CC BY
315
УДК 621.577
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕПЛОНАСОСНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ТЕПЛОФИКАЦИОННОМ КОМПЛЕКСЕ ГОРОДА ГОМЕЛЯ
А. В. ОВСЯННИК, И. И. МАЦКО
Учреждение образования «Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого»,
Республика Беларусь
О. Л. РЫХТЕР, С. О. БОБОВИЧ
РУП «Гомельэнерго», Республика Беларусь
Введение
Наибольшее применение теплонасосные установки находят в жилищнокоммунальном секторе преимущественно для отопления и горячего водоснабжения с использованием природных низкопотенциальных источников тепла и «сбросного» тепла промышленности и коммунально-бытового сектора. Здесь можно выделить следующие направления:
- использование теплонасосных установок в рамках существующих систем централизованного теплоснабжения;
- автономное теплоснабжение от теплонасосных установок.
В городах Республики Беларусь распространены системы централизованного теплоснабжения. Несомненно, одновременная выработка тепловой и электрической энергии на ТЭЦ имеет бесспорные преимущества с точки зрения использования топлива. Многолетнее развитие этого направления позволило достичь довольно высокой эффективности, приобрести большой опыт в эксплуатации систем централизованного теплоснабжения. И хотя эти системы имеют ряд технологических и экологических недостатков, они реально существуют и подлежат совершенствованию.
При совершенствовании систем централизованного теплоснабжения в Республике Беларусь необходимо учитывать их особенности. В основном это огромные выбросы низкопотенциальной теплоты, прежде всего - системой охлаждения технической воды на ТЭЦ (увеличивающиеся в период снижения тепловой нагрузки в неотопительный период); большие затраты теплоты на нагрев подпиточной воды (изношенность теплосетей).
Повышение интереса к освоению теплонасосной технологии обусловлено возрастающим напряжением в топливообеспечении, но главным образом из-за непрерывного удорожания первичных энергоресурсов, и как следствие этого - роста цен на энергоносители.
Со временем теплонасосная технология неизбежно будет востребована по целому ряду причин. Рассмотрим их более подробно с позиции целесообразности и эффективности внедрения теплонасосной установки (ТНУ) в систему централизованного теплоснабжения г. Гомеля. Вначале отметим, что в настоящее время только на Г омельской ТЭЦ-2 теплофикационного комплекса города системой охлаждения технической воды сбрасывается в окружающую среду не менее 550 тыс. Гкал тепла в год, что эквивалентно 90 тыс. т у. т. непроизводительного расхода топлива. Естественно, что в разных регионах Республики Беларусь существуют различия в объемах сброса низкопотенциальной теплоты, но это только указывает на необходимость регионального подхода в изучении возможностей применения теплонасосной технологии, конечно же, с учетом особенностей системы централизованного теплоснабжения в каждом регионе.
Однако надо признать, что такое положение является неизбежным при существующей классической системе теплоснабжения (в связи с отсутствием до последнего времени эффективных технологий утилизации низкопотенциальной теплоты). Освоение теплонасосной технологии позволяет изменить сложившееся представление о невозможности полезно вовлекать в топливно-энергетический баланс бросовую теплоту.
Общие положения
Для ТЭЦ полезное вовлечение низкопотенциальной теплоты достигается следующими способами:
- прямым использованием охлаждающей технической воды ТЭЦ в качестве источника низкопотенциальной теплоты для теплового насоса (в обход градирни);
- использованием в качестве источника низкопотенциальной теплоты для теплового насоса обратной сетевой воды, возвращаемой на ТЭЦ.
Первый способ реализуется, когда ТНУ размещена вблизи ТЭЦ [1], второй - когда она установлена вблизи потребителей теплоты. В обоих случаях температурный уровень источника низкопотенциальной теплоты достаточно высок, что создает предпосылки для работы ТНУ с высоким коэффициентом преобразования.
Электрический КПД по производству электроэнергии на ТЭЦ определяется из выражения [2]:
N N
Лс = = —, (1)
с Оо - Qт Ос
• где Nс - электрическая мощность установки, Вт; Ос - количество тепла, затраченное в единицу времени на выработку этой мощности, Вт; Оо - количество тепла, подведенного с паром к турбоагрегату в единицу времени, Вт; От - количество тепла, отводимое тепловому потребителю в единицу времени с учетом тепловых потерь, Вт.
Анализ зависимости (1) показывает, что повышение лс возможно путем увеличения либо Nс (уменьшаем расход пара на отборы, тем самым уменьшаем коэффициент недовыработки электрической энергии отборным паром), либо От (уменьшаем потери тепла конденсации отработавшего пара в конденсаторе турбины). Существующие схемы подогрева сетевой воды на ТЭЦ не позволяют повысить лс , так как:
- увеличение От вызывает повышение Nс ;
- сезонное сокращение тепловой нагрузки (неотопительный период) существенно снижает термический КПД цикла, увеличивая потери тепла в конденсаторе.
Для увеличения электрического КПД ТЭЦ с учетом сезонного изменения тепловой нагрузки в теплофикационной системе теплоснабжения предлагается использовать ТНУ в качестве сетевого подогревателя нижней ступени (рис. 1).
е
¿г
4
'
Рис. 1. Схема использования ТНУ в качестве подогревателя нижней ступени на ТЭЦ:
1 - конденсатор; 2 - компрессор; 3 - испаритель; 4 - дроссель; 5 - турбина;
6 - сетевой подогреватель; 7 - пиковый водогрейный котел;
8 - потребитель; 9 - сетевой насос
Отработавший в турбине водяной пар поступает в испаритель, где тепло конденсации пара воспринимается рабочим телом теплового насоса. В конденсаторе тепло передается нагреваемой сетевой воде.
Рассмотрим условия рационального использования ТНУ в схеме подогрева сетевой воды. В тепловом насосе к рабочему телу подводится низкопотенциальное тепло, которое с затратой необходимой работы преобразуется в тепло более высокой температуры. Источником низкопотенциального тепла является отработавший в турбине пар, тепло конденсации которого не выбрасывается в окружающую среду как в обычной схеме, а используется для подогрева сетевой воды.
Основной величиной, характеризующей энергетическую эффективность ТНУ, является коэффициент преобразования д, определяемый из соотношения [3]:
Q Qo + N Тк
м = — = —---------= з
N
N
Т - Т
1К 1И
(2)
• где Тк - температура конденсации паров рабочего тела теплового насоса в конденсаторе, К; ТИ - температура кипения паров рабочего тела теплового насоса в испарителе, К; л - коэффициент, учитывающий степень совершенства термодинамического цикла теплового насоса; Q - теплопроизводительность теплового насоса, Вт; N - потребляемая тепловым насосом энергия, Вт; QO - тепловая мощность испарителя, Вт.
Для парокомпрессионных тепловых насосов можно принять л = 0,7. Значение Тк должно быть выше не менее чем на 5 °С температуры нагреваемого теплоносителя, а ТИ -на 5 °С ниже температуры конденсируемого в испарителе пара [4].
Сопоставим коэффициент преобразования ТНУ д с удельным расходом тепла по всей станции чс . Значение чс определяется по формуле [2]:
Чс =
Ос
N
1
(3)
з
с
Между зависимостями (2) и (3) существует определенная не только аналитическая, но и энергетическая связь, которую можно представить в виде уравнения
м
N = N—. (4)
Чс
Таким образом, использование ТНУ в качестве сетевого подогревателя энергетически целесообразно при условии, если коэффициент преобразования будет больше, чем удельный расход тепла по станции ( д > чс ).
КПД Гомельской ТЭЦ-2 лс = 0,55, удельный расход тепла по станции - чс = 1,82. При ТИ = 298 К, Тк = 378 К, л = 0,7 коэффициент преобразования д в соответствии с уравнением (2) равен 3,3. Тогда, затратив, например, 1 кВт электрической энергии, получим 3,3 кВт тепловой, которые позволяют получить 1,8 кВт электрической энергии.
Использование ТНУ целесообразно и с экологической точки зрения, так как снижается уровень теплового загрязнения окружающей среды вследствие уменьшения количества тепла, теряемого в конденсаторе.
Важным направлением утилизации низкопотенциальной теплоты с помощью ТНУ является подогрев сырой и химочищенной воды, поступающей на восполнение потерь сетевой воды. На Гомельской ТЭЦ-2 сырая вода подогревается до +35 °С прямой сетевой водой и подается в химцех. Далее химочищенная вода нагревается до 65 °С. В качестве источника низкопотенциального тепла используется циркуляционная вода, поступающая на градирни. Применение ТНУ на первой стадии подогрева сырой воды обеспечивает коэффициент преобразования на уровне 7-9 (значение коэффициента преобразования д напрямую зависит от сезона года), а на второй стадии - на уровне 4-5.
Исследования систем дальнего транспортирования тепловой энергии показали, что традиционный способ с использованием горячей (перегретой) воды еще не исчерпал своих возможностей. В условиях роста цен на энергоносители возрастает актуальность повышения эффективности действующих систем централизованного теплоснабжения, что возможно путем снижения удельных расходов сетевой воды на единицу присоединенной нагрузки. Существуют два метода достижения этой цели:
- за счет повышения расчетной температуры в подающих трубопроводах до экономически оправданного уровня;
- за счет снижения температуры обратной сетевой воды [5], [6].
Второй метод может быть реализован либо путем последовательного включения теплосберегающих установок, использующих тепло различного потенциала, либо путем применения ТНУ.
Для обеспечения заданного режима отопления зданий при использовании теплого насоса количество циркулирующей сетевой воды остается постоянным, но прямая сетевая вода на ТЭЦ должна нагреваться до меньшей температуры, так как она с помощью теплового насоса дополнительно подогревается до заданной температуры непосредственно перед потребителем за счет теплоты, отбираемой от обратной сетевой воды, температура которой снизится по этой причине. В этом случае количество теплоты, доставляемой в систему отопления, такое же, как при обычной системе отопления. Это позволяет использовать на ТЭЦ для нагрева сетевой воды низкопотенциальный пар, что увеличит выработку электроэнергии на тепловом потреблении.
Рассмотрим условия рационального использования ТНУ в теплопотребляющих системах теплофикационного комплекса города. На рис. 2 приведена схема зависимого присоединения теплопотребляющей системы к тепловой сети с установкой смесительного насоса и ТНУ на перемычке для подмешивания охлажденной воды. В компрессоре при подводе извне механической энергии давление рабочего вещества повышается до уровня, позволяющего отдать теплоту конденсации нагреваемой сетевой воде, используя отводимую от охлаждаемой обратной сетевой воды теплоту в испарителе. Смесительный насос используется вместо элеватора. Для поддержания заданных значений параметров
теплоносителя, поступающего в систему отопления, установлены регуляторы температуры и расхода.
ТІ Т2
Рис. 2. Схема использования ТНУ в теплопотребляющих системах теплофикационного комплекса города: 1 - конденсатор; 2 - компрессор; 3 - испаритель; 4 - дроссель;
5 - смесительный насос; 6 - потребитель; 7 - регулятор температуры;
8 - регулятор расхода
Уравнения теплового баланса, определяющие совместную работу конденсатора и испарителя теплового насоса с системой отопления, имеют вид:
Q — Ос • с(іі — іг ) - Оп • с(іг — іі );
О і —1
и — П _ Ч *Г
Ос
ІГ - і2
(5)
(6)
• где Q - теплопроизводительность ТНУ; Ос и ОП - расходы сетевой воды из тепловой сети и подмешиваемой охлажденной воды; и - коэффициент смешения; с -теплоемкость воды; і1, і2 и іГ - температура воды, подаваемой, соответственно из тепловой сети, из теплового насоса на смешение и горячей воды в систему отопления.
Мощность испарителя QO и конденсатора Q теплового насоса определяются из уравнений:
м
Q — Qo ^
м -1
QO — О0 • с(іо — І3 ),
(7)
(8)
• где і3 и і0 - температура воды, поступающей соответственно в обратную
магистраль тепловой сети из теплового насоса и из обратной магистрали в конденсатор теплового насоса.
Решая совместно уравнения (5)-(8), получаем:
м — 1
Ліо — и--------Ліп, (9)
м
• где Лі0 — і0 — і3 - снижение температуры обратной воды в испарителе теплового насоса; Ліп — і2 — іО - повышение температуры обратной сетевой воды в конденсаторе теплового насоса.
В соответствии с уравнением (9) техническая работоспособность ТНУ обеспечивается при условии
ТК — ТИ > ДґП + ДґО +10.
(10)
Применение ТНУ в теплопотребляющих системах экономически оправдано, если расход сетевой воды на отопление сокращается в 1,2—1,4 раза [7]. Оценить снижение расхода воды можно по зависимости
Gc
Gc
(11)
На рис. 3 приведены графики изменения температуры прямой и обратной сетевой воды в системе теплоснабжения с ТНУ. Как видно, схема позволяет получить дополнительное количество теплоты для нужд отопления, отбирая его с помощью теплового насоса от обратной сетевой воды, понижая ее температуру, т. е. в этом случае от сетевой воды отбирается больше теплоты на отопление.
Т1
Т2
Рис. 3. Схема системы теплоснабжения с ТНУ и графики изменения температуры прямой и обратной сетевой воды: 1 - конденсатор; 2 - компрессор; 3 - испаритель;
4 - дроссель; 5 - элеватор; 6 - потребитель
Возможен режим работы системы отопления с тепловым насосом, когда температура нагрева на ТЭЦ прямой сетевой воды остается такой же, как и в обычной системе отопления, но за счет захолаживания обратной сетевой воды количество циркулирующей воды снижается. Это может дать экономию электроэнергии, превышающую ее затраты на работу компрессора ТНУ.
Обратная сетевая вода возвращается на ТЭЦ, пройдя через испаритель ТНУ, охлажденной (температура охлажденной обратной сетевой воды обосновывается с учетом особенностей системы централизованного теплоснабжения). При существенной доле охлажденной обратной сетевой воды ее целесообразно направлять в конденсатор паровой турбины (в основной или дополнительный встроенный теплообменный пучок). В этом случае конденсатор выполняет функции дополнительного подогревателя обратной сетевой воды, и в нем происходит утилизация низкопотенциальной теплоты ТЭЦ. При охлаждении обратной сетевой воды в испарителе до 10 °С ее первоначальный нагрев можно осуществлять циркуляционной водой, направляемой мимо градирен. В этом случае, имеющиеся на ТЭЦ сбросы тепла в атмосферу можно использовать для получения сверхбалансовой нагрузки, непосредственно забирая тепло из обратной сетевой воды у удаленного потребителя (по цене сбросного тепла). При поддержании же существующей
нагрузки теплофикационный комплекс будет функционировать в еще лучших условиях. Это связано с тем, что установка ТНУ у потребителя позволит сократить температуру прямой сетевой воды в магистрали от ТЭЦ до ТНУ на величину дополнительного охлаждения обратной сетевой воды. В связи с этим нагрузка на второй сетевой подогреватель сократится, что позволит использовать пар для получения дополнительной электроэнергии. Кроме того, значительно сократятся потери тепла в магистральных трубопроводах между ТЭЦ и ТНУ. Принципиальная схема подобного решения представлена на рис. 4.
Рис. 4. Схема использования ТНУ для захолаживания обратной сетевой воды:
1 - конденсатор; 2 - компрессор; 3 - испаритель; 4 - дроссель; 5 - потребитель;
6 - турбина; 7 - дополнительный сетевой подогреватель; 8 - существующий сетевой подогреватель первой ступени; 9 - существующий сетевой подогреватель второй ступени; 10 - конденсатор; 11 - энергетический котел; 12 - сетевой насос
Таким образом, использование схем теплоснабжения с применением ТНУ и охлаждением обратной сетевой воды обеспечивает:
- прирост электрической мощности (на 6-10 % установленной мощности)
теплофикационной турбины без затрат дополнительного топлива;
- прирост тепловой мощности на величину утилизируемой теплоты, ранее выбрасывавшейся в систему охлаждения технической воды;
- снижение тепловых потерь при транспортировке сетевой воды в магистральных трубопроводах;
- увеличение отопительной нагрузки (на 15-20 %) при том же расходе первичной сетевой воды и снижение дефицита сетевой воды на центральных тепловых пунктах в удаленных от ТЭЦ микрорайонах;
- появление резервного источника для покрытия пиковых тепловых нагрузок.
В структуре вторичных энергетических ресурсов предприятий от 30 до 60 % занимают низкопотенциальные тепловые ВЭР, использование которых для теплоснабжения возможно только при применении тепловых насосов. В Гомеле для 23 объектов жилищнокоммунального хозяйства, промышленности и энергетики обоснована целесообразность применения тепловых насосов общей теплопроизводительностью 10,26 МВт [8]. В том числе на 10 промышленных предприятиях теплопроизводительностью 6,6 МВт, на 9 объектах ЖКХ теплопроизводительностью 2,7 МВт и на 4 объектах энергетики теплопроизводительностью 0,96 МВт. Перечень объектов, на которых имеется техническая возможность установки тепловых насосов, приведен в таблице.
По оценке [8] применение тепловых насосов обеспечит ежегодную экономию топлива в размере около 2,5 тыс. т у. т., повысит надежность и качество теплоснабжения. Для
4
реализации данных предложений требуется около 2,3 млн $ капвложений. При этом по сравнению с альтернативными вариантами эти капитальные вложения будут окупаться в экономически приемлемые сроки от 2,5 до 6 лет.
Вовлечение низкопотенциальных источников тепла рассматриваемых объектов может осуществляться более эффективно, чем это представлено в таблице. Например, вовлечение утилизируемой теплоты сточных вод канализационно-насосных станций в систему централизованного теплоснабжения. В этом случае ТНУ можно использовать для подогрева исходной водопроводной воды, идущей на подпитку тепловых сетей через районные котельные. Данный вариант удобно реализовывать при незначительном удалении КНС от котельных.
Объекты применения теплонасосных установок в городе Гомеле
Наименование объекта Вид потока НПТ Мощность потока НТП, МВт Замещаемый источник теплоснабжения А т с о н ■й л ет т £ ^ 8Е п о л п е н Единовременные капвложения, тыс. $ Ежегодные эксплуатационные расходы, тыс. $ Ежегодная экономия первичного топлива, т у. т. Срок окупаемости ТНУ, лет
РУП «Г омельский литейный завод «Центролит» Оборотная вода 1,0 Система ЦТ 0,2 110 29 180 4,0
ОАО «Гомель-кабель» Вытяжной воздух 0,9 -//- 0,5 180 28 60 5,0
ОАО «Гомельский химический завод» Оборотная вода 1,5 -//- 2,0 160 180 720 2,3
Продолжение
Наименование объекта Вид потока НПТ Мощность потока НТП, МВт Замещаемый источник теплоснабжения Теплопроизводительность ТНУ, МВт Единовременные капвложения, тыс. $ Ежегодные эксплуатационные расходы, тыс. $ Ежегодная экономия первичного топлива, т у. т. Срок окупаемости ТНУ, лет
ОАО «Гомельский мясокомбинат» -//- 3,5 -//- 1,0 200 75 370 4,5
ОАО «Молочные продукты» -//- 0,5 Собственн ая котельная 2,0 180 200 680 3,1
ОАО «Гомельский подшипниковый завод» -//- 0,25 -//- 0,1 25 3,8 35 4,1
СП ОАО «Спартак» -//- 0,7 Система 0,5 130 24,5 160 3,0
Источник южнее мкр. 52 П/ст 330 кВ «Г омсе льмаш» Объекты энергетики Учебный центр МЧС Наименование объекта
Подрус ловая вода Трансф орматор ное масло т Вид потока НПТ
Более 5 О т Мощность потока НТП, МВт
В структур е Система ЦТ Собствен- ная котельная Замещаемый источник теплоснабжения
о ъ. 0,06 О Т епл оироизвод ител ьность ТНУ, МВт
00 О '^1 '^1 -р^ о Единовременные капвложения, тыс. $
'^1 '^1 К) '^1 о Ежегодные эксплуатационные расходы, тыс. $
ю о Ю ил ы о Ежегодная экономия первичного топлива, т у. т.
Ъ. і3"' О и) о Срок окупаемости ТНУ, лет
Окончание
Гребная база «Водник» КНС-42 0 1 00 КНС-22 Водозабор «Сож» Юго-западный водозабор Кореневский водозабор Сооружения биологической очистки сточных вод РУП «Гомельский завод «Электроаппаратур а» РУП «Гомельский завод «Гидропривод» РНПУП «Ратон»
Подрус- ловая вода т т Сточные воды т т Водопро вод Очищенн ые сточные воды т т т
Боле е 5 т т Боле е 8 Боле е 12 т Боле еЗ Боле е 30 о “о о
Система ЦТ Система ЦТ Электроко тлы Электроко тлы Система ЦТ т Котельная КПУП «Г омельоб л- теплосеть» Собственн ая котельная т т т ЦТ
0,5 0,03 0,07 0,03 О "о о 0,07 О 0,05 о 0,15
160 12,5 25 18,5 190 25 20,5 250 ы 25 29
29 Ъе 3,5 2,0 30 2,3 Ъ. 45 3,3
85 ил 30 '^1 206 25 ЧО 240 24 40 45
3,5 2,5 3,5 3,0 4,0 5,0 3,8 3,0 4,9 Ъл
проекти руемого источни ка
Источник в мкр. 59 -//- -//- -//- 0,2 110 20,6 95 4,2
Источник восточнее н. п. Чапаево -//- -//- -//- 0,2 110 22,1 85 5,0
На рис. 5 приведена принципиальная схема подобной установки. Неочищенные сточные воды из приемного резервуара КНС подаются фекальными насосами через трубопроводы напорной канализации в теплообменник-утилизатор, где отдают теплоту промежуточному теплоносителю (воде). При этом они охлаждаются, а затем возвращаются в резервуар. Промежуточный теплоноситель от тепловых насосов подается в теплообменник-утилизатор циркуляционными насосами и, нагревшись, возвращается. Из цеха водоподготовки котельной, из водовода подачи водопроводной воды в тепловую сеть подается подпиточная вода. Температура воды в течение года колеблется. Для поддержания постоянного режима работы ТНУ вода подается к трехходовому регулирующему клапану прямого действия, соединяющему подающий трубопровод с байпасом подачи нагретой воды после ТНУ. Трехходовой клапан автоматически поддерживает за собой постоянную температуру. Далее циркуляционным насосом вода подается в конденсаторы тепловых насосов, где нагревается хладоном и возвращается в цех водоподготовки, в тот же водовод подачи воды из водопровода, что позволяет исключить влияние работы подпиточных насосов цеха водоподготовки на режим работы ТНУ. Изменение расхода осуществляется автоматически в зависимости от температуры воды в водопроводе за счет работы трехходового клапана.
Рис. 5. Схема ТНУ, утилизирующей низкопотенциальное тепло сточных вод:
1 - конденсатор; 2 - компрессор; 3 - испаритель; 4 - дроссель;
5 - трехходовой регулирующий клапан; 6 - циркуляционный насос;
7 - циркуляционный насос; 8 - теплообменник-утилизатор; 9 - фекальный насос;
10 - резервуар КНС
Использование теплоты неочищенных сточных вод весьма перспективно, так как при любой канализационно-насосной станции можно создать теплонасосный тепловой узел для теплоснабжения как самих станций, так и расположенных поблизости зданий и
сооружений. Кроме того, при незначительном отдалении магистралей тепловых сетей районных котельных от КНС по тому же принципу можно организовать подогрев обратной сетевой воды, что позволит сократить расход первичного энергоносителя на основном теплогенераторе (котельной). Наиболее выгодно реализовывать данную схему внедрения ТНУ как можно ближе к источнику тепла, что позволяет сократить дополнительные тепловые потери обратной тепломагистрали на участке от ТНУ до котельной.
Применение централизованных систем теплоснабжения имеет свои недостатки и ограничения. Строительство протяженных теплотрасс к удаленным объектам, а также к объектам в районах с малой плотностью застройки сопряжено со значительными капитальными вложениями и большими тепловыми потерями на трассе. Их эксплуатация впоследствии также потребует больших затрат. Серьезные проблемы возникают и при реконструкции существующих объектов и строительстве новых в обжитых городских районах с плотной застройкой. В этих случаях увеличение тепловых нагрузок создает для застройщика часто непреодолимые трудности, в том числе финансовые, при получении и реализации технических условий на подключение к районной тепловой сети. Теплонасосные системы теплоснабжения представляются одним из наиболее эффективных альтернативных средств решения проблемы.
ТНУ целесообразно использовать при переходе к децентрализованным системам теплоснабжения (без протяженных дорогостоящих тепловых сетей), когда тепловая энергия генерируется вблизи ее потребителя. Внедрение таких систем теплоснабжения необходимо в первую очередь для исключения применения электрокотельных, потребление энергии которыми в 3-4 раза превышает потребление ее теплонасосными установками.
Для автономного теплоснабжения коттеджей, отдельных домов (в том числе школ, больниц и т. п.), городских районов, населенных пунктов используют преимущественно парокомпрессионные тепловые насосы тепловой мощностью
10-30 кВт в единице оборудования (коттеджи, отдельные дома) и до 5 МВт (для районов и населенных пунктов).
Источником теплоты низкого потенциала служат преимущественно грунтовые воды (Т = 8-15 °С), грунт (Т = 5-10 °С), водопроводная вода (Т = 9-20 °С) и канализационные стоки (Т = 10-17 °С). Децентрализованное теплоснабжение позволяет применять современные низкотемпературные системы отопления с температурой теплоносителя Т = 35-60 °С, обеспечивающие достаточно высокие коэффициенты преобразования тепловых насосов ( д = 3,5-5,0).
Применение децентрализованных систем теплоснабжения на базе теплонасосных установок в районах, где тепловые сети отсутствуют, либо в новых жилых районах позволяет избежать многих технологических, экономических и экологических недостатков систем централизованного теплоснабжения. Конкурентными им по экономическим параметрам могут быть только районные котельные, работающие на газе (если пренебречь экологическими требованиями).
Удачное сочетание параметров источников низкопотенциального тепла и требуемых параметров теплоты у потребителя - важнейшее условие эффективного применения тепловых насосов. Сближение температур источника тепла и требуемой потребителю достигается совершенствованием систем использования теплоты. Так, для современных систем воздушного или напольного отопления достаточна температура 35-45 °С, тогда как для традиционной системы - 95-105 °С.
Повышение эффективности использования тепловых насосов реализуется также возможностью их внедрения не только для целей отопления и горячего водоснабжения, но и для кондиционирования воздуха.
Сопоставление альтернативных вариантов теплоснабжения по степени использования первичной энергии показывает, что наименее эффективен прямой электрический обогрев, так как на тепловой электростанции при выработке энергии и ее транспортировке по сетям теряется около 70 % первичной энергии. Теплоснабжение прямым сжиганием топлива в котельной приводит к потере около 20 % первичной энергии.
При рациональном применении тепловых насосов обеспечивается экономия первичной энергии, т. е. коэффициент использования первичной энергии - более 1.
Заключение
Использование теплонасосных установок перспективно в комбинированных схемах в сочетании с другими технологиями использования как возобновляемых источников энергии (солнечной, ветровой, биоэнергии), так и невозобновляемых (в сочетании с традиционными котельными). Это позволяет оптимизировать параметры сопрягаемых систем и достигать наиболее высоких экономических показателей.
В настоящее время широкое внедрение теплонасосной технологии по утилизации низкопотенциальной теплоты сдерживается из-за перекоса цен на тепловую и электрическую энергию, отсутствия необходимой нормативно-законодательной базы и инвестиционного климата, а самое главное - достаточного внимания и поддержки государственных и региональных органов власти к данной проблеме.
Несмотря на большое преимущество централизованного теплоснабжения, многие предприятия сегодня строят собственные автономные источники тепловой энергии. Из-за неправильной ценовой и тарифной политики теплофикационный комплекс теряет спрос на реализацию тепловой энергии. В то же время есть большие потенциальные возможности снижения стоимости выработки тепловой энергии за счет внедрения энергосберегающих технологий с применением ТНУ.
Внедрение новых технологий на базе ТНУ позволяет изменить существующую классическую систему теплоснабжения, а также сложившиеся представления о невозможности полезного вовлечения в производство сбросной низкопотенциальной теплоты от ТЭЦ, промышленных предприятий, объектов жилищно-коммунального сектора.
Разнообразие условий организации теплоснабжения и источников низкопотенциальной теплоты, которые можно задействовать с помощью ТНУ в системе централизованного теплоснабжения, указывает на необходимость более углубленного подхода к изучению реальных возможностей применения ТНУ, благодаря которым можно неоднократно вовлекать отработавшую теплоту в технологический цикл теплофикационного комплекса города.
Литература
1. Сорокин, О. А. Применение теплонасосных установок для утилизации сбросной низкопотенциальной теплоты на ТЭС / О. А. Сорокин // Пром. энергетика. - 2005. - № 6. - С. 36-41.
2. Стерман, Л. С. Тепловые и электрические электростанции / Л. С. Стерман. - Москва : Энергоиздат, 1982.
3. Смирнов, И. А. Система теплоснабжения с применением тепловых насосов / И. А. Смирнов // Теплоэнергетика. - 1992. - № 11. - С. 33-37.
4. Янтовский, Е. Н. Парокомпрессионные теплонасосные установки / Е. Н. Янтовский. -Москва : Энергоиздат, 1982.
5. Соколов, Е. Я. Развитие теплофикации в России / Е. Я. Соколов // Теплоэнергетика. -1993. - № 12.
6. Соколов, Е. Я. Теплофикация и тепловые сети / Е. Я. Соколов. - Москва: Госэнергоиздат, 1963.
7. Пасков, В. В. Повышение эффективности коммунальных систем централизованного теплоснабжения / В. В. Пасков // Теплоэнергетика. - 1993. - № 12.
8. Система теплоснабжение города Гомеля на период до 2015 года. - Минск, 2005.
- Получено 20.09.2007г.
