Тема: Использование низкопотенциальной сбросной тепловой энергии для целей теплоснабжения в условиях г. Челябинска

Актуальность темы. Тепловые насосы входят в число наиболее перспективных направлений альтернативной энергетики нашей страны [1]. В первую очередь это связано с климатическими особенностями России. Продолжительные суровые зимы наряду с нарастающими проблемами в теплоэнергетическом комплексе требуют не только совершенствование уже существующих технологий, но и введение новых [2]. Так теплонасосная энергетика, которая в многих развитых странах уже является едва ли не повсеместной, может стать важной опорой в решении проблем отечественной теплоэнергетики [3].
В тоже время использование тепловых насосов в условия нашего климата имеет ряд затруднений. Более низкие температуры наружного воздуха в отопительный период, повышенная глубина промерзания грунта - эти и многие другие факторы, характерные для большей части территории России, делают малоэффективным использования тепловых насосов по технологиям, которые применяются в США, Японии и странах Европы. Всё это говорит о том, что внедрение тепловых насосов в нашей стране требует разработки собственных технологий и подходов, позволяющих достичь наибольшей эффективности их использования в отечественных реалиях [4].
Одним из альтернативных подходов применения тепловых насосов в нашей стране является утилизация низкопотенциальной сбросной тепловой энергии [5]. Централизованная система теплоснабжения, используемая в большинстве крупных российский городов, характерная наличием больших объёмов тепловой энергии, которая в обычном случае попросту сбрасывается в окружающую среду. Такое тепло содержится в сбросных и сточных водах, системе охлаждения теплоэлектроцентралей и др. Отсюда следует, что источниками сбросного тепла могут быть как непосредственные производители тепловой энергии, так и сами потребители тепловой энергии. Основная проблема использования сбросного тепла заключается в её низкой
температуре (ниже 40°C). Применение тепловых насосов позволяет преобразовать такое тепло в пригодное для отопления и покрытия прочих тепловых нужд [6].
Теоретическое обоснование разрабатываемого проекта является фундаментальным аспектом разработки любых инженерных объектов и систем, в том числе и тепловых насосов. Компьютерное математическое моделирование является одним из наиболее эффективных вариантов проведения теоретических исследований.
В данной работе рассмотрен пример разработки математической модели в программной среде Simulink, оценивающей эффективность внедрения ТНУ в систему централизованного теплоснабжения в условиях климата средней полосы России. В частности, полученная математическая модель была применения для моделирования утилизации низкопотенциального сбросного тепла в централизованную систему теплоснабжения г. Челябинска.
Новизной предложенного подхода является относительная простота разработанной математической модели с минимальным требованием вычислительных ресурсов. Наряду с этим интерактивность и гибкость данной математической модели позволяют вносить модификации в целях получения более точных и, приближенных к реальности, данных.
Степень научной разработанности проблемы. В основу данной работы легли труды Г.П. Васильева, В.П. Фролова, Е.Я. Соколова, О.С. Филатова, Л.В. Галимова, М.А. Молодкиной, Д.Н. Девянина, Н.В Шилкина, В.В. Слесаренко и других ученых, которые внесли значительный вклад в развитие использование низкопотенциальной энергии в условиях отечественного климата.
В работах [19], [20] исследована возможность применения тепловых насосов в целях утилизации низкопотенциальной теплововй энергии в централизованной системе теплоснабжения российских городов.
Использования тепловых насосов для выработки тепла и холода исследованы в работах [25], [26], [32]. В частности, в работе [32] опыт утилизации низкопотенциального тепла с помощью абсорбционной теплонасосной установки.
В работе [18] проведены натурные испытания по исследованию схем использования теплонасосных установок в энергетике.
Возможность повышения эффективности работы
теплоэлектроцентралей по средствам утилизации тепла с помощью тепловых насосов исследована в работах [27], [31].
В работах [33], [34] исследована утилизация низкопотенциального тепла городских сточных вод с помощью тепловых насосов и перспективы применения данной технологии в отечественных условиях.
Исходными понятиями и терминами в данном реферате являются: возобновляемые источники энергии, теплоэнергетика, утилизация низкопотенциального тепловой энергии, теплонасосные установки (тепловой насос), централизованная система теплоснабжения российских городов (в частности, г. Челябинска).
Утилизация низкопотенциальной тепловой энергии - направление возобновляемой энергетики, занимающееся преобразованием
низкотемпературной сбросной тепловой энергии в тепловую энергию, пригодную для непосредственного использования потребителями, с помощью теплонасосных установок.
Методы исследований. В работе использовались теоретические методы и экспериментальные исследования, заключающиеся в научном анализе возможности использования теплонасосных установок для утилизации низкопотенциалньной тепловой энергии в целях теплоснабжения в климатических и промышленно-экономических условиях российских городов.и проектирования систем утилизации низкопотенциальной сбросной тепловой энергии.
Объект исследования - система теплоснабжения г. Челябинска
Предмет исследования - утилизация сбросной нихкопотенциальной энергии в системе централизованного теплоснабжения.
Целью работы является доказательство возможности повышения эффективности системы теплоснабжения г. Челябинска путём утилизации низкопотенциальной сбросной тепловой энергии с помощью теплонасосных установок.
Идея работы. Увеличение энергоэффективности централизованной системы теплоснабжения за счет раз утилизации низкопотенциальной сбросной тепловой энергии.
В соответствии с указанной целью были поставлены следующие задачи:
1. Провести обзор отечественной централизованной системы теплоснабжения.
2. В соответствии с проведённым обзором выявить основные недостатки существующей системы теплоснабжения и возможные пути их устранения.
3. Описать разновидности и принципы работы теплонасосных установок.
4. Описать принципы утилизации низкопотенциальной сбросной тепловой энергии по средствам использования тепловых насосов.
5. Выявить и классифицировать основные источники низкопотенциального сбросного тепла, характерные для крупных российских городов
6. Провести обзор системы теплоснабжения и промышленно -
экономического комплекса г. Челябинска.7. В соответствии с вышеуказанными пунктами оценить возможность использования низкопотенцильной сбросной тепловой энергии для целей повышения эффективности системы теплоснабжения г. Челябинска.



Купить

В ходе произведённой работы были выполнены следующие задачи:
1. Проведён обзор источников информации, связанный с современным состоянием отечественной теплоэнергетики и перспективы внедрения тепловых насосов в централизованную систему теплоснабжения российских городов, в частности - в г. Челябинске.
2. Разработана математическая модель, оценивающая эффективность применения тепловых насосов в системе централизованного теплоснабжения. Смоделирована как работа самих ТЭЦ и их потребителей, так и утилизация тепла на ТЭЦ и неэнергетических источниках в частности, так в системе теплоснабжения в целом
3. Произведено теоретическое расчётное исследование, связанное с моделированием внедрения тепловых насосов в систему теплоснабжение г. Челябинска.
4. Сделаны выводы по эффективности утилизации сбросного
низкопотенциального тепла в системе теплоснабжения г. Челябинска.
Таким образом были достигнуты поставленные цели, а именно произведено теоретическое исследование по вопросу возможности внедрения тепловых насосов в существующую систему централизованного теплоснабжения на примере г. Челябинска.

Купить