ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ ДЛЯ ДОГРЕВА СЕТЕВОЙ ВОДЫ

Батухтин А.Г.

Кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «ЗабГУ»

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ ДЛЯ ДОГРЕВА СЕТЕВОЙ ВОДЫ

Аннотация

В статье представлены методы использования тепловых насосов для совершенствования режимов работы, системы распределения и потребления тепловой энергии на основе оптимизационных моделей. Дается оценка экономического эффекта применения технологии тепловых насосов для повышения эффективности методов оптимизации отпуска теплоты.

Ключевые слова: Оптимизация, эффективность, система централизованного теплоснабжения, моделирование.

Batukhtin A.G.

PhD in engineering, assosiate professor, Transbaikal State University

HEAT PUMPS FOR WATER MAINS REHEATING

Abstract

The paper presents methods of using heat pumps to improve modes, distribution and consumption of thermal energy based optimization models. Assesses the economic impact of application of heat pump technology to enhance the effectiveness of the methods of optimization of heat supply.

Keywords: Optimization, efficiency, system of centralized heat-supply, modeling.

Комплекс теплоснабжения, как правило, состоит из производителя, поставщика, и потребителя тепловой энергии. Экономичность всего комплекса остается низкой, при достаточно совершенном производстве энергии ее распределение, передача и потребление еще требуют совершенствования. Низкая эффективность комплекса теплоснабжения определяет высокую энергоемкость экономики России в целом. Последние заявления первых лиц государства призывают обратить внимание на энергосберегающие технологии. К методам энергосбережения можно отнести мероприятия по оптимизации отпуска теплоты от ТЭЦ потребителю, которые могут быть отнесены к самым малозатратным энергосберегающим технологиям.

Большинство городов и поселков РФ отапливаются от местных котельных или ТЭЦ, работающих по графикам центрального качественного регулирования отпуска теплоты, рассчитанным по методикам 50-х годов прошлого века. При этом рост городов значительно увеличивает и количество потребителей теплоты, подсоединенных к местной системе централизованного теплоснабжения. Новые же нагрузки покрываются за счет повышения мощностей источников теплоснабжения, как правило без учета изменения характеристик тепловых сетей. Все это приводит к неоптимальному использованию топливных ресурсов и повышению стоимости энергии. Обеспечение качественного и энергоэффективного теплоснабжения потребителей тепловой энергии является ее основной задачей. В соответствии с действующими нормами температура воздуха в помещениях в холодный период года должна иметь определенное значение и не зависит от погодных и временных условий. Однако, в настоящее время повсеместно наблюдается недогрев и перегрев потребителей тепла. Эта проблема ненормативного отпуска присуща практически для всех городов России с централизованным теплоснабжением. Поддержание комфортных температурных условий в помещениях потребителей является первоочередной задачей для систем теплоснабжения, а при общем недоотпуске тепловой энергии не представляется возможным без внедрения современных технологий [1-3].

Современные методы оптимизации отпуска теплоты потребителям основаны на построении моделей функционирования системы распределения и потребления тепловой энергии. Наиболее полные из них обладают следующими функциями:

- корректировка подаваемой от источника теплоты основана не на системе поправок температуры сетевой воды, а на теплогидравлическом расчете абонентских вводов с учетом схем присоединения установок ГВС, при этом реакция на любые возмущения осуществляется качественно-количественным регулированием;

- нагрузка ГВС принимается в расчетах с учетом суточной неравномерности определенной для различных групп потребителей, а проверка суточного баланса теплоты у потребителей  и корректировка температурного графика в связи с изменением нагрузки ГВС предлагается не в качестве рекомендаций, а как одно из основных ограничительных условий суточного графика регулирования;

- в модели производится расчет характеристик абонентов не только в конкретные моменты времени, но и осуществляется суточный анализ, при этом появляется возможность учитывать суточный перегрев абонентов и осуществлять регулирование параметров на источнике теплоснабжения с учетом суточной оптимизации;

- помимо удовлетворения потребностей всех потребителей в модели появляется возможность оптимизировать суточный график отпуска теплоты на основе анализа всевозможных графиков, а в качестве критерия оптимальности принимаются затраты на ТЭЦ при заданной электрической нагрузке;

- при оптимизации отпуска теплоты учитывается инерционность изменения параметров теплоносителя, а также аккумулирующая способность потребителей.

Произведенный расчет эффективности оптимизации отпуска теплоты от ТЭЦ потребителю с учетом изменения в течение суток нагрузки ГВС и температуры наружного воздуха на основе моделирования системы с учетом ее реального состояния на примере системы теплоснабжения микрорайона КСК (г. Читы Забайкальского края) отапливаемого от теплофикационных отборов двух турбин ПТ-60 Читинской ТЭЦ-1 показал экономический эффект 3 млн. руб./год, При этом располагаемая тепловая мощность станции может быть увеличена на 6,1% при сохранении расхода теплоносителя и пропусканной способности тепловых сетей, а также выработки электрической энергии [4-5].

Данный экономический эффект не является предельным поскольку диапазон температур прямой сетевой воды на ТЭЦ, в котором находится оптимальная, на конкретном временном промежутке, ограничивается: разной протяженностью отдельных участков тепловых сетей; участки тепловых сетей имеют разные характеристики тепловой изоляции, скорость изменения температуры прямой сетевой воды на ТЭЦ не должна превышать 30 ⁰С/ч; районы теплопотребления обладают разными потребителями тепловой энергии и как следствие требуют разного изменения температур прямой сетевой воды в течение суток [6]. Снять эти ограничения позволит изменение температуры теплоносителя по лучам тепловых сетей. Данное изменение температуры согласно оптимизированным графикам центрального регулирования (в зависимости от оптимального суточного графика и потребностей конкретных потребителей) для каждого направления тепловых сетей позволит уменьшить перерасходы тепловой энергии, а также снизить температуру обратной сетевой воды и как следствие увеличить выработку на тепловом потреблении на ТЭЦ. Решением этой задачи может служить применение установок по перераспределению потоков теплоты по разноинерционным ветвям теплосетей в зависимости от оптимального суточного графика и потребностей конкретных потребителей. Перераспределение потоков теплоты предполагается осуществлять с применением технологии тепловых насосов [7-10]. Метод перераспределения заключается в том, что от источника отпускается оптимальная температура теплоносителя, при этом в период натопа в наиболее удаленные участки тепловых сетей температура увеличивается за счет нагрева в конденсаторе теплового насоса, а в период снижения тепловой нагрузки температура увеличивается в ближних участках тепловых сетей. Применение данной методики позволит экономический эффект увеличить на 30-50% в зависимости от времени года.

Для снижения эксплуатационных затрат на нагрев в качестве низкопотенциального источника теплоты может быть использованы другие источники. К возможным источникам можно отнести тепло грунта, воду различных источников, воздух, а также тепло солнечного излучения воспринятое солнечными коллекторами. Оценка эффекта применения сторонних источников теплоты с учетом снижения эффекта от изменения температуры обратной сетевой воды показала увеличение экономической эффективности до 70%. При этом на использование предложенной методики накладывается дополнительные ограничения за счет снижения температуры в испарителе. Кроме того, наблюдается снижение коэффициента преобразования теплоты.

Работа выполнена при поддержке гранта Президента РФ (МК-1184-214.8).

Литература

1. Батухтин А.Г. Методы повышения эффективности функционирования современных систем транспортировки, распределения и потребления тепловой энергии / А.Г. Батухтин, М.С. Басс, С.Г. Батухтин // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. – 2009. №2 С. 199-202.
2. Петин В.В. Современные технологии использования электрической энергии в системах централизованного теплоснабжения / В.В. Петин, А.Г. Батухтин, А.В. Калугин, П.Г. Сафронов. // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2010. – №4. – С. 32–38.
3. Сафронов П.Г. Использование теплового насоса в тепловых схемах тепловых электростанций / П.Г. Сафронов, А.Г. Батухтин, С.А. Иванов // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. – 2009. – №2. – С. 202-204.
4. Батухтин А.Г. Методы повышения эффективности и увеличения располагаемой мощности систем централизованного теплоснабжения. Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. – 2010. №1 С. 189-192..
5. Сафронов П.Г. Способ увеличения экономичности основного оборудования ТЭЦ / П.Г. Сафронов, С.А. Иванов, А.Г. Батухтин, И.Ю. Батухтина // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. – 2010. – №1. – С. 175-178.
6. А.Г. Батухтин. Оптимизация отпуска теплоты от ТЭЦ на основе математического моделирования с учетом функционирования различных типов потребителей: Автореф. дис. канд. техн. наук. Улан - Удэ.: ВСГТУ, 2005 – 16 с.
7. Батухтин А.Г., Куприянов О.Е. Влияние протяженности тепловых сетей на режимы отпуска теплоты от ТЭЦ с учетом функционирования потребителей / А.Г. Батухтин, О.Е. Куприянов // Промышленная энергетика. – 2005. – № 5. – С.39–41.
8. Батухтин А.Г. Использование тепловых насосов для повышения тепловой мощности и эффективности существующих систем централизованного теплоснабжения. Научно-технические ведомости СПбГТУ. – 2010. №2. С. 28-33.
9. Goryachikh N.V., Batukhtin A.G., and S.A. Ivanov. Some Methods for Making Cogeneration Stations More Maneuverable// Thermal Engineering, 2010, Vol. 57, No. 10, pp. 892–896.
10. Батухтин А.Г. Применение оптимизационных моделей функционирования систем теплоснабжения для снижения себестоимости тепловой энергии и увеличения располагаемой мощности станции / А.Г. Батухтин, В.В. Маккавеев // Промышленная энергетика 2010. – №3. С. 7-8.