Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Использование низкопотенциальной теплоты. Книга 2
Посмотреть оригинал

Экономика использования низкопотенциальной теплоты

Определение экономии энергии при использовании тепловых насосов

Высокая энергетическая эффективность теплонасосных установок достигается при незначительной разности между температурой источника теплоты и рабочей температуры. Использование отходящей теплоты и в особенности энергии окружающей среды с помощью тепловых насосов не требует большого расхода приводной энергии при незначительной разности между рабочей температурой и температурой окружающей среды в интервале от 40 до 50 °С.

Схема системы утилизации низкопотенциальной теплоты

Рис. 4.1. Схема системы утилизации низкопотенциальной теплоты

В таблице 4.1. представлен анализ истчоников низкопотеициаль- ного тепла и ее потребителей.

Потребители теплоты ТН

Источники низкопотен- циаль-ной тепло-ты

Плава- тель-ный бас-сейн, вода 27 30оС

Отоп-ление на-поль- ное, вода 25 35оС

Отоп-ление нагретым возду-хом 25 30оС

Отоп-ление

с интен-

сивны-ми

тепло-об-

менни-ками,

вода

40... 55оС

Отоп-ление

тради-цион-

ное,

**

вода

70...100 00

Г оря-чее водо-снаб- жение вода

50...80 оС (45

  • 4,15*
  • 1,37
  • 4,0
  • 1,32
  • 3,9
  • 1,3
  • 3,15
  • 1,04

  • 2,65
  • 0,87

f315)

V 1,04 J

  • 4,15
  • 1,32
  • 4,0
  • 1,32
  • 3,9
  • 1,3
  • 3,15
  • 1,04
  • 2,4
  • 0,8
  • 2,65
  • 0,87

f315)

1>04 J

  • 4,2
  • 1,55
  • 4,4
  • 1,45
  • 4,0
  • 1,32
  • 3,6
  • 1,19
  • 2,7
  • 0,9

2,9 0,96 ( 3,6

Ul9j

  • 4,15
  • 1,37
  • 4,4
  • 1,45
  • 4,0
  • 1,32
  • 3,6
  • 1,19
  • 2,7
  • 0,9
  • 2,9
  • 0,96
  • ( 3,6 1 Ul9j
  • 5,0
  • 1,65
  • 4,7
  • 1,55
  • 4,2
  • 1,38
  • 3,8
  • 1,25
  • 2,7
  • 0,9
  • 3,15
  • 1,04

f 38 1

V 1,25 J

  • 4,5
  • 1,48

3,3

и

  • 3,35
  • 1,1
  • ( 4,5 'j
  • 11,48 J

  • 4,3
  • 1,42

-

-

  • 4,3
  • 1,42

Примечание: * в числителе - коэффициент преобразования р, в знаменателе коэффициент использования первичной энергии КТН при ЮЛ = 0,33;

сюда относится также тепло для технологических нужд.

Для сопоставления эффективности ТН и традиционных генераторов тепла, например, котельных, а также сравнения ТН разных принципов действия, например, парокомпрессионного с приводом компрессора от электродвигателя и абсорбционного, потребляющего тепловую энергию, предложено использование более обобщенного критерия - коэффициента использования первичной энергии К [4.6; 4.7; 4.11]. Он определяется как отношение полезного тепла ТН к теплотворной способности израсходованного топлива.

Представлениее об энергетической эффективности альтернативных вариантов теплоснабжения дает их сопоставление по степени использования первичной энергии (рис. 4.2).

Рис 4.2. Использование первичной энергии при теплоснабжении КТ - котельная; ЭБ - электробойлер; ТЭС - тепловая элекгростанция; ПП - потери преобразования энергии; АТН - абсобционный тепловой насос сжиганием газа; ЭТИ - нарокомпрессионный теплопой насос с электроприводом; ГТН - нарокомпрессионный ТН с приводом от газового двигателя; ПД - потери при фанснортировании энергоносителя (сетевые потери)

Наименее эффективен прямой электрический обогрев (КЭЛ = 0,27...0,34), так как па 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. Коэффициент использования первичной энергии примерно равен КПД котельной: ККТ = 0,75...0,85.

При рациональном применении ТН обеспечивается экономия первичной энергии, КТН >1.

Для ТН с электроприводом коэффициент использования первичной энергии (КТН) равен произведению коэффициента преобразования р и коэффициента использования первичной энергии при выработке электроэнергии (КЭЛ).

При КЭЛ=0,33 эффективность ТН уравнивается с котельной уже при р=2,5. При этом разность температур (ТИВТ - ТИНТ), как правило, не превышает 60 °С.

Парокомпрессиоппые тепловые насосы с приводом от теплового двигателя, например, газовой турбины или дизельного двигателя, оказываются более экономичными. Хотя КПД этих двигателей не превышает 35%, при работе в составе ТН может быть утилизирована и направлена в общий поток нагреваемой ТН среды большая часть потерь, которые воспринимаются смазкой, охлаждающей двигатель жидкостью и выхлопными газами. В результате коэффициент использования первичной энергии привода по сравнению с электрическим возрастает в 1,5 раза, а экономичность ТН обеспечивается и при р > 2,0.

В абсорбционных ТН используется тепловая энергия. Это может быть прямое сжигание топлива, а также различные сбросные потоки тепла в виде горячей воды, отработанного пара и т.п. Эти машины имеют более низкий коэффициент преобразования (коэффициент трансформации) по сравнению с парокомпрессионными ТН. Однако использование топлива с КПД не ниже, чем у котельной, обеспечивает экономию 50....60% первичной энергии по сравнению с котельной.

Количество органического топлива, замещенного при использовании тепловых насосов, предложено рассчитывать через расход условного топлива при его сжигании с коэффициентом полезного действия, равном единице (0,1428 т у.т./Гкал):

где ДО - разность расходов топлива при годовой выработке тепла Qr при традиционной (альтернативной) технологии и с помощью ТН; Qr= 0,86 Qth tr, (Гкал); Qth, кВт - тепловая мощность ТН, tr, ч - продолжительность работы ТН в течение года; КАЛЬТ, КТН коэффициенты использования первичной энергии альтернативного способа и ТН.

Для укрупненных расчетов при КАЛЬТ=0,8 (примерное значение КПД котельных) и КТН = 1,2

Целесообразность применения теплонасосиых технологий в конечном счете определяется их экономической эффективностью и сроком окупаемости. В качестве критерия экономической эффективности предложены удельные приведенные годовые затраты на эксплуатацию теплового насоса

где ЗГ, руб. - годовые приведенные затраты на эксплуатацию теплового насоса. При выработке тепла па нескольких температурных уровнях или одновременной выработке системой полезно используемого тепла и холода, для оценки экономической эффективности предложено использовать отношение годовых приведенных затрат к количеству выработанной в течении года эксэргии.

Энергетическую эффективность многоцелевой системы предложено оценивать с помощью эксэргетического КПД, равному отношению суммы эксэргии к затраченной па ее производство энергии (N3).

Важным слагаемым является экономический эффект от замещенного (сэкономленного) топлива. Если ТН использует тепловую энергию, то экономический эффект (Д 3) определяют умножением величины Д G на стоимость топлива (с коррекцией стоимости топлива, если они неодинаковы для ТН и альтернативной системы).

Для электроприводных ТН экономия может быть оценена как

где ЗАЛЬТ, руб. - затраты на расходуемую энергию (топливо) при альтернативном способе теплоснабжения; ^эл, руб./(кВтч) - тариф на электроэнергию; ^тп - стоимость топлива в пересчете на его теплотворную способность, руб./(кВт»ч).

Экономия средств (Д 3 > 0)возможна лишь при условии

^ЭЛ^ АЛЬТ < ]

“зп/Л

Его выполнение в большей степени определено соотношением тарифов ф,л / ^тп.

В тех районах, где стоимость электроэнергии относительно стоимости органического топлива (природного газа) высока, создаются условия для предпочтительного применения ТН, потребляющих тепловую энергию (так называемые теплоиспользующие ТН): абсорбционных и компрессионных с приводом от газовых двигателей или турбин.

Для оценки экономического эффекта от применения теплонасосной технологии необходимо располагать величиной приведенных годовых затрат для альтернативного (традиционного) генератора тепла.

Достигаемый экономический эффект может быть связан не только с экономией топлива. Может повлиять и ряд других факторов, например исключение затрат, связанных с транспортировкой и хранением топлива (мазута, угля и т.п.). Необходимо, однако, учитывать, что стоимость теплонасосиого оборудования, как правило, выше, чем оборудование традиционных генераторов тепла.

В целом экономичность, целесообразность и практическая возможность реализации проекта теплоснабжения с помощью тепловых насосов зависит от сочетания ряда факторов:

  • • вид и параметры (прежде всего температурные) источника низкопотеициального тепла (ИНТ);
  • • наличие потребителя высокопотеициального тепла с приемлемыми параметрами ИВТ, прежде всего температурными;
  • • наличие эффективного ТН необходимого типа;
  • • целесообразность реализации проекта с точки зрения получаемой экономии топлива, что целиком зависит от сочетания первых трех факторов;
  • • экономическая эффективность проекта, которая кроме целесообразности по предыдущему пункту зависит от многих стоимостных показателей: необходимых капитальных вложений, тарифов на электроэнергию, топливо, воду и др.;
  • • наличие средств па реализацию проекта па предприятии или в регионе;
  • • действительная заинтересованность заказчика в реализации проекта и его решимость осуществить идею.

В сложившихся условиях функционирования системы централизованного теплоснабжения в городах РФ существуют большие возможности повторного вовлечения огромного потенциала низкопотепциальпой теплоты (ПНТ) тепловых потоков и выбросов на энергообъектах СЦТ в топливно-энергетический баланс (ТЭБ) городского энергохозяйства, и, в первую очередь, за счет внедрения энергосберегающей теплонаносной технологии.

До последнего времени работы по освоению теплонапосной технологии велись скорее разрозненными, чем объединенными усилиями. В ряде городов РФ сооружены теплонаносные установки, которые на данном этапе больше выполняют демонстрационные функции. В числе таких городов следует назвать Нижний Новгород, Новосибирск, Саратов, Москву, Санкт-Петербург и др. Повышенный интерес к освоению теплонаноспой технологии в СЦТ, как в прочем и децентрализованном секторе, особенно проявился в последние 5-6 лет. Это обусловлено возрастающим напряжением в топливообеспечении, но главным образом, из-за непрерывного удорожания первичных энергоресурсов, и, как следствие этого, рост цен на энергоносители. Карт. 16

Накопленный опыт внедрения ТНУ в этих городах показывает на существование практически повсюду одних и тех же трудностей, сдерживающих их внедрение в СЦТ. Основными из них являются отсутствие нормативно-правовых документов, регламентирующих взаимодействие структур городского энергохозяйства, финансовых структур (коммерческих банков, инвестиционных фондов и т.п.) и энергопроизводителей в вопросах взаиморасчетов за произведенную теплоту с помощью ТНУ и финансирования данной технологии. Различие и наличие межведомственных интересов сдерживает не только разработку подобных документов, но и эксплуатацию уже смонтированных ТНУ [4.26].

Однако теплонаносная технология неизбежно со временем будет востребована по целому ряду причин. Рассмотрим их более подробно с позиции целесообразности и эффективности внедрения ТНУ в СЦТ городов РФ. Вначале отметим, что в настоящее время только на ТЭС бывшей РАО «ЕЭС России» системой охлаждения технической воды (СОТВ) сбрасывается в окружающую среду не менее 140-150 млн Гкал, что эквивалентно 24-26 млн т у.т. непроизводительного расхода топлива. Естественно, что в разных регионах РФ существуют различия в объемах сброса НПТ, например, из-за применения открытой схемы водоразбора, но это только указывает па необходимость регионального подхода в изучении возможностей применения теплонаиосной технологии, конечно же, с учетом особенностей СЦТ 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 НПТ). Освоение теплонаиосной технологии позволяет изменить сложившееся представление о невозможности полезно вовлекать в ТЭБ бросовую теплоту.

На самом деле СЦТ в крупных городах РФ обладает уникальными возможностями по эффективному вовлечению НПТ в ТЭБ города и с относительно незначительными капитальными затратами в сравнении с таковыми в зарубежных странах, где СЦТ не получила такого развития, как в РФ.

Практически повсюду в целях обеспечения надежности и экономичности теплоснабжения между тепло-магистралями тепловых сетей ТЭЦ и районной котельной (РК) предусмотрены перемычки, которые позволяют, например, летом отключать РК, а подачу теплоты в виде горячей воды производить от ТЭЦ. Это позволяло до недавнего времени увеличивать долю комбинированный выработки тепловой и электрической энергии в неотопительный сезон. Однако в последние несколько лет в связи с переходом на рыночные отношения и в условиях неплатежей этот принцип работы в СЦТ нарушен.

Причиной такого положения явилось различие тарифов на теплоэнергию, производимую на ТЭЦ и РК. Парадокс состоял в том, что городские службы Теплоэнерго реализовали теплоту по завышенному тарифу (установленному для предприятий Теплоэнерго), это и привело к раздельному производству и реализации теплоты на ТЭЦ и РК, в частности, такое положение наблюдается в системе теплоснабжения г. Москвы.

 
Посмотреть оригинал
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы