1. Энергетическая эффективность тепловых насосных установок "ЮРЛЕ" в сравнении с альтернативными теплоисточниками

1.1. Критерии экономической эффективности
1.2. Сравнительная энергетическая эффективность систем теплоснабжения
1.3. Энергетическая эффективность применения аппаратов "ЮРЛЕ" в системах централизованного теплоснабжения

1.1. Критерии энергетической эффективности

Для определения этих критериев используется системный подход, при котором потери топлива и энергии учитываются по всем звеньям энергетического процесса от транспорта первичного энергоресурса (топлива) до конечного потребления произведенной тепловой энергии.
В качестве критериев энергетической эффективности применяются два взаимосвязанных показателя:

Если совокупный удельный расход первичного энергоресурса выражать в килограммах условного топлива на одну гигакалорию полезно потребленного тепла, то его связь с КПИ. описывается уравнением


Величины названных критериев в значительной мере зависят от полноты учета потерь энергии по звеньям энергетического процесса. В случае альтернативных котельных, работающих на различных видах топлива , при определении и учитываются следующие виды потерь:

В вариантах теплоснабжения с использованием электроэнергии (аппараты "ЮРЛЕ", альтернативные электроводоподогреватели) уровень их энергетической эффективности в определяющей степени зависит от КПД электростанций энергосистемы, участвующих в электроснабжении этих установок.
В данной работе принимается, что электроснабжение привода аппаратов "ЮРЛЕ" и альтернативных источников, использующих электроэнергию, будет осуществляться от тепловых электростанций, замыкающих электробаланс Белорусской энергосистемы. Б настоящее время - это крупные действующие конденсационные электростанции Лукомльская и Березовская ГРЭС, а в ближайшей перспективе - это намечаемые к строительству новые парогазовые энергоблоки (Зельвинская ГРЭС, Минская ТЭЦ-5).
При расчете показателей эффективности использования энергоресурса в варианте теплоснабжения с использованием электроэнергии учитывается КПД генерирования электроэнергии на замыкающих электростанциях, потери электроэнергии в линиях электропередачи, потери энергии от ненадежности электроснабжения, коэффициент преобразования электроэнергии в теплоту в теплогенерирующем аппарате, расположенном у потребителя. Потери тепла у потребителя в данном случае не учитываются, поскольку считается, что электрический вариант теплоснабжения обеспечивает глубокое и полное регулирование подачи тепла в потребительские установки.

1.2. Сравнительная энергетическая эффективность систем теплоснабжения

1.2.1. Система теплоснабжения с аппаратами "ЮРЛЕ".
Показатели электроснабжения приняты по отчетным данным Концерна "Белэнерго" и проектным материалам БелНИПИэнергопрома по парогазовым установкам. Они составили:

С учетом указанных показателей аналитические зависимости коэффициента полезного использования первичного энергоресурса от коэффициента преобразования электроэнергии в теплоту для аппаратов "ЮРЛЕ" будут иметь вид:

при электроснабжении от действующих конденсационных электростанций (Лукомльская и Березовская ГРЭС)


при электроснабжении от новых парогазовых установок

Соответственно совокупные удельные расходы первичного энергоресурса по вариантам электроснабжения определятся соотношениями


Результаты расчета названных величин при значениях коэффициента преобразования электроэнергии в теплоту в аппаратах "ЮРЛЕ" в диапазоне от 0,8 до 2,0 приведены в табл.1.1.

Таблица 1.1. Удельный расход и коэффициент полезного использования первичного энергоресурса в системах теплоснабжения с аппаратами "ЮРЛЕ"

Коэффициент преобразования электроэнергии в теплоту в аппаратах "ЮРЛЕ"
Удельный расход и КПИ первичного энергоресурса при электроснабжении от
Действующих КЭС
Новых парогазовых установок
,
кг у.т./Гкал
,
кг у.т./Гкал
0,90
0,297
481,5
0,362
395,0
1,05
0,346
413,3
0,422
338,8
1,20
0,396
361,1
0,482
296,7
1,40
0,462
309,5
0,563
254,0
1,60
0,528
270,8
0,643
222,4
1,80
0,594
240,7
0,723
197,8
2,00
0,660
216,6
0,804
177,8

 

1.2.2. Системы теплоснабжения с альтернативными электроводонагревателями.
Коэффициент преобразования электроэнергии в теплоту в наиболее характерных электроводонагревателях составляет около 93 %. Подставляя значение этого коэффициента в выражения (1.2) и (1.3) , коэффициент полезного использования первичного энергоресурса в системах теплоснабжения с электроводонагревателями определяется величинами:

при электроснабжении от действующих КЭС

при электроснабжении от новых парогазовых установок


Соответственно совокупные удельные расходы топлива, отнесенные на 1 Гкал полезно потребленного тепла, составят

1.2.3. Системы теплоснабжения с альтернативными мелкими котельными
В процессе работы рассмотрены мелкие отопительные котельные с котлами различных типов и производительности при работе их на угле, жидком топливе и природном газе. При оценке КПД этих котельных (с учетом расхода топлива на производство электроэнергии для нужд котельной) использованы разработки Сибирского энергетического института Российской Академии наук и проектные данные института "Сантехпроект" (г.Москва) . Потери тепла у потребителей от несовершенства регулирования теплоснабжения с котельными приняты в соответствии с рекомендациями академика Л. А. Мелентьева (Сибирский энергетический институт). Результаты расчета показателей энергетической эффективности представлены в табл. 1.2.

Т а б л и ц а 1.2. Коэффициенты полезного использования и удельные расходы первичного энергоресурса в системах теплоснабжения с малыми альтернативными котельными, работающими на различных видах топлива

№ п/п
Показатель
Условное обозначение
КПИ и удельный расход первичного энергоресурса при использовании
природного газа
жидкого топлива
Угля
сортового
рядового
1 Частные КПД по стадиям процесса - транспорт топлива
0,99
0,98
0,96
0,95
- производство тепла в котельных *
0,80
0,70
0,65
0,60
- транспорт теплоэнергии
0,95
0,95
0,95
0,95
- надежность тр-та тепла по теплопроводам
0,95
0,95
0,95
0,95
- утечка теплоносителя
0,93
0,93
0,93
0,93
- использование теплоэнергии у потребителей
0,78
0,78
0,78
0,78
2 Коэффициент полезного использования первичного энергоресурса
0,518
0,449
0,408
0,373
3 Удельный расход первичного энергоресурса на 1 Гкал полезно потребленного тепла, кг у.т./Гкал
276,0
318,0
350,5
383,4
* В КПД котельной учтен расход топлива на производство потребляемой ими электроэнергии.

Из приведенных данных следует, что полные совокупные удельные расходы топлива в системах теплоснабжения в 1,5 - 1,6 раза превышают принимаемые в расчетах показатели удельных расходов топлива на производство тепла в котельных. Это объясняется учетом потерь энергоресурса во всех звеньях процесса теплоснабжения, кроме котельной, и в первую очередь потери и нерациональное использование теплоты в процессе ее потребления.

1.2.4. Сравнение систем теплоснабжения по энергетическому эффекту.
Системы сравниваются по тепловому удельному расходу первичногс энергоресурса (топлива) , отнесенному на единицу полезно потребленной тепловой энергии.

<<-- Рис.1.1. Полный удельный расход первичного энергоресурса
на единицу полезно потребленной тепловой энергия для различных теплоисточников:

1 - аппараты "ЮРЛЕ" при электроснабжении от КЭС; 2 - то же при электроснабжении от парогазовых установок; 3 - 6 - мелкие отопительные котельные на рядовых и сортовых углях жидком топливе и природном газе соответственно; 7,8- электроводонагреватели при электроснабжении, от КЭС и ЛГУ

Для аппаратов "ЮРЛЕ" удельный расход топлива в значительной мере зависит от коэффициента преобразования электроэнергии в теплоту и от КПД генерирования электроэнергии в энергосистеме на замыкающих электростанциях .
При получении электроэнергии от ныне действующих КЭС (Лукомльская и Березовская ГРЭС) аппарат "ЮРЛЕ" в энергетическом отношении становится эффективнее котельных, работающих на рядовых углях, торфобрикетах и дровах уже при коэффициенте преобразования 1,12. При коэффициенте преобразования 1,22 он эффективнее котельных на сортовых углях, а при коэффициентах 1,35 и 1,45 сравнивается с коэффициентами на жидком топливе и природном газе.
С получением электроэнергии в будущем от парогазовых установок эффективность аппаратов "ЮРЛЕ" резко повышается. В энергетическом отношении они становятся конкурентными для мелких котельных на любых видах топлива уже при коэффициенте преобразования 1,27, т.е. близком к наиболее реальному значению этого показателя. Все другие электроводонагреватели по энергетической эффективности уступают аппаратам "ЮРЛЕ".
Из полученных результатов можно сделать вывод, что уже в настоящее время применение аппаратов "ЮРЛЕ" вместо мелких котельных на твердом топливе не наносит энергетического ущерба в республике. С вводом в эксплуатацию в энергосистеме Республики Беларусь экономичных парогазовых установок аппараты "ЮРЛЕ" будут в состоянии обеспечить экономию энергоресурсов при замещении всех видов мелких котельных, работающих как на твердом, так и на жидком и газообразном топливе.

1.3. Энергетическая эффективность применения аппаратов "ЮРЛЕ" в системах централизованного теплоснабжения

В общем случае аппараты "ЮРЛЕ" уступают системам ЦТ по энергетической эффективности при условии, что последние работают в номинальном режиме с нормативными потерями теплоты в тепломагистралях. Однако в существующих ныне реальных условиях магистральные теплосети ЦТ работают с недогрузкой и с большими потерями тепла из-за низкого качества и износа теплоизоляции. Потери тепла в тепломагистралях по официальным данным составляют до 50%, а иногда и выше.
В этих условиях вполне реальна ситуация, при которой энергетическая эффективность использования первичного энергоресурса в системах ЦТ уравнивается с энергетической эффективностью системы теплоснабжения с аппаратами "ЮРЛЕ". Легко определить предельные значения загрузки тепломагистралей ЦТ, при которых такое уравнивание наступает.

КПД транспорта теплоты по тепломагистралям ЦТ можно описать уравнением, где - коэффициент загрузки; - доля потерь тепла; - номинальная нагрузка тепломагистрали.

С учетом этого коэффициент полезного использования первичного энергоресурса (КПИ) для систем ЦТ определяется по формуле

(расшифровка обозначений приведена в табл. 1.2).

КПД генерирования теплоты в Белорусской энергосистеме с учетом среднего удельного расхода топлива (172 кг у.т/Гкал) составит 143/ /172 = 0,831. Подставляя значения остальных величин в формулу (1.5), получаем

Предельное значение коэффициента загрузки телломагистрали, при котором энергетическая эффективность систем ЦТ и систем теплоснабжения с аппаратами "ЮРЛЕ" уравнивается, находится из равенства их КПИ:

Значения КПИ для систем с аппаратами "ЮРЛЕ" приведены в табл.1.1. При коэффициенте преобразования электроэнергии, затрачиваемой на привод оборудования, в теплоту, разном 1,2, их величины составляют:
при электроснабжении от действующих КЭС - 0,396;
при электроснабжении от новых парогазовых установок - 0,432. После подстановки этих значений в уравнения (1.6) и (1.7) , формулы для расчета предельного коэффициента загрузки тепломагистралей ЦТ примут вид :

при электроснабжении от действующих КЭС

при электроснабжении от новых парогазовых установок

Результаты расчета предельных значений коэффициента загрузки представлены в табл .1.3.

Таблица 1.3. Предельные значения коэффициента загрузки тепломагистралей, при которых энергетическая эффективность системы ЦТ и системы теплоснабжения с аппаратами "ЮРЛЕ" уравнивается

№ п/п
Доля потерь теплоты в тепломагистралях через теплоизоляцию
Коэффициент загрузки тепломагистралей, при котором эффективность систем выравнивается
при электроснабжении аппаратов "Юрле" от
действующих КЭС новых ПГУ
1 Проектное значение - 5%
0,142
0,238
2 Фактические величины по уровням 10%
0,284
0,476
15%
0,427
0,476
20%
0,569
0,950

 

Из приведенных данных видно, что применение аппаратов "ЮРЛЕ" в системах централизованного теплоснабжения в реальных условиях не наносит энергетического ущерба даже при небольших значениях недогрузки тепломагистралей.

<<Назад == Далее>>

Введение 1 2 3 Выводы