Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ТЕПЛОТЫ ТЭС В КАЧЕСТВЕ ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ

Ростунцова И.А. 1 Шевченко Н.Ю. 2
1 ФГБОУ ВПО Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.
2 ФГБОУ ВПО Камышинский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВПО Волгоградский государственный технический университет
Современные тепловые электростанции преобразуют в полезную электрическую энергию 30-40 % теплоты топлива, а остальное 60-70 % рассеиваются в окружающей среде. Актуальной проблемой на тепловых электрических станциях является утилизация вторичных энергетических ресурсов. В статье проведено исследование эффективности использования вторичных энергоресурсов в виде сбросной низкопотенциальной теплоты тепловой электрической станции для нужд теплоснабжения теплично-овощного комплекса. Рассмотрены основные способы применения сбросной теплоты ТЭС, одним из наиболее эффективных которых является применение гидротеплиц. Принцип их действия основан на использовании тонкого слоя воды, стекающего по внешнему ограждению. Практически полностью исключаются топливные затраты из себестоимости продукции теплично-овощного комбината. Разработана методика оптимизации теплоснабжения теплично-овощного комбината. На конкретном примере для энергоблока с турбоустановкой Т-110/120-130 получен наиболее целесообразный вариант температурного графика теплосети теплично-овощного комбината.
вторичные энергоресурсы
теплично-овощной комплекс
температурный график
1. Анализ современных парогазовых технологий с утилизацией вторичных энергоресурсов / И.А. Ростунцова, Н.Ю. Шевченко // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 11 (часть 4). C. 581-584.
2. Моделирование сжигания водотопливных смесей в теплоэнергетике с учетом фактора защиты окружающей среды / И.А. Ростунцова, Н.Ю. Шевченко // Успехи современного естествознания. 2014. № 11. С. 44-47.
3. Ривкин С.Л. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. М. Энергоиздат. 1987. 28 с.
4. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети / Е.Я. Соколов. М.: Энергия. 1982. 275 с.

Введение

Актуальной проблемой на тепловых электрических станциях (ТЭС) является утилизация вторичных энергетических ресурсов. Современные электростанции преобразуют в полезную электрическую энергию 30-40 % теплоты топлива, а остальное 60-70 % рассеиваются в окружающей среде [2]. Поэтому использование в сбросной воде имеющихся тепловых ресурсов позволит обеспечить население продукцией теплично-овощных комбинатов (ТОК). Кроме экономии органического топлива улучшается состояние окружающей среды за счет снижения теплового загрязнения и уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу.

Потенциал охлаждающей воды на выходе из конденсаторов ТЭС (28-40°) затрудняет её применение в промышленности, кроме того в районах крупных электростанций в большинстве случаев отсутствуют энергоемкие предприятия и крупные коммунально-бытовые потребители теплоты [1].

Теплоснабжение гидротеплиц

В сложившихся условиях ряд сельскохозяйственных объектов представляется реальным потребителем теплоты паротурбинных установок. К их числу относятся обогреваемый и орошаемый теплой водой открытый грунт, тепловодное рыбное хозяйство, микробиологическое производство, тепличное производство, (высотные теплицы, каскадные теплицы – градирни, стандартные теплицы, шампиньоницы.). Высотные теплицы имеют малую площадь размещения, но значительную посадочную площадь. Соотношение этих показателей в 100-200 раз больше, чем в обычных теплицах. Конструкция высотных теплиц позволяет располагать их в непосредственной близости к источнику тепла. Каскадные теплицы – градирни (гидротеплицы) работают следующим образом: теплая сбросная вода поступает на верхний уровень кровли теплиц, затем самотеком, через регулируемые сливные системы, расположенные на каждом ярусе кровли теплицы, постепенно опускается вниз. Слой теплой воды, образующейся на кровле, обеспечивает внутри теплицы необходимый микроклимат. Охлажденная таким образом вода, возвращается к источнику тепла. Значительное количество сельскохозяйственных культур может выращиваться в теплицах традиционных конструкций, но только с почвенным обогревом, без дополнительного обогрева воздуха. Привлекательной особенностью этого этапа обогрева являются низкие капиталовложения в сооружение системы отопления.

Анализ параметров сбросной теплоты паротурбинных электростанций показывает, что ее использование для обогрева тепличных комбинатов требует либо применение нетиповых конструкций теплиц, отопительных приборов и систем отопления, либо догрева теплоносителя до стандартной температуры.

Один из наиболее эффективных способов утилизации низкопотенциальной сбросной воды – применение гидротеплиц. Принцип их действия основан на использовании тонкого слоя воды, стекающего по внешнему ограждению. Следует отметить, что в данном случае практически полностью исключается топливные затраты из себестоимости продукции теплично-овощного комбината (ТОК) или энерго-биологического комплекса (ЭБК).

Примерная схема использования сбросного тепла для теплоснабжения теплиц показана на рис. 1.

6tech.eps

Рис. 1. Схема теплоснабжения ТОК (ЭБК) на базе низкопотенциальной теплоты ТЭС

Оценка эффективности использования вторичных энергоресурсов ТЭС

Для оценки эффективности использования сбросной теплоты ТЭС и оптимальной площади теплично-овощных комбинатов приняты к расчету следующие варианты температурного графика:

1 вариант – температурный график ТОК = 30°/20°

2 вариант – температурный график ТОК = 40°/25°

3 вариант – температурный график ТОК = 50°/30°

4 вариант – температурный график ТОК = 60°/35°

Для блока ТЭС с турбинами Т-110/120-130 в расчет включены следующие параметры: давление в конденсаторе в стандартном варианте Рк, кПа; расход пара в конденсатор Dк, кг/с; температура циркуляционной воды на входе а конденсатор: τ=+15°С – расчетная; τ=+35°С – максимально-возможная по правилам эксплуатации.

Использование низкопотенциальной теплоты ТЭС для теплоснабжения ТОК требует увеличения температуры охлаждающей воды конденсаторов, что приведет к некоторому ухудшению вакуума и недовыработки электроэнергии турбоустановкой [4]. Вследствие чего следует проводить оптимизационные расчеты для определения наиболее экономически целесообразного варианта теплоснабжения. Оптимальным вариантом принимается вариант, имеющий максимум интегрального экономического эффекта теплично-овощных комбинатов:

6tech1.eps, млн. руб., (1)

где t – номер шага расчета (t=0,1,…, T); T – горизонт расчета (принят T=10 лет); Rt - результаты на t-м шаге расчета (выручка от реализации продукции ТОК), млн. руб.; Зt - затраты на t-м шаге расчета млн. руб./год; αt – коэффициент дисконтирования.

В состав годовых результатов включены: выручка от реализации продукции ТОК (овощей, зелени, грибов, цветов и т.д.) и стоимость покупной теплоты (в случае если теплицы находятся на балансе ТЭС):

6tech2.eps, млн. руб./год, (2)

где wst – годовой объем реализации продукции ТОК млн. руб./год; 6tech3.eps – количество теплоты, потребляемой ТОК, МВт; Tq – тариф на тепловую энергию руб. / ГДж. Капиталовложения в ТОК составят:

6tech4.eps, млн руб., (3)

где 6tech5.eps – капитальные вложения в ТОК, руб.; 6tech6.eps – площадь ТОК, м2.

Затраты в ТОК определяются:

6tech7.eps млн. руб/год, (4)

где ИАМ – амортизационные отчисления; ИТР – издержки на текущий ремонт (1% от ИАМ); ИЗП – издержки на заработную плату; 6tech8.eps – затраты, вызванные недовыработкой электроэнергии энергии:

6tech9.eps (5)

где missing image file – недовыработка электроэнергии энергоблоком, МВт; 6tech10.eps – число часов работы ТОК, ч/год; TЭ – тариф на электроэнергию, МВт∙ч/год.

Результаты расчета сведены в табл. 1 и представлены на рис. 2.

Таблица 1

Расчет эффективности энергоснабжения ТОК на базе низкопотенциальной теплоты ТЭС

Параметры

Обозначение

Размерность

Расчет

Расчет по вариантам

1

2

3

4

Расход пара в конденсатор в стандартном режиме

Дк

кг/с

Из расчёта тепловой схемы на один блок при номинальном режиме

25

25

25

25

Давление и температура в конденсаторе в стандартном режиме

- энтальпия пара

- энтальпия конденсата

Psk

tsk

6tech11.eps

6tech12.eps

МПа ºС

кДж/кг

кДж/кг

По h-s таблицам теплофизических свойств воды и водяного пара [3]

0,039

28,54

2553,1

119,56

0,039

28,54

2553,1

119,56

0,039

28,54

2553,1

119,56

0,039

28,54

2553,1

119,56

Температура циркуляционной воды в стандартном режиме

6tech13.eps

ºС

Из расчёта тепловой схемы энергоблока

28/15

28/15

28/15

28/15

Расход циркуляционной воды в стандартном режиме

W

Кг/с

Дк∙(hкл-hкв)

6tech15.eps

9762,8

9762,8

9762,8

9762,8

Доля воды, отдаваемой на теплоснабжение ТОК

αТОК

-

задаётся

0,10

0,10

0,10

0,10

Температурный график ТОК

6tech13.eps

ºС

задаётся

30/20

40/25

50/30

60/35

Потребное количество теплоты для отопления ТОК

Qток

МВт

6tech16.eps

405,4

608,1

810,9

1013,6

ГДж

1459,4

2189,2

2919,2

3646,8

Удельный расход теплоты на ТОК

qТОК

МВт/Га

Принят

6

6

6

6

Годовая потребность теплоты ТОК

6tech14.eps

тыс. МВт·ч/год

6tech17.eps

106,7

159,9

213,3

266,7

Результаты от использования теплоты НПК для теплоснабжения ТОК

Rt

млн.рубгод

6tech18.eps·Тq

140,4

209,88

265,5

323,54

Недовыработка электроэнергии от изменения в вакуума в конденсаторе

missing image file

МВт

Дк· (hКП-hКПИСХ) ·ηЭМ·η2·103

ηЭМ=0,98 η2=0,99

0,948

2,443

3,841

5,253

Затраты от недовыработки э/э

missing image file

млн. руб./год

6tech20.eps

3,29

8,501

13,37

18,29

Суммарные затраты ТОК

Зt

млн. руб./год

Иан+ ИТРt+ ИЗПt+6tech19.eps

50,322

110,88

168,33

226,54

Годовой чистый доход

Эt

млн. руб./год

Rtt

90,08

99,0

97,17

97,0

missing image file

Рис. 2. Оценка эффективности теплоснабжения на базе сбросного тепла ТЭС

Как видно из табл. 1 и рис. 2 наиболее оптимальным является вариант 2 с температурным графиком ТОК = 40°/25°, дающий наибольший экономический эффект от теплоснабжения ТОК.

Выводы

На тепловых электрических станциях утилизация вторичных энергетических ресурсов является актуальной проблемой. Современные электростанции преобразуют в полезную электрическую энергию 30-40 % теплоты топлива, а остальное 60-70 % рассеиваются в окружающей среде. Один из наиболее эффективных способов утилизации низкопотенциальной сбросной воды – применение гидротеплиц.


Библиографическая ссылка

Ростунцова И.А., Шевченко Н.Ю. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ТЕПЛОТЫ ТЭС В КАЧЕСТВЕ ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 9-4. – С. 618-621;
URL: http://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=7558 (дата обращения: 01.03.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074