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:
- а) совокупный коэффициент полезного использования (КПИ) первичного энергоресурса
, определяемый
произведением частных КПД по всем звеньям энергетического процесса; - б) совокупный удельный расход первичного энергоресурса
на единицу полезно израсходованной теплоты у потребителя.
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:
- 1) потери топлива при транспорте его от территориальной топливной базы
до котельной (КПД транспорта топлива
); - 2) потери энергоресурса при генерировании тепла в котельной (КПД котельной
, учитывающий
также потери ресурса при производстве электроэнергии в энергосистеме на
нужды котельной); - 3) потери теплоэнергии при транспорте ее к потребителям (КПД транспорта
тепла
); - 4) потери энергоресурса от ненадежности системы теплоснабжения (КПД системы по условиям надежности |nten);
- 5) потери тепла из-за утечек теплоносителя (КПД системы по условиям расхода
теплоносителя
) ; - 6) потери и перерасходы теплоэнергии у потребителя вследствие вынужденных
перетопов от несовершенства регулирования подачи теплоты в потребительские
устройства (КПД использования тепла у потребителя
)
.
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:
- 1) средневзвешенный удельный расход условного топлива на отпуск электроэнергии
от действующих Лукомльской и Березовской ГРЭС а их совокупности - 329 г
у.т/кВт.ч
(КПД генерирования электроэнергии
=0,374); - 2) удельный расход топлива на новых парогазовых энергоблоках -270 г у.т/кВт.ч
(КПД генерирования электроэнергии
=
0,456); - 3) потери электроэнергии в электросетях энергосистем - 10 %
(КПД передачи электроэнергии
=
0,9); - 4) потери энергии от ненадежности электроснабжения - 2 %
(КПД надежности системы
= 0,98) .
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.
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.
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.
