CC BY
47
УДК 621.5-843.8.001
В. О. ГАБРШЕЦЬ, е. В. ХРИСТЯН, I. В. ТИТАРЕНКО (ДПТ)
ШЛЯХИ П1ДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТ1 ЕНЕРГЕТИЧНИХ П1ДРОЗД1ЛОВ ЗАЛ1ЗНИЧНОГО ТРАНСПОРТУ
У статп представлено обгрунтування подальшого впровадження теплонасосно! та теплоакумулюючо!' технiки в системах теплопостачання на об'ектах залiзничного транспорту. Показано значш переваги тако! техшки перед iснуючими системами, насамперед за рахунок значного скорочення потреб у дефщитних видiв палива та И екологiчностi.
Ключовi слова: системи теплопостачання, тепловi насоси, теплоакумулююча технiка
Зал1зничний транспорт е крупним спожива-чем теплово! енерги, що витрачаеться на виро-бничо-технолопчш { побутов1 потреби. Теплота витрачаеться на пристро! для тдготовки рухо-мого складу до перевезень (зовшшне й внутрь шне очищення локомотив1в { вагошв, дезшфек-щя вагошв, шскопостачання локомотив1в, при-готування охолоджуючо! води для двигушв те-пловоз1в { дистиляту для акумуляторних батарей рухомого складу). Досить значними е витрати енерги на об1гр1вання у холодну пору року вагошв пасажирських по!'зд1в при перевезены пасажир1в { при вщсто! !х на станщях вщ-правлення й прибуття; тепловоз1в, що знахо-дяться у гарячому резерв! депо та ш. Суттевою особливютю комунально-побутового спожи-вання теплоти на затзничному транспорт е необхщшсть створення для велико! кшькосп людей комфортних умов на затзничних вокзалах, а також приготування бшизни для пасажирських перевезень у по!здах дальнього спо-лучення.
Виршення питань ефективного витрачання енергетичних ресурав, що на даний перюд е дуже актуальними, може бути здшснено лише шляхом модершзаци теплотехшчного облад-нання та використання вторинних енергоресур-с1в, своечасного оснащення депо 1 ремонтних завод1в бшьш сучасним теплотехшчним устат-куванням, що до того ж забезпечуе охорону навколишнього середовища.
У тепершнш час система центратзованого теплопостачання, яка до цього вважалася най-бшьш обгрунтованою, поступово стае все менш конкурентоздатною у пор!внянш з децентрат-зованим виробництвом теплоти. Особливо це стосуеться райошв з низькою щшьшстю забу-дови, характерною для бшьшост об'екпв зал> зничного транспорту, де переважають одно-або двоповерхов! буд1вл1.
За останнш час з'явилося багато пропозицш конструкцш котл1в, яю для одержання теплоти
використовують електричну енерпю. До таких прилад1в вщносяться електронагр1вач1 (паров! та водогршш), а також пдродинам!чш нагр1ва-ч1. Тшьки на Одеськш затзнищ бшя двадцяти об'екпв об1гр1ваються електричною енерпею.
Електронагр1вач1 та пдродинам!чш нагр1ва-ч1 з енергетично! точки зору можуть бути вщ-несеш до одного й того ж класу нагр1вач1в, а саме тих, що використовують для свое! роботи електричну енерпю. Коефщент перетворення електрично! енерги у теплову достатньо висо-кий (92...95 %). До шших переваг таких нагр> вач1в слщ вщнести й деяю сприятлив! експлуа-тацшш показники. А саме: у бшьшосп випадюв вони не потребують безперервного нагляду за роботою. Кр1м того, вщсутня необхщшсть бу-дування спещальних примщень для розмщен-ня теплогенератора. Для них характерна вщно-сна простота тдведення первинно! енерги -електричного струму, а не газу чи, тим бшьше, мазуту або твердого палива. Простота регулю-вання продуктивносп та можливють набли-ження генератора теплоти до споживача; швид-юсть введення в дда та деяю ш.
Але слщ пам'ятати, що електрична енерпя об'ективно е досить коштовним видом палива. Вона сама виробляеться на теплових { атомних електростанщях з ККД 30.35 %. Тому перед тим, як приймати ршення про використання електричних нагр1вальних апарапв, необхщно провести грунтовний економ1чний анатз. А там, де вже використовуються електронагр1ва-ч1, необхщно провести ретельний енергоаудит.
Застосування електричного нагр1ву в тому чи шшому вигляд! може стати випдним у раз! сполученням його з акумуляторами теплоти. При цьому електричний нагр1вач повинен ви-користовуватись переважно у шчний час, коли д1е пшьговий тариф на електроенерпю, а спо-живання нагр1того теплоношя вщбуваеться у зручний для споживача час. Додатков! витрати, пов'язаш з впровадженням тако! системи, обу-
© В. О. Габршець, е. В. Христян, I. В. Титаренко, 2012
187
мовлеш установкою багатотарифного лiчиль-ника електроенерги та водяного або iншого пристрою для акумулювання теплоти. При таких умовах, як показують розрахунки, викорис-тання електричного нагрiву по економiчних показниках наближаеться до умов одержання теплоти за рахунок спалювання оргашчного палива. Додатковою перевагою такого тепло-постачання е його еколопчнють.
На даний час електроенергетика Украши знаходиться у складному становищi. Зокрема, в тепловiй енергетицi чимало питань пов'язу-ються з рацiональними об'емами й структурою виробництва електроенерги в Об'еднанш енер-госистемi (ОЕС) Украши. Одне iз головних питань у цьому цензi пов'язане iз процесом регу-лювання добового графша навантажень (ДГН), котрий характеризуеться великою нерiвномiр-нiстю (див. рис. 1). При цьому треба пам'ятати, що для атомно' енергетики бажаними е робота на постшному режимi.
Для вирiвнювання добового графiка наван-таження використовують наступш основнi спо-соби: переклад енергоемних шдприемств на роботу у шчний час, створення гщроакумулюючих електростанцiй (ГАЕС), добове регулювання навантаження енергоблоюв, застосування резер-вних потужностей в «шковий» i «нашвтковий» час (наприклад, газотурбiнних установок), вико-ристання надлишково' електроенерги для цшей електроопалення в промисловостi i комунальнш теплоенергетицi [1].
З перелiчених способiв вирiвнювання ДГН на даний час найбшьш рацiональним е остан-нш. Тому в рiзних кра'нах юнують заохочуванi заходи використання електроенерги в шчний час. Саме таким заохочуючим заходом е пшь-говий тариф, який дозволяе одержувати не тшьки значний техшчний, але i немалий зага-льнодержавний економiчний ефект. Таким чином, впровадження електроопалення разом iз акумулюванням одержано' в шчний час теплоти е дощльним i заслуговуе значно' у ваги.
Ще бiльшого ефекту у ращонашзаци систе-ми теплопостачання депо i шших пiдприемств та об'ектiв залiзничного транспорту, в тому чист i рухомого складу, можна досягти широким впровадженням теплонасосних установок (ТНУ). Це е найбiльш привабливим напрямком у справi енергозбереження за рахунок використання теплоти низького потенщалу оточуючого середовища (наприклад, води рк i озер, а також незамерзаючого грунту чи вщпрацьованого по-вiтря з системи вентиляци i навiть оточуючого повiтря), а також вторинних енергоресурЫв i
вщпрацьовано' теплоти теплотехнолопчного обладнання. Але його реашзащя потребуе бiльш значних первинних катталовкладень i тому може розглядатись у бшьш вiддаленiй пе-рспективi, над якою, мiж iншим, слiд працюва-ти вже сьогоднi.
Украшахк = 100
Дншропетровська область х к = 10
Хмельницька область х к = 1
Терношльська область х к = 1
Лши тренда (пол1-Н01шалып апрокеи маци)
Рис. 1. Добове навантаження в зимовий режимний день 2005 р., МВт (знаком х означеш множники до
числових значень навантажень по ос ординат)
Зважаючи на широкий спектр теплових по-тужностей, як потрiбнi для задоволення техно-логiчних i побутових споживачiв на зашзнич-ному транспортi, а також спектр параметрiв теплоспоживання, важливим е визначення но-менклатури теплогенеруючого обладнання для планування заходiв з енергозбереження.
Як показано в робот [2], щлий ряд таких за-ходiв може здiйснюватись за рахунок модерш-заци i удосконалення iснуючого теплогенеруючого i тепло-споживаючого обладнання. Але вже тепер слiд планувати i починати впрова-джувати бiльш глибок структурнi змiни в теп-лоенергетичному господарствi галузi. Насампе-ред це стосуеться широкого використання вто-ринних енергоресурЫв на основi впровадження теплонасосно' техшки. В якостi джерел низько-потенцшно' теплоти для роботи теплових насо-сiв можуть бути використанi атмосферне повгг-ря, рiзнi вентиляцiйнi викиди, вода природних водоймищ, грунт насамперед, скидна вода систем охолодження промислового обладнання. В той же час використання теплонасосно' тех-шки у жарку пору року дозволяе створити ко-мфортнi умови для людей, що значно покращуе ''х самопочуття та пiдвищуе продуктивнiсть пращ.
Енергетична ефективнють теплового насосу ощнюеться коефiцiентом перетворення (Ктн), який дорiвнюе вiдношенню теплопродуктивно-стi ТН (Qтn) до затрачено' електрично' потуж-ност (на електропривiд компресора):
К тн = £„/«ел
Час добн
Слщ зауважити, що величина Ктн, в силу закошв термодинамши, завжди бшьше одинищ, а тому кшьюсть теплово! енерги, передано! споживачев!, виявляеться б!льшою за величину п!дведено! зовшшньо! енерг!! на величину енерги, в!д!брано! в!д низькопотенц!ального дже-рела. Базове значення Ктн залежить вщ ц!лого ряду фактор!в, але завжди не менше 2.4.
Енергетична доцшьшсть застосування теп-лових насос!в у якосп теплоджерел переконли-во доведена результатами велико! кшькосп на-укових дослщжень ! досв!дом експлуатац!! мь льйон!в ТНУ в промислово розвинених кра!нах св!ту [3, 4, 5].
Техшко-економ!чш розрахунки показують, що витрати палива в системах теплопостачання на баз! ТНУ можуть бути зменшеш в пор!внян-ш з великими опалювальними котельнями в 1,2.1,8 раз!в, а !з малими котельнями й ¿нди-в!дуальними теплогенераторами в 2.2,6 рази, а у пор!внянш з електронагр!вачами, що вико-ристовуються без тепло акумулятор!в, в 3.3,6 рази.
Строк окупносп кап!таловкладень у ТНУ звичайно становить вщ 2 до 5 роюв. У системах з рекуперащею теплоти низькопотенц!альних скидних енергопоток!в, строки окупносп можуть бути менш! 2 рок!в. Наприклад, кап!тало-вкладення в систему забезпечення оптимального температурно-волопсного режиму в типовому критому басейш, розроблену НВП «1нсо-лар» на баз! ТНУ й утил!затор!в теплоти скидних пов!тряних ! водяних поток!в ! впрова-джену в басейн! «Нафтовик» м. Ахтирка Сум-сько! област!, окупилися за 18 мюящв експлуатац!! [3]. При цьому вдалося майже в 8 раз!в знизити п!кове енергоспоживання й виключити басейн !з розряду енергомарнотратних об'ект!в.
В Укра!н!, на жаль, сьогодш важко вказати який-небудь шший напрямок розвитку ново! техшки й технолог!!, який перебував би в такому разючому протир!чч!, як з! сво!ми потенща-льними можливостями, так ! з р!внем розвитку в !нших кра!нах свггу.
Якщо в розвинених кра!нах ! кра!нах, що ро-звиваються, рахунок працюючих ТНУ р!зного функц!онального напрямку ведеться на мшьйо-ни або сотш тисяч одиниць, то в Укра!ш пра-цюють одиничн! установки, створен!, в основному на елементнш баз! холодильного устатку-вання, увезеного !з кра!н Зах!дно! европи в!д спец!ал!зованих ф!рм - виробниюв.
Постае питання про !нтенсивне розгортання власного виробництва ! широкого застосування теплонасосно! ! теплоакумулюючо! техн!ки на
затзничному транспорт!, що обумовлено наро-станням енергетично! кризи у свт та дуже об-меженими паливно-енергетичними ресурсами Укра!ни. Але освоення широко! номенклатури ТНУ по !х тепло- ! холодопродуктивностям, а також параметрах теплоносив на виход!, потре-буе значних кап!таловкладень, у зв'язку з чим необхщно виршити стратепчну задачу забез-печення тепловою енерпею галуз! при мшма-льно можливш номенклатур! вироб!в.
Вихiдними даними для анал!зу ! побудови стратег!! модершзаци енергопостачання галуз! е д!апазон потужностей для задоволення потреб споживач!в теплоти та холоду, а також темпе-ратурн! режими джерел теплопостачання.
Переважна б!льш!сть сучасних ТНУ при широкому д!апазош тепло- та холодопродукти-вностей (в!д дек!лькох к!ловат до сотень мега-ват) забезпечують температуру теплоношя на виход! з установки в межах вщ 55 °С до 75 °С. Це пов'язано з тим, що вони проектуються по одноступеневш схем! та використовують вщно-сно низькотемпературн! холодоагенти ! !х су-м!ш! (робоч! тша): Я22, Я407, Я410 з критичною температурою ~100 °С. В умовах зал!знич-но! галуз! потреба у теплових потужностях джерел теплопостачання, як було сказано вище, при умов! децентратзаци вщповщних систем складае в!д дек!лькох к!ловат до 1.3 МВт. Разом з тим температурний р!вень теплоношя, що подаеться в систему теплопостачання, ! особливо теплоносив, що використовуються у деяких технолопчних процесах повинен бути бшьш високим: до ~ 130. 140 °С для сушарень дере-вини ! до ~ 170.180 °С для сушарень електро-машин ! апарат!в. Що стосуеться систем опа-лення, то р!вень температур теплоносив 75.85 °С може задовольнити новобудови з п!-двищеними вимогами до тепло!золяци буд!ве-льних огороджень та обладнаних системами опалення типу «тепла пщлога». В той же час юнуюч! будови розрахован! на подачу в систему опалення теплоношя з температурою 85.95 °С, тому при подач! теплонос!я з мен-шою температурою виникне потреба оснащен-ня !снуючих систем опалення додатковими на-гр!вальними приладами.
Кр!м того, сл!д мати на уваз!, що кл!мат в Укра!н! дещо прохолодшший, н!ж в б!льшост! кра!н Зах!дно! европи та Америки. Тому в умовах швноч! ! сходу часто передбачають осна-щення систем опалення, поряд !з тепловими насосами, додатковими нагр!вальними прила-дами, наприклад електричними або газовими нагр!вачами (так звана б!валентна схема), що
ускладнюе систему { робить и менш ефектив-ною.
У зв'язку ¡з викладеним, а також, 6еруч1 до уваги бажане скорочення номенклатури виро-61в теплонасосно' техшки з метою ушфшацп виробництва, пропонуемо на ближню перспективу обмежитись освоениям виробництва елек-троопалювальних установок, оснащених тепло-вими акумуляторами { багатотарифними л1чи-льниками електроенерги, потужшстю вщ трьох до тридцяти кшоват1в.
Що ж стосуеться бшьших потужностей, то для задоволення таких потреб слщ розробити { впровадити теплонасосш установки вщповщно' продуктившсп, яю б могли функц1онувати як в режимах нагр1ву, так { охолодження пов1тря. При цьому, встановленню теплових насос1в повинен передувати енергоаудит даного тдпри-емства, мета якого виявлення вторинних ресур-с1в енергп, що зараз викидаеться в навколишне середовище.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Электрокотлы для автономных систем теплоснабжения: анализ рынка Украины [Текст] / А. А. Долинский [и др.] // Промышленная теп-лотехшка. - 2009. - № 6. - С. 64-72.
2. Аспекти политики енергозбереження у стацюна-рнш теплоенергетищ залiзничного транспорту [Текст] / М. I. Луханш [та ш.] // Залiзн. трансп. Украши. - 2009. - № 1. - С. 7-12.
3. Использование тепловых насосов для децентрализованного теплохолодоснабжения промышленных предприятий [Текст] / Я. А. Ковылянс-кий [и др.] // Холодильная техника. - 1981. -№ 1.
4. Горшков, В. Г. Тепловые насосы. Аналитический обзор [Текст] // В. Г. Горшков // Справочник промышленного оборудования. - 2004. -№ 2. - С. 47-80.
5. Долинский, А. А. Тепловые насосы в системе теплоснабжения зданий [Текст] / А. А. Долинский, Б. Х. Драганов // Промышленная теплотехника. - 2008. - № 6. - С. 71-83.
Надшшла до редколегп 26.12.2011. Прийнята до друку 30.12.2011.
В. А. ГАБРИНЕЦ, Е. В. ХРИСТЯН, И. В.ТИТАРЕНКО
ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
В статье представлено обоснование дальнейшего внедрения теплонасосной и теплоаккумулирующей техники в системах теплоснабжения на объектах железнодорожного транспорта. Показано значительные преимущества такой техники перед существующими системами, прежде всего за счет значительного сокращения потребностей в дефицитных видах топлива и ее экологичности.
Ключевые слова: системы теплоснабжения, тепловые насосы, теплоаккумулирующая техника
V. A. GABRINETS, E. V. HRISTYAN, I. V. TYTARENKO
THE WAY OF ENERGY EFFICIENCY OF THE RAILWAYS UNITS
The article presents a rationale for the further introduction of heat pump and thermal storage technology in the heating systems at the facilities of railway transport. Shown significant advantages of this technique over existing systems, primarily due to a significant reduction in demand for scarce fuels and its environmental friendliness. Keywords: heating systems, heat pumps, thermal storage equipment
