Использование вторичных энергоресурсов в теплофикационных системах

Основные причины снижения экономичности ТЭЦ и подключенных к ним систем теплоснабжения. Разработка новой энергосберегающей технологии совершенствования системы транспорта тепловой энергии. Применение мини-ГЭС для утилизации избыточного давления воды.

Рубрика Физика и энергетика
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 27.02.2017
Размер файла 29,9 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ульяновский государственный технический университет (УлГТУ), г. Ульяновск

Использование вторичных энергоресурсов в теплофикационных системах

К.т.н. М.М. Замалеев, доцент кафедры «ТГВ»;

д.т.н. В.И. Шарапов, профессор, заведующий кафедры «ТГВ»,

руководитель НИЛ «Теплоэнергетические системы и установки»

Введение

Особенностью отечественной энергетики является высокая степень централизации теплоснабжения. Основными источниками тепловой энергии являются теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), суммарная электрическая мощность которых составляет более 30% мощности электростанций страны. Вместе с тем работа отечественных теплофикационных систем сопряжена с рядом проблем, обусловленных повышением стоимости топливно-энергетических ресурсов, изношенностью тепловых сетей и оборудования теплоисточников, недостаточностью инвестиций на техническое перевооружение и несоответствием традиционно применяемых технологий современным научно-техническим и экономическим требованиям.

Основными причинами снижения экономичности ТЭЦ и подключенных к ним систем теплоснабжения являются, во-первых, существенное сокращение выработки электроэнергии на тепловом потреблении, во-вторых, значительные потери при транспорте теплоносителей. Так, например, эксплуатационные затраты электроэнергии на перекачку теплоносителя составляют 6-10% от стоимости отпускаемой тепловой энергии. Тепловые потери в трубопроводах магистральных тепловых сетей составляют около 10-11% произведенной энергии, а суммарные потери с учетом распределенных сетей в отдельных случаях доходят до 30% [1]. Вместе с тем на большинстве действующих ТЭЦ и подключенных к ним системах теплоснабжения имеются значительные резервы энергоэффективности, связанные с использованием альтернативных источников энергии для утилизации бросового потенциала вторичных энергоресурсов.

Сотрудниками НИЛ «Теплоэнергетические системы и установки» УлГТУ предложены новые технологические решения применения альтернативных источников энергии - мини-ГЭС на ТЭС и в тепловых сетях для утилизации бросового потенциала вторичных энергоресурсов.

Проект для системы транспорта тепловой энергии

Новая энергосберегающая технология совершенствования системы транспорта тепловой энергии предложена для внедрения в качестве пилотного проекта в тепловых сетях филиала ОАО «Волжская ТГК» «Территориальное управление по теплоснабжению г. Ульяновска» (ТУТС г. Ульяновска) и предполагает применение мини-ГЭС для редуцирования давления сетевой воды в обратном трубопроводе на подкачивающих насосных станциях (ПНС) [2].

ПНС применяются во многих системах централизованного теплоснабжения городов России (в основном поволжского и центрального регионов) и предназначены для подачи теплоносителя от теплоисточника до потребителей в случае наличия значительных потерь давления в теплосети и невозможности обеспечения требуемого давления сетевой воды у потребителей только за счет сетевых насосов теплоисточников.

Например, в тепловых сетях г. Ульяновска имеется пять подкачивающих насосных станций - четыре на подающем трубопроводе (ПНС-1, 4, 5, 7) и одна на обратном (ПНС-6). В течение двух последних отопительных периодов работали только три насосные станции: ПНС-1, ПНС-5, ПНС-7, которые обеспечивали подачу теплоносителя в Ленинский район Ульяновска. Величина подъема теплоносителя составляет 65-85 м. В настоящее время на каждой из трех ПНС работают по одному сетевому насосу СЭ-1250-70. В летний период ГВС потребителей обеспечивается работой одной или двух насосных станций в зависимости от режима работы тепловых сетей: с закольцовкой или без закольцовки тепловых сетей Ленинского района. Режим без закольцовки реализуется двумя ПНС при проведении ремонтных работ на трубопроводах-перемычках.

ПНС

СН в работе

Дата,

время

замера

Параметры со стороны ТЭЦ

Напор

насоса,

кгс/см2

Ленинский район

P1.

кгс/см2

Р2.

кгс/см2

t1.

°С

t2

°С

Pi.

кгс/см2

P2.

кгс/см2

G1,

т/ч

G2.

т/ч

ПНС № 1

СН-4

18.04.11

8:00

5,8

1,5

69

47

13,7

8,5

5

300

990

СН-4

18.04.11

12:00

6

1,4

69

47

14

8,5

5

230

930

СН-4

18.04.11

18:00

5,8

1,4

69

47

13,7

8,5

5

250

1000

СН-4

Среднее

значение

5,9

1,4

69

47

13,8

8,5

5

260

973,3

ПНС

№5

СН-2

18.04.11

8:00

8

2,3

69

44

13

13

6,5

1130

990

СН-2

18.04.11

12:00

8,8

2,3

69

44

13,6

13

6,5

1140

1000

СН-2

18.04.11

18:00

8,8

2,2

69

44

13,5

13

6,5

1160

1000

СН-2

Среднее

значение

8,5

2,3

69

44

13,4

13

6,5

1143

996,7

ПНС

№7

СН-4

18.04.11

8:00

7,3

0,7

69

41

13,9

12,5

6

1115

255

СН-4

18.04.11

12:00

7,5

0,5

69

41

14,6

12,5

6

1195

255

СН-4

18.04.11

18:00

7,8

0,5

69

41

14,5

12,5

6

1185

275

СН-4

Среднее

значение

7,5

0,6

69

41

14,3

12,5

6

1165

261

В ходе обследования режимов работы насосных станций ТУТС г. Ульяновска проведены замеры параметров сетевой воды на входе и выходе ПНС, результаты которых представлены в табл. 1. В настоящее время на ПНС г. Ульяновска производится редуцирование избыточного давления сетевой воды в обратном трубопроводе в среднем с 50-65 м вод. ст. до 14-23 м вод. ст. за счет работы регулятора давления. Расход обратной сетевой воды составляет в среднем 900-1000 т/ч (для ПНС-1, 5). Таким образом, внедрение мини-ГЭС позволит обеспечить редуцирование давления обратной сетевой воды до требуемого уровня и одновременно выработку электроэнергии для собственных нужд (напряжением 0,4 кВ или 6,3 кВ). Возможность выработки электроэнергии напряжением 6,3 кВ позволит полностью использовать дополнительную мощность для привода высоковольтного сетевого насоса.

Предварительное технико-экономическое обоснование проведено для двух вариантов размещения гидроагрегата: на насосной станции № 5 и насосной станции № 1. Выбор данных насосных обоснован наибольшими расходами обратной сетевой воды. Проведенные расчеты показывают, что для условий работы насосной № 5 мощность мини-ГЭС составит 55,6 кВт, для насосной станции № 1 - 51,5 кВт. С учетом стоимости электроэнергии 3,2 руб./кВт.ч (по ценам 2011 г. для г. Ульяновска) и продолжительности работы гидроагрегата в году (n=8256 ч) экономический эффект составит:

¦ для условий ПНС-5 - 1469 тыс руб.;

¦ для условий ПНС-1 - 1361 тыс. руб.

В качестве основного оборудования мини- ГЭС предлагается установить гидроагрегат с диагональной гидротурбиной. Производство данного типа мини-ГЭС освоено в Российской Федерации. Энергоблок мини-ГЭС предназначен для выработки электроэнергии и состоит из диагональной гидравлической турбины и асинхронного двигателя, используемого в качестве генератора, размещенных на опорной раме. Гидротурбина состоит из статорной части, включающей в себя спиральную камеру и статор, и роторной части, включающей рабочее колесо, а вал и подшипниковый узел. Спиральная камера сварная, содержит входной патрубок с фланцем для присоединения затвора. Конструкцией рабочего колеса предусмотрена возможность установки лопастей на требуемый угол.

Для адаптации существующих диагональных гидравлических турбин для работы в условиях повышенной температуры воды (до 70 ОС) потребуется провести конструктивные изменения с заменой типовых резиновых уплотнений на термостойкие. Термостойкие резиновые уплотнения выпускаются промышленностью, поэтому проблем с заменой не возникнет. Ориентировочная стоимость работ по внедрению мини-ГЭС мощностью 50 - 100 кВт составляет 5650 тыс. руб. Для оценки инвестиционной привлекательности проекта проведен расчет следующих показателей экономичности: обычного и дисконтированного сроков окупаемости инвестиций, чистого дисконтированного дохода (NPV), внутренней нормы доходности (IRR). Так, для условий ПНС-5 г Ульяновска при ставке дисконтирования 15% NPV за 10 лет эксплуатации установки составит 5045,7 тыс. руб., IRR составит 18%, обычный срок окупаемости - 3,8 года, а дисконтированный - 5,3 года. Таким образом, при достаточно высокой ставке дисконта в 15% дисконтированный срок окупаемости проекта составляет чуть более 5 лет, что вполне приемлемо для проектов с альтернативными и возобновляемыми источниками энергии.

Проект для оборотных и прямоточных систем технического водоснабжения тепловых электрических станций

Известно, что тепловые электрические станции (ТЭС) потребляют значительное количество воды для конденсации пара в конденсаторах паровых турбин, обеспечиваемое техническим водоснабжением. Наиболее распространены две схемы организации технического водоснабжения для охлаждения конденсаторов паровых турбин: прямоточная (вода, взятая из реки, проходит через конденсаторы турбин, а затем сливается обратно ниже по течению реки) и оборотная (с многократным использованием воды после ее охлаждения в градирнях или брызгальных бассейнах).

Разработанная технология предложена для внедрения в качестве пилотного проекта в филиале ОАО «Волжская ТГК» «Ульяновская ТЭЦ-1» (УлТЭЦ-1) и предполагает применение мини- ГЭС для утилизации избыточного давления технической воды, сбрасываемой в приемный колодец после градирен. тепловой энергия теплоснабжение давление

Схема технического водоснабжения УлТЭЦ-1 оборотная с двумя башенными градирнями (ст. № 1, № 2). Градирня ст. № 1 - брызгального типа, выполнена по типовому проекту № 14410 с площадью орошения 3200 м2. Градирня ст. № 2 - пленочного типа с асбоцементным оросителем, выполнена по типовому проекту серии БГ-1600- 70-4 с площадью орошения 1600 м2. В циркуляционном приямке главного корпуса установлены четыре циркуляционных насоса типа 48-Д-22 (G=12500 т/ч; Р=23 м вод. ст.). Расчетная производительность градирни ст. № 1 по воде составляет 25000 т/ч, а градирни ст. № 2 - 12500 т/ч.

Система оборотного технического водоснабжения УлТЭЦ-1 работает следующим образом: техническая (циркуляционная) вода проходит через конденсаторы паровых турбин, отбирает тепло отработанного пара и поступает в сливные циркводоводы, из этих водоводов нагретая вода поступает в водораспределитель на градирни № 1, 2. Затем охлажденная в градирнях вода поступает из чаши градирен через самотечные каналы в приемный колодец циркуляционных насосов. Из приемного колодца по всасывающим трубопроводам вода поступает во всасывающие патрубки циркнасосов, после насосов - в напорные коллекторы и далее в конденсаторы паровых турбин.

При работе на номинальном режиме общий расход технической воды после двух градирен составляет 37500 т/ч. Фактическое среднегодовое значение расхода воды в оборотной системе Ульяновской ТЭЦ-1 за 2011 г. составило 25560 м3/ч, а перепад высот между уровнем воды в чаше градирен и в приемном колодце - не менее 2 м. Таким образом, при установке агрегата мини-ГЭС после градирен перед приемным колодцем возможна выработка 104,5 кВт дополнительной мощности без снижения надежности работы оборотной системы технического водоснабжения.

С учетом стоимости электрической энергии 3,2 руб./кВт*ч (2011 г.) и продолжительности работы гидроагрегата в году (n=8256 ч) экономический эффект составит 2761 тыс. руб. Генерируемая мини-ГЭС мощность может быть использована для частичной компенсации (до 10%) затрат электроэнергии на привод циркуляционных насосов. Для оценки экономической целесообразности проекта с использованием мини-ГЭС на Ульяновской ТЭЦ-1 были использованы следующие показатели: обычный и дисконтированный сроки окупаемости капиталовложений, чистый дисконтированный доход (NPV), внутренняя норма доходности (IRR). Результаты расчета этих показателей представлены в табл. 2.

Таблица 2

Экономические показатели реализации проекта для оборотных и прямоточных систем технического водоснабжения Ульяновской ТЭЦ-1

Показатель

Значения

Ставка дисконтирования, %

15

Инвестиции, тыс. руб.

8100

Чистый дисконтированный доход (NPV), тыс. руб.

10283,3

Внутренняя норма доходности (IRR), %

24

Срок окупаемости проекта, лет

3

Дисконтированный срок окупаемости, лет

4,6

Еще большее количество электроэнергии может быть выработано с использованием мини-ГЭС, установленных на сбросах воды прямоточных систем технического водоснабжения. Прямоточные схемы водоснабжения, как правило, применяются на наиболее крупных тепловых электростанциях, где расходы воды через конденсаторы паровых турбин измеряются сотнями тысяч тонн в час. Так, для ТЭС электрической мощностью 1500 МВт установка агрегатов мини-ГЭС на водосбросе прямоточной системы технического водоснабжения позволит выработать до 800 кВт дополнительной мощности за счет утилизации избыточного давления сбрасываемой воды. Поскольку с увеличением единичной мощности уменьшаются капитальные затраты на сооружение мини-ГЭС (на 10-15%), дисконтированный срок окупаемости предложенных технологий совершенствования оборотных и прямоточных систем технического водоснабжения ТЭС составит около 4 лет.

В качестве гидроагрегатов предлагается использовать освоенные в производстве S-образные гидротурбины. Особенностью данного типа гидравлических турбин является небольшой напор (от 2 до 10 м вод. ст.) и значительный расход воды, составляющий несколько десятков тысяч тонн в час.

Таким образом, реализация разработанных технологий с применением мини-ГЭС позволит повысить экономичность, надежность и экологичность централизованных систем теплоснабжения, включая тепловые электрические станции.

Выводы

1. На большинстве отечественных ТЭС и системах теплоснабжения имеются значительные резервы энергоэффективности, связанные с использованием альтернативных источников энергии для утилизации бросового потенциала вторичных энергоресурсов.

2. Новым перспективным направлением энергосбережения, позволяющим существенно снизить затраты электроэнергии на транспорт теплоносителя, является применение альтернативного источника энергии - мини-ГЭС на подкачивающих насосных станциях централизованных систем теплоснабжения для редуцирования давления обратной сетевой воды.

3. Другим энергосберегающим решением, предназначенным для совершенствования оборотных и прямоточных систем технического водоснабжения тепловых электрических станций, является использование установок мини-ГЭС для утилизации избыточного давления технической воды, сбрасываемой в приемные колодцы после градирен, а также в открытые водоемы прямоточных систем.

4. Применение предложенных технологий с использованием мини-ГЭС позволит улучшить экономичность и экологичность работы ТЭЦ и подключенных к ним систем теплоснабжения благодаря организации выработки электроэнергии без сжигания органического топлива.

Литература

1. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года, утвержденная распоряжением Правительства Российской Федерации от 13.11.2009 г. № 1715-р.

2. Замалеев М.М. Применение альтернативных источников энергии в теплотранспортных компаниях / М.М. Замалеев, В.И. Шарапов, А.А. Салихов и др. // Труды Всероссийской научно-практической конференции «Повышение надежности и эффективности эксплуатации электрических станций и энергетических систем», ЭНЕРГ0-2012. М.: Издательский дом МЭИ, 2012. С. 365-368.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Эффективность водяных систем теплоснабжения. Виды потребления горячей воды. Особенности расчета паропроводов и конденсатопроводов. Подбор насосов в водяных тепловых сетях. Основные направления борьбы с внутренней коррозией в системах теплоснабжения.

    шпаргалка [1,9 M], добавлен 21.05.2012

  • Оценка величины потерь электромагнитной и тепловой энергии при транспортировании. Алгоритм повышения экономичности работы теплотрассы. Характеристика энергосберегающей и ресурсосберегающей технологий передачи электроэнергии на большие расстояния.

    контрольная работа [1,1 M], добавлен 21.02.2012

  • Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов. Основные причины большого потребления топливно-энергетических ресурсов на предприятиях пищевой промышленности, пути сбережения тепловой энергии. Использование вторичных энергоресурсов.

    реферат [98,2 K], добавлен 11.02.2013

  • Расчет потребности в тепловой и электрической энергии предприятия (цеха) на технологический процесс, определение расходов пара, условного и натурального топлива. Выявление экономии энергетических затрат при использовании вторичных тепловых энергоресурсов.

    контрольная работа [294,7 K], добавлен 01.04.2011

  • Рассмотрение основных видов вторичных энергоресурсов и их использования в производстве. Изучение схем применяемых при утилизации абсорбционных машин. Расчет термодинамических циклов бромистолитиевой холодильной машины (понижающего термотрансформатора).

    дипломная работа [1,2 M], добавлен 26.03.2015

  • Определение понятия тепловой энергии и основных ее потребителей. Виды и особенности функционирования систем теплоснабжения зданий. Расчет тепловых потерь, как первоочередной документ для решения задачи теплоснабжения здания. Теплоизоляционные материалы.

    курсовая работа [65,7 K], добавлен 08.03.2011

  • Назначение регенеративных подогревателей питательной воды низкого давления и подогревателей сетевой воды. Использование в качестве греющей среды пара промежуточных отборов турбин для снижения потерь теплоты в конденсаторах. Повышение термического КПД.

    курсовая работа [886,6 K], добавлен 23.10.2013

  • Определение абсолютного и избыточного гидростатического давления воды на определенной глубине от поршня, максимальной глубины воды в водонапорном баке, силы избыточного гидростатического давления на заслонку, предельной высоты центробежного насоса.

    контрольная работа [195,9 K], добавлен 26.06.2012

  • Основные способы организации энергосберегающих технологий. Сущность регенерации энергии. Утилизация вторичных (побочных) энергоресурсов. Системы испарительного охлаждения элементов высокотемпературных печей. Подогрев воды низкотемпературными газами.

    доклад [110,9 K], добавлен 26.10.2013

  • Характеристика видов и классификации топливно-энергетических ресурсов или совокупности всех природных и преобразованных видов топлива и энергии. Вторичные топливно-энергетические ресурсы - горючие, тепловые и энергоресурсы избыточного давления (напора).

    контрольная работа [45,8 K], добавлен 31.01.2015

  • Подготовка к отопительному периоду. Режимы теплоснабжения для условий возможного дефицита тепловой мощности источников тепла, повышение надежности системы. Давления для гидравлических испытаний, графики проведения аварийно-восстановительных работ.

    реферат [65,6 K], добавлен 01.03.2011

  • Потери тепла, их основные причины и факторы. Классификация и типы систем теплоснабжения, их характеристика и функциональные особенности: централизованные и децентрализованные, однотрубные, двухтрубные и бифилярные. Способы циркуляции воды в теплосети.

    научная работа [1,3 M], добавлен 12.05.2014

  • Общая характеристика исследуемого здания, расчет мощности его отопления, водопотребление и системы электроснабжения. Эксплуатация, обслуживание здания, контроль над потреблением энергоресурсов. Оценка потерь тепловой энергии и направления их уменьшения.

    дипломная работа [3,2 M], добавлен 29.03.2014

  • Принцип устройства и действия тепловой трубки Гровера. Основные способы передачи тепловой энергии. Преимущества и недостатки контурных тепловых труб. Перспективные типы кулеров на тепловых трубах. Конструктивные особенности и характеристики тепловых труб.

    реферат [1,5 M], добавлен 09.08.2015

  • Расчет и анализ основных параметров системы теплоснабжения. Основное оборудование котельной. Автоматизация парового котла. Предложения по реконструкции и техническому перевооружению источника тепловой энергии. Рекомендации по осуществлению регулировки.

    дипломная работа [1,4 M], добавлен 20.03.2017

  • Определение максимальной тепловой мощности котельной. Среднечасовой расход теплоты на ГВС. Тепловой баланс охладителей и деаэратора. Гидравлический расчет тепловой сети. Распределение расходов воды по участкам. Редукционно-охладительные установки.

    курсовая работа [237,8 K], добавлен 28.01.2011

  • Использование разности температур воды и построение схемы ОТЭС, работающей по замкнутому и открытому циклу. Применение перепада температур океан-атмосфера. Прямое преобразование тепловой энергии. Преобразователи и баланс возобновляемой энергии волн.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 27.10.2011

  • Источники энергии и их виды. Способы экономии энергии. Основные условия снижения энергозатрат в зданиях: приборный учет ресурсов, комплексное использование энергосберегающего оборудования и автоматизация управления всех инженерных систем здания.

    контрольная работа [123,3 K], добавлен 12.04.2012

  • Абсолютное и избыточное давление в точке, построение эпюры избыточного давления. Определение силы избыточного давления на часть смоченной поверхности. Режим движения воды на каждом участке короткого трубопровода. Скорость в сжатом сечении насадки.

    контрольная работа [416,8 K], добавлен 07.03.2011

  • Разработка системы автоматического управления, позволяющей утилизировать тепловую энергию. Параметры разрабатываемой регулируемой системы. Определение элементной базы и расчет передаточных функций выбранных элементов. Расчет датчика обратной связи.

    курсовая работа [808,0 K], добавлен 13.10.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.