Эффективность использования тепловых насосов в централизованных системах теплоснабжения




Скачать 69.95 Kb.
НазваниеЭффективность использования тепловых насосов в централизованных системах теплоснабжения
Дата конвертации30.12.2012
Размер69.95 Kb.
ТипДокументы
Эффективность использования тепловых насосов в централизованных системах теплоснабжения


В. П. Фролов, генеральный директор, С.Н. Щербаков, главный инженер, ГУП «Мосгортепло»; М.В. Фролов, генеральный директор ООО «Теплоучет Сервис»;

д.т.н. А.Я. Шелгинский, профессор, ГОУВПО «МЭИ(ТУ)»


Вопросы энергосбережения являются весьма актуальными как для промышленности, так и для ЖКХ. ГУП «Мосгортепло» эксплуатирует более 5000 тепловых пунктов, 5000 км тепловых вводов и разводящих тепловых сетей, обеспечивает более 22000 жилых домов и административных зданий отоплением, холодной и горячей водой, затрачивая более 35,5 млн Гкал/год теплоты и 410 млн кВт.ч/год электроэнергии. Поэтому, вопросам энергосбережения на предприятии уделяется значительное внимание. Последнее время много внимания уделяется возможности использования теплонасосных установок (ТНУ) в системах теплоснабжения для экономии ТЭР [1-11]. Эффективность их использования зависит от многих факторов, таких как: температурные уровни источника теплоты и потребителя, соотношение тарифов на теплоту и используемую энергию, уровень цен на используемую теплоту от источника (если необходимо за нее платить), тип использования привода компрессора и т.д. Под эффективностью в данной работе понимается: превышение стоимости замещаемой теплоты (от другого источника) над энергетическими затратами ее производства в ТНУ и является основой для определения реального экономического эффекта при использовании

ТНУ с учетом капитальных, эксплуатационных и др. затрат, сроков их окупаемости, себестоимости произведенной теплоты, получения дополнительной прибыли и т. д.

На рис. 1 представлены некоторые возможные схемы включения ТНУ с электроприводом в централизованную систему теплоснабжения для подогрева воды ГВС. На схеме рециркуляционный контур системы ГВС для упрощения анализа включен перед ПО. Рассматриваются несколько вариантов.

Используется теплота низкопотенциального источника для подачи ее в испаритель ТНУ и возможностью догрева воды для ГВС после конденсатора ТНУ водой из подающего трубопровода тепловой сети. Подача теплоты к испарителю ТНУ возможна непосредственно теплоносителем источника теплоты или с использованием промежуточного теплоносителя, циркулирующего под воздействием насосов с механическим приводом, или с использованием тепловых труб (ТТ). На рис. 1 схематично представлена конструкция ТТ для передачи теплоты от источника к испарителю ТНУ. Такая конструкция гравитационной ТТ (термосифона) была рассчитана и спроектирована по методике, изложенной в [12, 13], реализована в 1981 г. под Неаполем (Италия) для теплоснабжения жилого здания с использованием теплоты термальных вод. Результаты испытаний практически полностью совпали с расчетными.

На рис. 2 в Т-S диаграмме показана принципиальная схема процессов, происходящих в элементах ТНУ.

Подведенная теплота к испарителю ТНУ используется для испарения хладагента (рабочего теплоносителя ТНУ), (кДж/кг):

где: hi - энтальпия хладагента в точке i, кДж/кг.

Далее пары хладагента сжимаются в компрессоре КМ (Рис. 1, 2, процесс 1-2). При этом затрачивается внутренняя работа компрессора (кДж/кг):




где: т|а - адиабатный КПД компрессора.

После компрессора пары хладагента поступают в конденсатор КТНУ, конденсируются и затем конденсат охлаждается в ПО (Рис. 1). Количество полученной теплоты для системы ГВС (кДж/кг):




В зависимости от величины tВ2 (рис. 1), охладитель конденсата ПО может не использоваться или выполняться воедино с конденсатором. При таком включении возможны варианты: когда tВ4 = tВ5, т.е. вода для ГВС полностью нагревается в ТНУ до требуемой температуры, или частично до некоторой величины tВ4 и далее догревается до tВ5 в теплообменнике ТО с использованием теплоты сетевой воды подающего трубопровода. Подключение ТО может быть параллельным или последовательным к системе отопления, в зависимости от конкретных условий. Доля теплоты, переданной ТНУ, в этом случае определяется:




После ПО хладагент дросселируется в Др (Рис. 1, 2, процесс 4-5). Коэффициент трансформации (преобразования) теплоты µ определяется отношением полученной теплоты qГВС к затраченной работе lКМ:




где: lКМ = 1в/т1эм- Лэм – электромеханический КПД привода. Удельная затрата электроэнергии на единицу полученной теплоты определяется:




Для анализа эффективности использования ТНУ в рассматриваемой схеме включения получено следующее выражение (руб./Гкал):




где: Q'TC = QТС/QГВС = (tВ5 - W/Ubs - tВ2);

ЦТ - удельная стоимость используемой теплоты сетевой воды, (руб./Гкал);

ЦЭ - удельная стоимость используемой электроэнергии (руб./Гкал).

В данной работе для наглядности используются размерности, пока еще широко применяемые во многих организациях: кВт.ч, Гкал; 1 кВт.ч = = 0,859б10-3Гкал; 1 руб./(кВт.ч) = 1164 руб./Гкал.

На рис. 3 представлено влияние удельной стоимости замещаемой теплоты при использовании ТНУ (при О'тну = 1), коэффициента трансформации теплоты, удельной стоимости используемой электроэнергии на эффективность использования ТНУ в рассматриваемых случаях. Все расчеты, в качестве примера, приводятся для рабочего теплоносителя ТНУ хладона R22 и соответствующих взаимосвязей: µ = f(tВ4, tВ2, tИСТ), Э'тну = cp(tB4, tВ2, tИСТ)

[11]. Как видно из рисунка, при увеличении коэффициента трансформации теплоты, уменьшении стоимости электроэнергии, увеличении стоимости теплоты, замещаемой ее выработкой ТНУ, эффективность использования ТНУ резко возрастает.

При уменьшении разности температур At = (tВ4--tИСТ) коэффициент трансформации теплоты увеличивается (рис. 4), т.к. уменьшаются затраты энергии на привод компрессора (рис. 2, процесс 1 - 2а). Это приводит к увеличению эффективности использования ТНУ. На рис. 5 показано влияние температуры источника теплоты на Эф при tВ4 = = tВ5, т.е. О'тну = 1 . Но с уменьшением температуры tВ4 возникает необходимость догревать воду для системы ГВС до требуемой tВ5, используя теплоту сетевой воды стоимостью ЦТ. При этом доля теплоты О'тну* произведенная в ТНУ, уменьшается. На рис. 6 показано влияние О'тну на эффективность использования ТНУ для различной стоимости теплоты сетевой воды при ЦЭ = 1,1 руб./кВт.ч, tИСТ = = 15 ОС, tВ5 = 55 ОС, tВ2 = 25 ОС. Из графиков следует, что максимальное значение Эф достигается при О'тну = 1 . При уменьшении ЦТ эффективность Эф падает и при определенной стоимости замещаемой теплоты от теплосети может стать отрицательной.

Рассмотрим вариант использования теплоты сетевой воды из обратной линии с температурой tИСТ = tВС при tВ4 = tВ5. На рис. 1 представлена схема включения ТНУ для данного случая, обозначенная пунктирной линией. Необходимое количество теплоты в испаритель ТНУ поступает только от обратной сетевой воды стоимостью ЦТ. Из уравнения (7) следует, что экономический эффект при использовании ТНУ с электроприводом возможен только при соотношении тарифов на теплоту и электроэнергию: ЦЭ/hЭ < ЦТ. На рис. 7 показана область (ниже линии 1), где Эф > О при т|э= 1. С уменьшением т|э уменьшается и ЦЭ, т.е. линия, определяющая ЭФ = 0, становится более пологой. Это справедливо для данного отдельного узла. В общей системе это приводит к увеличению разности температур между теплоносителями в подающем и обратном трубопроводах и, как следствие, возможно: уменьшение расхода теплоносителя, затрат энергии на его перекачку, уменьшения диаметров трубопроводов. Но это отдельная задача для исследования.

Проведенные исследования показывают, что в себестоимость теплоты, произведенной ТНУ с электроприводом, существенную часть вносят энергетические затраты, ЦЭНТ, которые в значительной мере зависят от температурного уровня источника низкопотенциальной теплоты и тарифов на электроэнергию (рис. 8). Из рисунка следует, что при определенных тарифах на электроэнергию и температуре используемой низкопотенциальной теплоты, например, теплоты канализационных стоков [8], грунта земли [9], воды рек и водоемов [10], энергетическая составляющая в себестоимости теплоты, произведенной в ТНУ, может быть соизмеримой с общей себестоимостью теплоты, выработанной другими источниками.

Поэтому, к использованию ТНУ в системах теплоснабжения необходимо подходить взвешенно, с учетом всех конкретных условий. В [7], например, показывается, что использование для привода ТНУ двигателей внутреннего сгорания (ДВС) или в сочетании ТНУ с другими энергоустановками существенно увеличивает эффективность их применения.

Литература

  1. Андрющенко А. И. Сравнительная эффективность применения тепловых насосов для централизованного теплоснабжения // Промышленная энергетика. 1997. № 6.С. 2-4.

  2. Везиришвилли О. Ш., Меладзе Н. В. Энергосберегающие теплонасосные системы тепло- и хладоснабжения. - М.: МЭИ. 1994. - 160 с.

3.Данилов В. В. Повышение эффективности системы централизованного теплоснабжения на основе применения технологии тепловых насосов // Энергосбережение и водоподготовка. 2000. № 2. С. 5-14.

  1. Мартыновский В. С. Циклы, схемы и характеристики термотрансформаторов. Подред. В. М. Бродянского. - М.: Энергия, 1979. - 288 с.

  2. Пустовалов Ю. В. Экономические вопросы развития теплонасосных станций //Теплоэнергетика. 1986. № 3. С. 24-28.

  3. Янтовский Е. И., Левин Л. А. Промышленные тепловые насосы. - М.: Энерго-атомиздат, 1989. - 128 с.

  4. Николаев Ю. Е. Основы повышения эффективности теплоснабжающих комплексов городов. Дис. докт. техн. наук. Саратов: гос. техн. ун-т, 2003.

  5. Шилкин Н. В. Утилизация тепла канализационных стоков // Сантехника. 2003. № 1.С. 12-13.

  6. Васильев Г. П., Шилкин Н. В. Использование низкопотенциальной тепловой энергии земли в теплонасосных установках// АВОК. 2003. № 2. С. 52-60.

  1. Салимов М. Экономия энергоресурсов за счет использования бросового тепла реки водоемов. http://msalimov.narod.ru/Util.htm 2003. С. 1-7.

  2. Мартынов А. В. Установки для трансформации тепла и охлаждения: Сборник задач:Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 200 с.: ил.

  3. ShelghinskiA. Tubi di calore a media temperatura. //ATTI delXXXVI Congresso NazionaleATI dell'Associazione Termotecnica Italiana. -Viaregio, Vol. 1. 1981. pp. 739-752.

  4. Casarosa C., Latrofa E., Shelghinski A. Effetto geyser nel termosifone bifase // ATTI delXXXVI Congresso Nazionale ATI dell' Associazione Termotetecnica Italiana. - Viareggio.Vol. 1. 1981. pp. 753-768.


Журнал «Новости теплоснабжения» №07, 2004 г.; http://www.ntsn.ru

Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Эффективность использования тепловых насосов в централизованных системах теплоснабжения iconПетросян А. Л., Барсегян А. Б., Применение тепловых насосов в системах солнечного теплоснабжения

Эффективность использования тепловых насосов в централизованных системах теплоснабжения iconОб энергетической целесообразности использования абсорбционных тепловых насосов для теплоснабжения
Ся тэц, поэтому получение теплоты с помощью парокомпрессионных электроприводных тепловых насосов на низкопотенциальных холодных источниках...

Эффективность использования тепловых насосов в централизованных системах теплоснабжения iconАктуальность применения тепловых насосов большой мощности для систем централизованного теплоснабжения
Ные установки давно доказали свою эффективность благодаря тому, что передают потребителю в 3 – 5 раз больше энергии, чем затрачивают...

Эффективность использования тепловых насосов в централизованных системах теплоснабжения iconПовышение эффективности централизованного теплоснабжения путём использования тепловых насосов
Защита диссертации состоится 5 декабря 2006 г в 14. 00 на заседании диссертационного совета д 212. 100. 06 в Кубанском государственном...

Эффективность использования тепловых насосов в централизованных системах теплоснабжения iconНа что следует обращать внимание при планировании применения тепловых насосов для нужд водоканалов
В настоящей статье кратко рассмотрены основные моменты, на которые следует обращать внимание при разработке схемы теплоснабжения...

Эффективность использования тепловых насосов в централизованных системах теплоснабжения icon«облачный» сервис для теплофизического моделирования холодильных машин и тепловых насосов
Рассмотрены примеры использования нового метода информационных технологий – технологии «облачных» вычислений для теплофизического...

Эффективность использования тепловых насосов в централизованных системах теплоснабжения iconЗакон об энергосбережении придется исполнять
Экономические аспекты применения тепловых гидродинамических насосов при модернизации систем теплоснабжения

Эффективность использования тепловых насосов в централизованных системах теплоснабжения iconМетодические указания по испытанию сетевых насосов
Методические указания предназначены для персонала наладочных предприятий, служб наладки энергоуправлений, цехов наладки электростанций...

Эффективность использования тепловых насосов в централизованных системах теплоснабжения iconИндивидуальное задание по курсу: «Альтернативные источники энергии» на тему: «цикл карно и тепловые насосы»
Карно и тепловые насосы. Представлена схема работы тепловых насосов, а также описание принципа действия теплонасосной установки....

Эффективность использования тепловых насосов в централизованных системах теплоснабжения iconСостояние и перспективы развития индустрии холода, климатической техники и тепловых насосов
Марта 2011 г., Москва, Крокус Экспо, пав. №2 пройдет конференция под названием «Состояние и перспективы развития индустрии холода,...


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница