ВВЕДЕНИЕ 9
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 11
1.1 Проблемы теплоснабжения крупных российских городов 11
1.1.2 Проблема организационного устройства отечественной
теплоэнергетики в рамках её исторического развития 13
1.1.3 Современное состояние ТЭЦ и котельных в России 16
1.1.3 Современное состояние тепловых сетей в России 17
1.2 Утилизация сбросной низкопотенциальной энергии с помощью
тепловых насосов 19
1.2.1 Тепловые насосы 20
1.2.2 Утилизация сбросной энергии теплоэлектроцентралей 23
1.2.3 Утилизация потерь тепла на теплосетях 26
1.2.4 Утилизация сбросной энергии неэнергетических объектов 27
1.3 Перспективы утилизации тепловой энергии в г. Челябинске 28
1.3.2 Проблемы теплоснабжения г. Челябинска 29
1.3.3 Источника низкопотенциальной сбросной тепловой энергии г.
Челябинска 30
Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УТИЛИЗАЦИИ СБРОСНОЙ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ГОРОДСКИХ ОБЪЕКТОВ 33
2.1 Расчёт утилизации сбросной энергии на теплоэлектроцентрали 33
2.1.1 Расчёт потребителей теплоэлектроцентрали 33
2.1.2 Расчёт работы теплоэлектроцентрали 46
2.1.3 Расчёт совмещенной работы теплоэлектроцентрали с тепловым насосом 58
2.2 Расчёт утилизации потерь тепла в тепловых сетях с помощью тепловых насосов 68
2.2.1 Расчёт тепловых сетей 68
2.2.2 Расчёт валового потенциала утилизации тепловых потерь на
теплосетях 81
2.2.3 Расчёт технического потенциала утилизации тепловых потерь на
теплосетях 89
2.3 Расчёт утилизации низкопотенциальной сбросной тепловой энергии
городских неэнергетических объектов 98
2.3.1 Расчёт общего количества сбрасываемого тепла городских неэнергетических объектов 98
2.3.1 Расчёт валовой потенциала утилизации низкопотенциальной
сбросной тепловой энергии городских неэнергетических объектов 102
2.3.2 Расчёт технически реализуемого потенциала утилизации сбросной
тепловой энергии городских неэнергетических объектов 107
2.4 Совместный расчёт 111
2.4.1 Совместный расчёт теплосети 112
2.5.1 Совместный расчёт теплоэлектроцентрали 113
3 Оценка эффективности использования низкопотенциальной сбросной
энергии для целей теплоснабжения г.Челябинска 114
3.1 Характеристика потребителей тепловой энергии г. Челябинска 114
3.2 Эффективность утилизации сбросной тепловой энергии на челябинских ТЭЦ с помощью ТНУ 119
3.3 Эффективность утилизации тепловых потерь с помощью ТНУ на
челябинских теплосетях 124
3.4 Эффективность утилизации тепловых потерь городских
неэнергетических объектов г. Челябинска с помощью ТНУ 126
3.5 Итоговая оценка эффективности использования сбросного тепла с
помощью ТНУ в городских условиях г. Челябинска 128
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 130
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 132
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 [1].
Особую важность для отечественной энергетики представляет собой производства тепла. Суровый климат с продолжительными холодными зимами создаёт необходимость обеспечения продолжительных сезонов отопления, что требует значительных затрат топлива, которые превышают почти в 2 раза затраты на электроснабжение [2]. Обеспечение тепла российских потребителей главным образом строится на использование централизованного отопления. 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 [3].
Одним из способов решения проблемы отечественной теплоэнергетики может стать утилизация сбросной тепловой энергии с помощью тепловых насосов. Такой подход позволяет покрыть часть тепловых нужд за счёт энергии, которая в обычном случае попросту сбрасывается в окружающую среду. Кроме того, утилизация тепла позволяет снизить тепловое загрязнения, которое в некоторых случаях является существенным фактором антропогенного воздействия на биосферу [4].
Как правило, крупные источники сбросного тепла расположены в городской среде. Это объясняется высокой концентрацией различных объектов, которые производят тепловую энергию, как в целях теплоснабжения, так и в виде побочного продукта. Так к источникам сбросного тепла, характерными для российских городов, относятся не только теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), тепловые сети, но и объекты, которые не относятся к непосредственной энергетической отрасли. К ним относятся все те объекты, которые осуществляют безвозвратный сброс отработанной воды и/или воздуха. Под этот критерии попадают как объекты жилого и общественного сектора, нуждающиеся в круглосуточном водоснабжении и водоотведении, а также в обеспечении вентиляции помещения, так и объекты промышленного сектора, которые помимо всего прочего генерируют излишки теплоты в ходе производственных процессов. 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 [5]
Целью данной работы является оценка эффективности применения сбросной тепловой энергии с помощью тепловых насосов в городской среде г. Челябинска. Для решения поставленной задачи были проанализированы источники информации и собраны данные, касающееся данной тематики, а именно, технологических принципов и способов утилизации низкопотенциальной сбросной энергии с помощью тепловых насосов, видов и принципов работы тепловых насосов, видов городских источников сбросной энергии, и, наконец, перспектив применения данных технологий в г. Челябинске. Данный сбор и анализ информации лёг в основу первой главы.
Во второй главе описаны теоретические исследования эффективности утилизации низкопотенциального сбросного тепла в городских условиях, основанные на комплексном расчёте, оценивающем эффективность применения тепловых насосов для каждой категории источников тепловой энергии.
В третьей главе описаны теоретические исследования эффективности утилизации низкопотенциального сбросного тепла в условиях г. Челябинска.
В заключении приведены общие выводы, связанные с проведёнными исследованиями и даны общие рекомендации по применению утилизации сбросной энергии с помощью тепловых насосов как в г. Челябинске, так и в городах средней полосы России в целом.
В ходе выполненной работы была проведена оценка эффективности применения сбросной тепловой энергии с помощью тепловых насосов в городской среде г. Челябинска. Для решения поставленной задачи были проанализированы источники информации и собраны данные, касающееся данной тематики, а именно, технологических принципов и способов утилизации низкопотенциальной сбросной энергии с помощью тепловых насосов, видов и принципов работы тепловых насосов, видов городских источников сбросной энергии, и, наконец, перспектив применения данных технологий в г. Челябинске. Данный сбор и анализ информации лёг в основу первой главы.
Во второй главе были описаны теоретические исследования эффективности утилизации низкопотенциального сбросного тепла в городских условиях, основанные на комплексном расчёте, оценивающем эффективность применения тепловых насосов для каждой категории источников тепловой энергии.
В третьей главе описаны теоретические исследования эффективности утилизации низкопотенциального сбросного тепла в условиях г. Челябинска. Данные исследования строились на основе расчётной части, выполненной во второй главе работы.
Результаты, полученные в ходе данной оценки, говорят о целесообразности применения утилизации низкопотенциальной сбросной энергии с помощью тепловых насосов в целях повышения эффективности централизованного теплоснабжения в г.Челябинске. Применение тепловых насосов помогает повысить эффективность теплоснабжения как на уровне производства (ТЭЦ) и транспортировке тепловой энергии, так и на уровне потребителей, которые в данном случае также являются неэнергетической категорией городских источников низкопотенциальной сбросной энергией.
Применение тепловых насосов на челябинских теплоэлектроцентралях позволяет сократить мощность пиковых котельных, что, как следствие, приводит к снижению мощности сжигаемого топлива. Использование тепловых насосов в тепловых сетях позволяет снизить температуру обратной воды. Это приводит не только к сокращению потерь, но и к снижению тепловой нагрузки на теплоэлектроцентраль. Наконец, утилизация тепла сбросной воды и отработанного воздуха неэнергетических объектов г. Челябинска позволяет покрыть существенную часть энергии, необходимой для покрытия тепловых нужд тех же объектов.
При всё при этом, необходимо отметить то, что утилизация сбросной энергии в г.Челябинске создаст более существенный эффект в случае комплексного подхода, направленного на улучшение системы теплоснабжения в городе. Так повышение электрического КПД на теплоэлектроцентралях позволит применять тепловые насосы с более высокой мощностью. Совершенствование системы регулирования на тепловых сетях также позволит получать большую пользу при примирении тепловых насосов.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
