Использование технологических вод электростанций как основы для создания энергоагропромышленного кластера региона Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ

УДК 658.262

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОД ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ КАК ОСНОВЫ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЭНЕРГОАГРОПРОМЫШЛЕННОГО КЛАСТЕРА РЕГИОНА

© 2012 г. В.В. Денисов, А.М. Васильев, А.В. Денисова

Новочеркасская государственная Novocherkassk State

мелиоративная академия Meliorative Academy

Рассмотрены способы рационального использования кинетической и тепловой энергии технологических вод электростанций с учётом экологических факторов. Предложена конструктивная схема реализации данных способов при условии установки малых гидроэлектростанций. Использование полученной электроэнергии предполагается направить на развитие тепличных хозяйств, расположенных на прилегающих территориях, на производство раствора гипохлорита натрия и других ликвидных субпродуктов. Применение предложенной схемы будет способствовать успешному социально-экономическому развитию региона.

Ключевые слова: электростанция; градирня; энергопотенциал; тепличное хозяйство; гипохлорит натрия; экологическая безопасность; экономическая эффективность.

In article ways of rational use kinetic and thermal energy of technological waters of power stations taking into account ecological factors are considered. The constructive scheme of realization of the given ways under condition of installation of small hydroelectric power stations is offered. It is supposed to direct use of the received electric power on development of the hothouses located in adjoining territories, on solution manufacture sodium hypochlorite and other liquid offals. Application of the offered scheme will promote successful social and economic development of region.

Keywords: power station; water-cooling tower; the electric power; hothouses; sodium hypochlorite; ecological safety; economic efficiency.

Не вызывает сомнений то, что водохозяйственные ресурсы всегда предопределяют развитие отдельных регионов, местоположение промышленных объектов и населенных пунктов, играют важную роль в формировании энергетических, агропромышленных и других кластеров [1]. Данное обстоятельство действительно позволяет пойти по пути устойчивого развития, основанного на использовании энергоэффективных технологий и возобновляемых источников энергии, что даёт весьма существенный природоохранный и экономический эффект.

В настоящее время система охлаждения НчГРЭС использует воду из р. Дон. Вода поступает на электростанцию по подводящему каналу и после конденсаторов нагретая вода по отводному каналу сбрасывается вновь в р. Дон. Тем самым имеет место тепловое загрязнение обширной территории, поскольку температура сбросной воды (около 100 тыс. м3/ч) почти на 10 °С превышает температуру входящей.

В перспективе с вводом в эксплуатацию мощного (330 МВТ) 9-го блока НчГРЭС из-за возрастающей потребности в донской воде предполагается часть энергоблоков перевести на оборотное водоснабжение, для чего потребуется градирня и регулирующий водоём.

В случае реализации указанной схемы образуются два потока подогретой воды: первый поток обусловлен функционированием прежней схемы прямоточного охлаждения (примерно 80 тыс. м3/ч, с напором 6 - 7 м) и второй (примерно 20 тыс. м3/ч, с напором около 20 м), поднятый насосами в верхнюю часть градирни и стекающий вниз по насадке градирни в бассейн [2]. Энергетический потенциал указанных водных потоков весьма значителен: около 1300 кВт первый и не менее 900 кВт второй.

Использовать данный энергопотенциал целесообразно посредством устройства на пути каждого из потоков малой водоворотно-гравитационной ГЭС (МГЭС), разработанной авторами [3]. Достоинствами таких МГЭС будут:

- возможность круглогодичной эксплуатации, так как поступающая на лопатки турбин вода имеет температуру выше точки замерзания;

- дополнительное охлаждение воды в летнее время, что снизит тепловую нагрузку НчГРЭС на окружающую среду;

- использование сбросной воды будет способствовать снижению себестоимости вырабатываемой электроэнергии, так как не надо платить за водопользование;

- экологичность внедрения, заключающуюся в том, что водоворот перемешивает загрязнители, одновременно хорошо аэрируя воду, что способствует интенсивной работе микроорганизмов, очищающих её естественным образом [4].

Примерные технические характеристики конструкции МГЭС-1 и МГЭС-2, при пропуске 80 и 20 тыс. м3/ч, приведены в таблице.

Технические характеристики конструкции МГЭС-2 даны при условии работы насосов системы охлаждения в среднем режиме.

Технические характеристики МГЭС-1 и МГЭС-2

Параметры МГЭС-1 МГЭС-2

Мощность, кВт 1300 900

Напор, м 7 20

Расход, м3/с 22,2 5,55

Номинальное напряжение, В 400 6000

Номинальная частота тока, Гц 50 50

Приведенные в таблице параметры предлагаемых конструкций свидетельствуют об эффективности, целесообразности принимаемых компоновочных решений (рисунок) и подтверждают возможность обеспечения хозяйственно-бытовых нужд создаваемого, например, среднего по площади тепличного хозяйства и пр.

Следует отметить, что для всех режимов работы ГЭС обязательным условием является применение гидроэнергетического оборудования с наивысшим КПД. Мощность гидротурбины Ыт (кВт) определялась по общеизвестной формуле:

N = 9,81 QHÍ п ,

где Q - расход воды, проходящей через турбину, м3/с; Н - напор на турбине, м; п - КПД.

Если принять годовой ресурс работы 7000 ч (с учётом плановых остановок), то первая МГЭС-1 выработает: 1300-7000 = 9 100 000 кВт-ч электроэнергии, а МГЭС-2: 900-7000=6 300 000 кВт-ч.

Электроэнергию, вырабатываемую МГЭС, целесообразно направить на производство продукции с высокой добавленной стоимостью. Таковой, например, является овощная продукция, выращиваемая в теплице и пользующаяся широким спросом в определённое время года.

В качестве вторичной продукции можно рекомендовать водный раствор гипохлорита натрия (ГХН), который, являясь эффективным заменителем экологически опасного жидкого хлора, начал широко использоваться в системах водоснабжения (питьевого и оборотного), а также очистки сточных вод.

Кроме того, ГХН является активным альгицидом -веществом, препятствующим развитию сорной растительности в водоёмах, в частности сине-зелёных водорослей [5]. Подобное произошло несколько лет тому назад в Цимлянском водохранилище, в результате чего г. Волгодонск на неделю остался без питьевой воды надлежащего качества.

потребителям

Использование энергопотенциала сбросных вод НчГРЭС в интересах АПК и водоснабжения Ростовской области

Рассмотрим возможности МГЭС для производства гипохлорита натрия. На практике для выработки 1 кг ГХН требуется 4,5 кВт-ч электроэнергии. При дозе последнего 1 г/м3, 1 кг ГХН достаточно для обработки 1000 м3 оборотной воды, используемой для охлаждения.

Если направить электроэнергию, вырабатываемую МГЭС-2 (сопряжённую с градирней), на выработку гипохлорита натрия, этого дезинфектанта можно получить в течение года:

тгхн= 6 300 000:4,5=1 400 000 кг.

Для обработки оборотной воды, поступающей в градирню при рекомендуемой дозе 1 г/м3, потребуется гипохлорита:

да//гхн= 1 г • 2000 м3/ч • 3672=73440 кг,

где 3672 - время, в течение которого предполагается вести обработку воды; обычно это период с мая по сентябрь, т.е. 153 сут или 3672 ч.

Разницу между вырабатываемым количеством ГХН и расходом его на выработку, составляющую

А тгхн = 1 400 000 - 73440=1 326 560 кг, можно реализовывать в качестве готового к использованию дезинфектанта для близлежащих поселений. Рыночная стоимость 1 кг ГХН составляет около 100 руб. Если реализовывать продукт по цене 80 руб./кг, то выручка от продажи избытка гипохлорита натрия составит около 106 млн руб.

Помимо этого при рациональном использовании указанных энергоресурсов можно обеспечить функционирование на базе теплоэлектростанции, подобной НчГРЭС, огромной теплицы, суммарной площадью до 50 и более гектаров. Тем более, если использовать практически невостребованную «ночную» электроэнергию, то себестоимость выращиваемой продукции, может быть снижена на 25 - 30 %. Вот здесь и появляются благоприятные перспективы для конкуренции с импортируемой продукцией, и может быть обеспечена её физиологическая ценность за счёт свежести.

Поступила в редакцию

Следует отметить, что подобная диверсификация теплоэлектростанции даст существенное повышение устойчивости работы основного оборудования, а значит и безопасности последнего, для ТЭС появляется дополнительный источник доходов в результате реализации овощной продукции, а также избытка выработанного гипохлорита натрия. Кроме того, увеличение энергетической эффективности ТЭС происходит в сочетании со значительным снижением её экологической опасности. Производство гипохлорита натрия с последующим использованием его в водоснабжении Ростовской области внесёт существенный вклад в выполнение ФЦП «Чистая вода».

Теплоэлектростанция станет основой энергоагропромышленного кластера, дальнейшее развитие которого даст импульс для создания подобных кластеров на базе атомных, угольных, газовых и гидроэлектростанций, что, несомненно, будет способствовать успешному выполнению Программы социально-экономического развития Ростовской области.

Литература

1. Электроэнергетика России-2030. Целевое видение / под общей ред. Б.Ф. Вайнзихера. М., 2008. 352 с.

2. РД 34.22.402-94 Типовая инструкция по приемке и эксплуатации башенных градирен. М., 1997. 77 с.

3. Васильев А.М, Денисов В.В., Денисова А.В. Заявка на изобретение №2011154012/ (081236).

4. News.yandex.ru/people/tsotleterer_frants.html [Электронный ресурс]. URL: http://www.membrana.ru (дата обращения: 05.10.2011).

5. Диверсификация базовых предприятий энергетики в целях устойчивого развития АПК региона (на примере Ростовской области): монография /А.М. Васильев, И.А.Денисова, С.А. Манжина, В.В. Денисов; под ред. В.В. Гутенева. Новочеркасск, 2010. 291 с.

11 марта 2012 г.

Денисов Владимир Викторович - д-р техн. наук, профессор, кафедра «Химия и прикладная экология», Новочеркасская государственная мелиоративная академия. Тел. (886352) 2-39-24.

Васильев Алексей Михайлович - канд. техн. наук, доцент, профессор, кафедра «Водоснабжение и водоотве-дение», Новочеркасская государственная мелиоративная академия. Тел. (886352) 2-18-20.

Денисова Анастасия Владимировна - магистрант, Новочеркасская государственная мелиоративная академия. Тел. (886352) 2-39-24.

Vasiliev Alexey Mihailovich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, professor department «Water Supply and Water Diversion», Novocherkassk State Meliorative Academy. Ph. (886352) 2-18-20.

Denisov Vladimir Viktorovich - Doctor of Technical Sciences, professor, department «Chemistry and Environment Science». Ph. (886352) 2-39-24.

Denisova Anastasiya Vladimirovna - undergraduate Novocherkassk State Meliorative Academy. Ph. (886352) 2-39-24.