ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ В ТЕПЛОВОЙ СХЕМЕ МИНИ-ТЭЦ

Веретенникова Т. Е. (ЭНМ-09м)*

Донецкий национальный технический университет

Источник: Всеукраинская научно-практическая конференция студентов "Металлургия XXI столетия". Сборник докладов. - Донецк, ДонНТУ 2010г.

В схеме источника теплоэлектроснабжения на мини-ТЭЦ тепловой насос является элементом, позволяющим регулировать соотношение производства тепловой и электрической энергии. Учитывая различную стоимость электроэнергии в различное время суток, тепловой насос позволяет оптимизировать режим работы ТЭЦ с целью получения максимальной прибыли.

Рассмотрим случай использования тепловой энергии от ТЭЦ для удовлетворения нагрузки отопления с использованием тепловых насосов. Принципиальная схема включения теплонасосной и когенерационной установок показана на рисунке.

 

Рисунок – Принципиальная схема включения теплонасосной и когенерационной установок

 

Теплонасосная установка (ТНУ) является первой ступенью нагрева сетевой воды. Охлаждая низкотемпературный источник тепловой энергии от t_и1 до t_и2., она нагревает сетевую воду от  до . Далее сетевая вода поступает в когенерационную установку (КГУ), где нагревается до температуры .

Рассмотрим вариант с парокомпрессионными тепловыми насосами, так как для их привода необходима электроэнергия, вырабатываемая КГУ. При этом ограничение максимальной температуры нагрева воды составляет 55-65⁰С.

Доля нагрузки отопления , которую будут нести тепловые насосы в рассматриваемой схеме при условии, что вся электроэнергия, производимая КГУ, будет потребляться приводом ТНУ, с учетом собственных нужд ТЭЦ, определим по формуле:

                                            (1)

 

где  - коэффициент преобразования теплового насоса, который характеризует эффективность его работы;

 - электрический КПД ТЭЦ нетто;

 - тепловой КПД КГУ.

Температура сетевой воды после теплового насоса будет определяться на основании температурного графика и доли нагрузки отопления, выполняемой тепловыми насосами:

 

                                           (2)

 

Тогда расчетная доля покрытия нагрузки отопления ТНУ будет равна:

 

,                                             (3)

 

Сравнивая α и α', мы можем оценивать общую эффективность работы всей мини-ТЭЦ. То есть при , в условиях, расчетных для проектирования отопления, ТЭЦ будет работать без выдачи электрической мощности в энергосистему, что целесообразно в ночной период. То есть вся электроэнергия будет идти на работу ТНУ.

При  КГУ будут вырабатывать больше электроэнергии, чем это необходимо для привода тепловых насосов. В этом случае есть два варианта. Либо избыточно производимая электрическая мощность  отдается в энергосистему, либо, при невозможности этого, ее направляют на питание другого оборудования ТЭЦ, например, электрического котла. Второй случай является более убыточным, особенно при условии возможности получения прибыли от продажи электроэнергии в первом.

Выдачу же избыточно производимой электроэнергии в энергосистему целесообразно осуществлять в пиковый период, покрывая недостающую нагрузку от неэффективных источников, когда это необходимо самой энергосистеме. Это будет экономически оправданным и в полупиковый период. При этом при помощи байпаса мы отключаем тепловой насос, тем самым увеличивая количество электроэнергии, подаваемой в сеть. В этом случае тепловая нагрузка полностью передается на когенерационную установку.

Положительная роль регулирования тепловыми насосами работы данной схемы очевидна. Дальнейшим направлением данного исследования должна стать минимизация срока окупаемости данной схемы теплоэлектроснабжения с учетом капитальных вложений и реальной выгоды от её применения.

Веретенникова Т. Е.

Донецкий национальный технический университет

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ В ТЕПЛОВОЙ СХЕМЕ МИНИ-ТЭЦ

Научный руководитель: д. т. н., проф. кафедры ПТ Сафьянц С. М.