахисну функцію, уповільнюючи вітрову ерозію відвалів. UA 111853 C2 (12) UA 111853 C2 Технічним результатом винаходу є забезпечення високої рентабельності комплексу, а також підвищення його екологічної ефективності. UA 111853 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Сучасні (як і традиційні) способи утилізації теплотворної здатності вугілля супроводжуються виділенням великою кількістю відходів. Викиди газових і пилових фракцій в атмосферу, утворення великотоннажних зольних відвалів погіршують екологічну ситуацію в регіонах. При цьому первинні полютанти підрозділяються на дифузійні та локалізовані. Гази і пилові суспензії, що належать до першого типу, швидко розподіляються в атмосфері, покриваючи великі площі. А зола і руда локалізовані і виділяють при ерозійному впливі вітряної погоди, опадів і температурних перепадів вторинні полютанти: гази від термічних реакцій, пил та розчини хімічних речовин. Гази та пил розносяться вітром протягом багатьох років від терміну формування відвалів. Специфіка України в цьому відношенні полягає в тому, що в ній накопичено найбільші (в порівнянні з європейськими країнами) маси техногенних твердих відходів. їх переробка потребує багатьох десятиліть. Тому захисні заходи, які запобігають розносу шкідливих речовин по регіону, ще довго будуть актуальними. У розробках останнього часу намічені деякі шляхи вирішення енергетичних, економічних та екологічних аспектів даної проблеми надрокористування. Поступовий перехід на більш чисті технології вуглевидобутку й переробки кардинально змінює зміст екологічних проблем. Стратегія екологічних заходів в новій ситуації включає як основний і перший пункти мінімізацію витрат амортизаційних резервів навколишнього середовища, повітряних і водяних басейнів за рахунок максимального обмеження розносу матеріальніх викидів. Зменшення техногенного тиску дає можливість проводити заходи щодо активної та швидкої компенсації шкоди, завданої природі, паралельно роботі підприємств. Тобто, зміни екологічної обстановки в зоні дії промислових комплексів переводяться в розряд зворотних. Так, відомі концептуальні моделі утилізації відходів вуглепереробних та енергогенеруючих підприємств (Екологічні та економічні аспекти використання вуглевмістких відходів при виробництві будівельних матеріалів / Рязанов А.Н., Винниченко В.І., Вісник НТУ "ХПІ". - 2012. №63 (96.9). (Серія: Хімія, хімічна технологія та екологія). – С. 145-152). У роботі обговорюються питання екологічної безпеки в регіонах дислокації вугледобувних та вуглепереробних підприємств. Основним технологічним прийомом, що зменшує екологічне навантаження на середовище регіону визначений спосіб місцевої переробки твердих відходів в будівельні матеріали. Конкретна застосовувана технологія конвертації залежить від типу відходів. До недоліків описаної технології можна віднести недостатньо ефективний захист від надлишкових об'ємів відходів, які не встигають утилізувати, внаслідок чого вони накопичуються. Найбільш близьким до технічного рішення, що заявляється, узятим як прототип для винаходу є вуглеенергетичне підприємство, яке описане в роботах 1. Майбутнє теплових електростанцій на вугільному паливі, [демонстраційний проект "Вебеш Рівер »(Wabash River Project), США] С.2 - Режим доступу до статті http: // neftegaz / ru / science / view / 690 і 2. Воробйов Б.М. Вугілля світу / Під загальною редакцією Л.А. Пучкова. - М.: Видавництво "Гірська книга", Видавництво Московського державного гірничого університету, 2007. - Т.1: Глобальний аспект. - С.258-261. Описане підприємство являє собою енергопарк, що включає вугільну шахту або кар'єр, кисневий завод і вуглеенергетичне підприємство, яке працює за найбільш рентабельним принципом газифікації вугілля, конвертуючи енергію його спалювання в електроенергію. Підприємство виробляє електроенергію, виділяючи при функціонуванні такі небезпечні викиди як забруднені стічні води, паливний газ, дим складного набору хімічних речовин, сірку, а також велику кількість шлаку. До недоліків прототипу слід віднести відсутність в структурі вуглеенергетичного підприємства таких засобів для екологічного захисту, що запобігають вітровій ерозії твердих відходів і розносу їх по території регіону. Поставлена задача вирішується тим, що автономний промисловий енергопарк з енерговузлом у вигляді вуглеенергетичного підприємства додатково оснащений вітроустановками з опорами різної висоти, розподіленими по периметру території шлакових відвалів та встановленими у вигляді упорядкованих вітрових полів, в яких вітроустановки розміщені різновисокими рядами так, що утворюють аеродинамічний екран, який зменшує інтенсивність розносу пилових фракцій шлаку, істотно уповільнюючи вітрову ерозію відвалів і виконуючи вітрозахисну функцію. Розкриємо суть технічного рішення, що патентується, та проведемо аналіз характерних відмінних ознак. До недоліків вуглеенергетичного підприємства слід віднести утворення побічного продукту зольного шлаку, що потребує зберігання або використання (утилізації). Це знижує ефективність 1 UA 111853 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 сумісного вирішення енергетичних і екологічних проблем на вуглеенергетичному підприємствіпрототипі. Наприклад, якщо для прототипу використовувати середньозольні (10-20 % шлаку), сірчасті (1-6 % сірки) вугілля Донецького басейну України [див. дані в книзі: Голіцин М.В. Світ сонячного каменю: Сьогодні і завтра викопного вугілля / М.В.Голіцин, А.М.Голіцин. - М.: Життя і думка, 2010. -224 с], то на кожну тонну переробленого вугілля припадатиме 100-200 кг вугільного шлаку (золи). Таким чином, найбільшу масу відходів, що утворюються при роботі підприємства складають тверді відходи. Вивіз вугільного шлаку (золи) у відвали не є раціональним рішенням, оскільки буде прискорювати екологічно шкідливий процес накопичення твердих відходів з інтенсивним забрудненням навколишнього середовища пилом. В даний час для активно експлуатованих вугільних басейнів, рудних родовищ і об'єктів інфраструктури гірничої промисловості характерна проблема наявності великих відвалів невикористовуваних в господарстві відходів, які катастрофічно погіршують екологічну обстановку. Надзвичайно забруднені території Донбасу. Відчуджені території складають 2 2 величезну площу (до 150 км , і в одній Донецькій області України до 50 км ) і являють собою дуже нерівну місцевість (переважно горбисту) з кутом укосу до 40°. Такі території, в основному, кинуті в розрахунку на процеси самоочищення, тривалість яких може обчислюватися століттями. Існують активні і пасивні екологічні заходи, спрямовані на зниження небезпеки відкритого зберігання твердих відходів. Пасивні полягають в стабілізації летючих фракцій шляхом зволоження, ущільнення та засипання глиною або ґрунтом матеріалу відвалів. Активні полягають в утилізації відходів. Найбільш повним чином відходи використовуються в будівельних галузях. Однак, оскільки швидкість використання значно нижче швидкості їх виробництва, відвали прогресивно зростають. Крім того, оскільки навіть вуглепідприємства, що працюють за новими технологіями найчастіше розташовуються поблизу від старих, то в радіус їх відповідальності потрапляють і раніше накопичені великотоннажні відвали, що складаються з відходів вуглевидобутку (порода) і різноманітних золошлакових відходів від переробки вугілля, зокрема - від енерговиробництва. Вони є основними джерелами виходу пилових фракцій, що підтримують постійну вітрову дифузію шкідливих речовин по регіону. Таким чином, проблема тимчасової пасивації відходів як і раніше залишається актуальною. Більш того, надійні старі способи локалізації відвалів в світлі прогресуючих способів переробки відходів стають все більш нерентабельними. Сумарні витрати на ущільнення, покриття ґрунтом або глинами збільшуються, оскільки майбутня їх переробка вимагатиме серйозних витрат на вторинне розкриття. В автономному промисловому енергопарку, що патентується, по периметру шлакових відвалів встановлені вітроустановки, які розподілені у вигляді впорядкованих полів, і виконують крім вироблення електроенергії вітрозахисну функцію, сповільнюючи ерозію відвалів та зменшуючи швидкість розносу пилових фракцій по регіону. При посиленні вітрових потоків, які обдувають фронтальні виступи шлакових відвалів, вітроколеса різновисоких вітроустановок збільшують швидкість обертання, поглинаючи близько половини енергії вітрового напору. Крім того, вони турбулізують відпрацьовані струмені, створюючи аеродинамічні тіньові зони, що покривають поверхню відвалів. Якщо зменшення швидкості понижує енергетичний потенціал вітрового потоку, то турбулізація, тобто перехід від переважно струминного режиму течії до дрібновихорового, зменшує здатність потоку захоплювати пилові фракції та утворювати градієнтні висхідні течії. Наслідком турбулізації є виникнення вихорових утворень, які замкнені самі на себе, та рухаються з малим тертям як поміж собою, так и з наземними перешкодами. Потік такої структури вже не в змозі підхоплюваті пилові фракції відвалів своєю енергією і, окрім того, не створює умов для формування смерчів, які легко виникають в степових регіонах над дрібнопагорбовим рельєфом місцевості. Це призводить до зменшення, і навіть до повного припинення процесів рознесення пилових фракцій по околицях і уповільнення ерозії відвалів. Аеродинамічна тінь захищає насамперед найбільш вразливі ділянки відвалів. На похилих незахищених площинах струмені приземних вітрових течій різко змінюють напрямок, прискорюючись і передаючи поверхні відвалу руйнівну енергію. Різновисокі ж ряди вітроустановок екранують відвали, чим і зменшують інтенсивність ерозії. Крім того, турбулізовані потоки розповсюджуються на великі відстані від вітроустановок, покриваючи відвали великої площі. Оскільки вітроустановки розміщені по всьому периметру відвалу, то екранується вітер будьякого напрямку. Запропонована структура повітряного екранування відвалів має високу рентабельність. Поперше, затулені від вітрових поривів, відвали зберігають первинні фізичні характеристики, що 2 UA 111853 C2 5 10 15 виключає витрати на подальшу роботу доступу до шлаку при вторинній переробці. По-друге, сам екран виникає як аеродинамічний ефект від штатного режиму роботи ВЕУ, розміщених у вигляді повітряного бар'єру, в якому послідовність розміщення вітроколіс підпорядковується принципу установки вітроколіс рядами на різній висоті від поверхні відвалу. Вітроенергоустановки, які розподілені по краях території відвалів вугільного шлаку, мають різну висоту опор (мачт). Це дозволяє їм максимально виконувати вітрозахисні функції. Загальновідомо, що опори серійних типів ВЕУ можуть мати висоту від 9 до 25 метрів (дивись сайт Winder: Реалізовані проекти: http://winder.ua/ru/realizovannye-proekty.html і Winder: Вітряки інших виробників: http://winder.ua/ru/vetryaki-drugikh-proizvoditelej.html) так і досягати 50 метрів і більше (дивись Вітрогенератор. Вікипедія: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B3%D0%B5%D%B D%D0%B5 %D1%80%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80). Електроенергія, що виробляється екрануючими вітроустановками може використовуватися для енергопостачання пристроїв, що очищають інші типи викидів, пов'язаних з функціонуванням енергопарку (систем газоочистки, пило-та сіркоуловлювачів, систем очищення стічних вод та ін.), а також для рекультивації звільнених від шлаку ґрунтів. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 Автономний промисловий енергопарк, з енерговузлом, що виробляє електроенергію, виконаним у вигляді вуглеенергетичного підприємства, яке працює за принципом вуглегазифікації, та оснащений засобами газоочистки і очищення стічних вод, а також пило- та сіркоуловлювачами, який відрізняється тим, що він додатково оснащений вітроустановками з опорами різної висоти, розподіленими по периметру території шлакових відвалів та встановленими у вигляді упорядкованих вітрових полів, в яких вітроустановки розміщені різновисокими рядами, при цьому вони утворюють аеродинамічний екран, що здатний виконувати вітрозахисну функцію, уповільнюючи вітрову ерозію відвалів. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3