CC BY
395
УДК 621.657
А. К. Ильин, С. А. Дуванов Астраханский государственный технический университет
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ
На технико-экономическую эффективность тепловых насосов (ТН) существенно влияют различные факторы [1-14]. В статье рассмотрены основные из них: действительный коэффициент преобразования энергии ТН, величина тарифов на электрическую и тепловую энергию, удельная стоимость ТН, комплексный показатель - коэффициент использования энергии топлива в системе ТЭС-ТН.
Большинство ТН работает при такой разности температур ^г - 4 горячего и холодного теплоносителей, при которой действительный коэффициент преобразования энергии тд имеет экономически недопустимые величины, т. е. меньше 4-х и во многих случаях - меньше 3-х [5]. Однако существует минимальное значение величины тд(мин), ниже которого использование ТН не имеет энергетического смысла. Это показано на рис. 1, построенном по формуле В. С. Мартыновского. Штриховая линия на рисунке соответствует минимальным величинам тд по данным [4, 5] по условиям термодинамической и технико-экономической эффективности.
Рис. 1. Зависимость действительного коэффициента преобразования ТН от параметров работы: I - рекомендуемая область использования ТН для горячего водоснабжения; II - то же для отопления
Рекомендации авторов [5] по минимальным величинам т при различных условиях приведены в таблице:
Условия определения т
1. Минимальный коэффициент преобразования энергии ТН с учетом КПД электростанции (0,4), без учета каких-либо потерь, без учета капиталовложений 2,5
2. То же, но с учетом КПД ^тн = 0,6 4,0
3. Величина тд(мин) по (1) при условиях: %н = 0,6, ко = 6 000 руб/кВт, С = 2 года 4,2-4,5
На основе энергоэкономического анализа можно показать, что тарифы на электрическую и тепловую энергию достаточно существенно влияют на величину тд(мин) (рис. 2) и срок окупаемости ТН (рис. 3).
М-д(мин)
Рис. 2. Зависимость минимального действительного коэффициента тд(мин) от соотношения цен на тепловую и электрическую энергию: к0 = 6 000 руб/кВт; ^ТН = 0,6; т = 8 700 ч/год;
С = 2 года - сплошная линия; С = 4 года - штриховая линия
Рис. 3. Зависимость срока окупаемости от тд(мин) при условиях: к0= 6 000 руб/кВт; ^ТН = 0,6; т = 87 00 ч/год;
/эл = 1,5 руб/(кВт-ч); / = 0,5; 0,75; 1,0 руб/(кВт • ч)
На основе понятия о коэффициенте использования энергии топлива К выполнен анализ эффективности ТН при потреблении электрической энергии ТН от парогазовой установки (ПГУ), ТЭС и ДВС. Проведено сравнение ТН по этому коэффициенту с котельными установками. Установлены минимально необходимые действительные коэффициенты преобразования тепловых насосов. При анализе принято: КПД ПГУ - 0,5, ТЭС - 0,4, ДВС - 0,45, газовых котельных - 0,90-0,95. Результаты анализа приведены на рис. 4.
Таким образом, высокая энергетическая и технико-экономическая эффективность применения ТН (К= 1,6-3,0; срок окупаемости 1,0-2,5 года) обеспечивается в современных условиях при тд = 4,5 и более (при выработке электроэнергии на ТЭС и ДВС) и при тд = 3,4 и более при использовании электроэнергии от ПГУ.
Рис. 4. Коэффициент использования топлива в зависимости от действительного коэффициента преобразования энергии ТН с приводом от:
1 - ПГУ; 2 - ДВС; 3 - ТЭС; 4 - коэффициент К для котельных установок
Одним из важнейших показателей, влияющих на техникоэкономическую эффективность ТН, является их удельная стоимость (например, на 1 кВт тепловой мощности):
К0 = ЗТН / 0ГН ,
где ЗТН и QТН — стоимость и тепловая мощность теплового насоса соответственно. На рис. 5 показана удельная стоимость современных ТН в зависимости от тепловой мощности единичного агрегата. В диапазоне 1-10 кВт она составляет 150-550 долл. США, а при мощности до 10 МВт - не более 150 долл. США.
Рис. 5. Удельная стоимость тепловых насосов (на 1 кВт номинальной тепловой мощности) отечественного и зарубежного производства: 1 - TH фирм LG, Mitsubishi, MHPUL, MHPUE, FUJITSU, McQUAY, YPVU, Carrier, General;
2 - TH фирмы Шотека-С» - TH-80, TH-110, ТО-З00; 3 - TH фирмы «Tритон-Л^»; 4 - TH, использующие геотермальный теплоноситель [11];
5 - TH ЗАО «Энергия» - ІЇГ-З000, HT-1000, HT-500, ІЇГ-З00, HT-65, ІЇГ-З0, HT-10; б - поле данных по [6]; 7 - данные [12]; 8 - данные Украинского отделения ВИИПИзнергопром [1З]; 9 - данные [14]
Можно учесть, что тепловые насосы часто работают в режиме частичной нагрузки. При этом, в общем случае, значительно меняется тепловая мощность ТН, а следовательно, и реальная удельная стоимость, что может отразиться на результатах конкретного определения техникоэкономической эффективности использования ТН. Удельную стоимость ТН с учетом режимов работы можно определять по формуле
К 0 = К 0 ■ Qтн / бти ,
где к0 и QТН — стоимость и тепловая мощность теплового насоса, работающего в режиме частичной нагрузки.
Или, с использованием мощности привода N
к0 = К0 ■тд ■ N / тд ■ N .
При определении QТН и N могут быть полезны данные [4, 5] по режимам частичных нагрузок.
Таким образом, технико-экономическая эффективность использования тепловых насосов существенно зависит от условий и параметров их работы. К ним относятся величина действительного коэффициента преобразования энергии в ТН, цены на энергоносители. В современных условиях тепловые насосы должны использоваться при коэффициентах преобразования не менее 4,5... 5,0.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Амерханов Р. А. Тепловые насосы. - М.: Энергоатомиздат, 2005. - 160 с.
2. Быков А. В. Холодильные машины и тепловые насосы. - М.: Агропромиздат, 1988. - 286 с.
3. Везиришвили О. Ш., Меладзе Н. В. Энергосберегающие теплонасосные системы тепло- и хладоснабжения. - М.: МЭИ, 1994. - 160 с.
4. Дуванов С. А., Ильин А. К. Моделирование работы тепловых насосов на переменных режимах при неизменной температуре горячего теплоносителя // Вестн. Воронеж. ГТУ. Сер. Энергетика. - 2003. - Вып. 7.3. - С. 175-177.
5. Ильин А. К., Дуванов С. А. Анализ переменных режимов работы тепловых насосов // Вестн. Саратов. ГТУ. - 2004. - № 4(5). - С. 51-58.
6. Пустовалов Ю. В. Экономические вопросы развития теплонасосных станций // Теплоэнергетика. - 1981. - № 2. - С. 69-72.
7. Рэй Д., Макмайкл Д. Тепловые насосы. - М.: Энергоиздат, 1982. - 224 с.
8. Хайнрих Г., Найорк Х., Нестлер В. Теплонасосные установки для отопления и горячего водоснабжения. - М.: Стройиздат, 1985. - 435 с.
9. Янтовский Е. И., Левин Л. А. Промышленные тепловые насосы. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 125 с.
10. Янтовский Е. И., Пустовалов Ю. В. Парокомпрессионные теплонасосные установки. - М.: Энергоиздат; 1982. - 144 с.
11. Огуречников Л. А. Эффективность применения тепловых насосов в системе геотермального теплоснабжения // Холодильная техника. - 2001. - № 6. - С. 10-12.
12. Winkens H. P. Der Einsatz von Warmepumpen in der Fernwarmeversorgung II Fernwarme International. - 1984. - Bd. 1З, N 2. - S. 7З-78.
13. Кузнецов Ю. Л. Капиталовложения в строительство теплонасосных установок II Энергетика и электрификация. - 1988. - № 7. - С. З6-З9.
14. Технико-экономические показатели аккумуляционного электротеплоснабжения II Электрические станции. - 1986. - № 7. - С. З6-З9.
Получено 31. 10.2006
TECHNICAL AND ECONOMICAL EFFICIENCY OF HEAT-PUMPS APPLICATION
A. K. Ilyin, S. A. Duvanov
The basic factors influencing technical and economical efficiency of heat pumps such as energy transformation ratio, available fuel factor, electric and heat energy rates, pay-back period are considered in the paper.
