Оценка эффективности применения теплонасосных установок в целях утилизации сбросного тепла

В УСЛОВИЯХ Г. ЧЕЛЯБИНСКА

ЦЕЙЗЕР Г.М., ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск

Науч. рук. канд. техн. наук, доцент ПТАШКИНА-ГИРИНА О.С.

Энергетика является одним из ключевых понятий современного мира, так как она тесно взаимосвязана с экономическими, политическими, экологическими и многими другими глобальными аспектами. Именно поэтому её состояние так важно и актуально в наши дни.

Особую важность для отечественной энергетики представляет собой производство тепла. Суровый климат с продолжительными холодными зимами создаёт необходимость обеспечения продолжительных сезонов отопления, что требует значительных затрат топлива, которые почти в 2 раза превышают затраты на электроснабжение. Обеспечение тепла российских потребителей главным образом строится на использовании централизованного теплоснабжения. Такая особенность принуждает к нерациональному использованию традиционных морально и даже физически изношенных тепловых систем, что приводит к непомерным тратам, которые можно избежать при более грамотном и взвешенном подходе.

Одним из способов решения проблемы отечественной теплоэнергетики может стать утилизация сбросной тепловой энергии с помощью ТНУ. Такой подход позволяет покрыть часть тепловых нужд за счёт энергии, которая в обычном случае попросту сбрасывается в окружающую среду. Кроме того, утилизация тепла способствует снижению теплового загрязнения, которое в некоторых случаях является существенным фактором антропогенного воздействия на биосферу.

Проблема использования сбросного тепла заключается в её низкопотенциальности. Такая особенность делает её непригодной для непосредственного применения в системах теплоснабжения. Поэтому для того, чтобы преобразовать сбросное тепло до нужного уровня необходимо применение тепловых насосов.

Как правило, крупные источники сбросного тепла расположены именно в городской черте. Это объясняется высокой концентрацией различных объектов, которые производят тепловую энергию, как в целях теплоснабжения, так и в виде побочного продукта.

Прежде всего, источниками сбросного тепла являются теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которые в ходе генерации электричества вынуждены производить побочное тепло. Некоторая часть такого тепла непригодна для непосредственного использования в системах отопления, поэтому её необходимо сбрасывать посредством градирен или брызгательных бассейнов, чего можно избежать с помощью тепловых насосов, которые позволяют преобразовать такое тепло в полезное.

Эффективность работы ТЭЦ повышается при понижении температуры обратной сетевой воды по сравнению с величиной, заданной температурным графиком. Отсюда повышение эффективности работы тепловых сетей с помощью тепловых насосов основано на понижении температуры обратной сетевой воды.

Наконец, повышение эффективности теплоснабжения может заключаться не только в совершенствовании ТЭЦ и сети, но и в том, каким способом расходуется произведённое и доставленное тепло. Отсюда применение тепловых насосов целесообразно не только в плане повышения эффективности работы энергетических объектов, но и в целях повышения эффективности объектов, потребляющих тепло.

Практически каждый городской объект как производственной, так и жилой и общественной категории является источником сбросного тепла. Как правило, такое тепло содержится в воде, сбрасываемой в канализационные стоки или непосредственно в водоём, а также в отработанном воздухе.

Данные, собранные в целях решения поставленной задачи, легли в основу расчётного исследования эффективности утилизации низкопотенциального сбросного тепла в городских условиях, основанного на разработке комплексного расчёта, оценивающего эффективность применения тепловых насосов для каждой категории источников низкопотенциальной тепловой энергии.

Завершающим пунктом проведенной работы стало расчётное исследование эффективности утилизации из низкопотенциального сбросного тепла в условиях г. Челябинска. В качестве исходных были выбраны данные, характеризующие современное состояние системы теплоснабжения г. Челябинска.

Итоговым результатом проведённой оценки стало то, что утилизация сбросного тепла в условиях г. Челябинска позволит снизить годовую энергию сжигания топлива на 2,2 млн ТУТ (24,9 % от общего потребления). При этом тепловое загрязнение снизится на 1,5 млн ТУТ. Такой эффект возможен при использовании тепловых насосов общей производимой тепловой мощности 1145 МВт.

УДК 621.311