Размещено на http://www.allbest.ru/

Ульяновский государственный технический университет

УМУП "Городской теплосервис"

Регулирование нагрузки систем теплоснабжения в переходный период

К.т.н. П.В. Ротов, доцент

В.Н. Егоров, заместитель мэра города Ульяновска

О.В. Половов, главный инженер

г. Ульяновск

Введение

В отечественных системах теплоснабжения широкое распространение получило центральное качественное регулирование тепловой нагрузки, при котором основным параметром регулирования является температура сетевой воды. Одним из существенных недостатков графика центрального качественного регулирования является значительное превышение температуры обратной сетевой воды нормативных значений в переходный период. Анализ работы централизованной системы теплоснабжения г. Ульяновска, проведенный сотрудниками научно-исследовательской лаборатории "Теплоэнергетические системы и установки", показал, что такое превышение существовало и в относительно благополучные годы (1983-1985 гг.), и в период энергетического кризиса 1990-х гг. [1].

Согласно [2, 3] в системах теплоснабжения температура воды, подаваемой на горячее водоснабжение (ГВС), должна находиться в диапазоне 60-75 ^ОС. В связи с этим в системах теплоснабжения предусмотрена нижняя срезка температурного графика, т.е. температура сетевой воды в подающем трубопроводе при температурах наружного воздуха от 0 до +8 ^ОС поддерживается постоянной и равной 70 ^ОС. Согласно климатическим данным для г. Ульяновска период стояния температур наружного воздуха от 0 до +8 ^ОС составляет 1450 ч (60 суток).

Регулирование тепловой нагрузки. Теория и практика

На рис. 1 представлены зависимости температуры сетевой воды и внутреннего воздуха от температуры наружного воздуха. Из графика следует, что для поддержания комфортных условий в отапливаемых помещениях температура воды в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети должна понижаться с повышением температуры наружного воздуха tн. Так, в подающем трубопроводе температура сетевой воды должна изменяться от 70 ^ОС (при tн=0 ^ОС) до 51 ОС (при tн= + 8 ^ОС). При поддержании температуры сетевой воды равной 70 ^ОС в течение всего периода стояния положительных температур наружного воздуха произойдет повышение температуры внутреннего воздуха tвн в отапливаемых помещениях до 30 ^ОС (линия 6 на рис. 1). В свою очередь повышение температуры внутреннего воздуха приведет к существенному повышению температуры обратной сетевой воды относительно расчетной (линия 5 на рис. 1).

Известно, что изменение температуры обратной сетевой воды приводит к пропорциональному изменению выработки электроэнергии на тепловом потреблении [4]. Изменение мощности турбины можно определить в расчете на 1 МВт тепловой нагрузки отборов турбин:

?Nт=4.?tо.a.зэм, кВт/МВт (1)

где ?tо - разность между базовой и измененной температурой обратной сетевой воды, ^ОС; зэм -электромеханический КПД турбины; а - термодинамический коэффициент, учитывающий связь между температурой насыщения и тепло-перепадом в точках адиабатического процесса расширения пара в турбине (при параметрах свежего пара 12,8 МПа и 565 ^ОС - а=0,95; при 23,5МПаи 540^ОС-а=1,16).

В табл. 1 представлены температуры сетевой воды в обратном трубопроводе при различных режимах регулирования тепловой нагрузки.

На рис. 2 показаны зависимости изменения мощности турбины при различных вариантах изменения температуры обратной сетевой воды. За базовый вариант принята температура обратной сетевой воды в точке срезки температурного графика (табл. 1). Из графика следует, что уменьшение температуры обратной сетевой воды относительно базовой приводит к существенному увеличению выработки электроэнергии на тепловом потреблении, а повышение температуры - к уменьшению. Линии 1 и 2 на рис. 2 характеризуют увеличение мощности турбины при снижении температуры воды в обратном трубопроводе за счет регулирования в переходный период. При различных режимах регулирования увеличение мощности в среднем составляет 14-28 кВт на 1 М Вт тепловой нагрузки отборов. Линия 3 показывает, что при отсутствии регулирования тепловой нагрузки в переходный период выработка электроэнергии на тепловом потреблении снижается в среднем на 14 кВт на 1 МВт тепловой нагрузки отборов.

В неавтоматизированных системах теплопотребления, процент которых в г. Ульяновске очень высок, в переходный период происходит существенный перерасход теплоты и снижение экономичности работы системы теплоснабжения. Необходимо также учитывать, что нормативы теплопотребления и тарифы на тепловую энергию рассчитываются из условия поддержания температуры внутреннего воздуха в помещениях 18-20 ОС. Кроме того, большая часть потребителей не имеет приборов коммерческого учета тепловой энергии. Поэтому повышение температуры внутреннего воздуха в помещениях до 30 ^ОС не оплачивается потребителями и приводит к увеличению задолженности муниципальных предприятий перед энергокомпанией.

Одним из эффективных энергосберегающих мероприятий является регулирование в переходный период температуры воды, подаваемой в системы отопления, в зависимости от температуры наружного воздуха. Практически такое регулирование осуществляется смешением воды из подающего трубопровода с водой из обратного трубопровода теплосети. Результатом смешения является существенное снижение расхода воды и экономия тепловой энергии в системе теплоснабжения.

Особенностью смесительного режима работы теплопотребляющих установок в переходный период является переменный коэффициент смешения, который определяет параметры работы смесительной установки:

где ф₁,ф₂ - температуры воды в подающем и обратном трубопроводах теплосети, ^ОС; ф₃ - температура воды после смешения, ^ОС.

На графике (рис. 3) приведена зависимость коэффициента смешения от температуры наружного воздуха при различных температурных графиках. Из графика следует, что реализацию смесительного режима возможно начинать при различных температурах наружного воздуха. Так, при графике с параметрами 130/70 ^ОС температура сетевой воды при t_н = -1 ^ОС достигает значения, соответствующего нижней срезке температурного графика. Коэффициент смешения при таком графике должен изменяться от 0 до 1,4 (линия 2 на рис. 3).

На ряде центральных тепловых пунктов (ЦТП) УМУП "Городской теплосервис" в переходный период производится насосное смешение воды из подающего и обратного трубопроводов в зависимости от температуры наружного воздуха. Проанализируем экономический эффект от внедрения такого мероприятия на примере нескольких ЦТП в феврале - марте 2008 г.

В качестве примера на рис. 4 представлены среднечасовые расходы сетевой воды на ЦТП "Рябикова-1". На графике четко прослеживается начало смесительного режима. При этом средний расход в подающем трубопроводе снизился более чем на 50 т/ч.

В табл. 2 приведены среднечасовые расходы сетевой воды, измеренные на ЦТП до и после включения режима смешения. Снижение расхода в подающих трубопроводах составило 15-30%, в обратных - 11-40%. Снижение расхода воды привело к соответствующему снижению часового расхода тепловой энергии на 6-20%. Суммарная экономия тепловой энергии на ЦТП, представленных в табл. 2, составила 9,8 Гкал/ч (235,2 Гкал в сутки). В денежном выражении экономия составила за сутки более 150 тыс. руб. или более 4,5 млн руб. в месяц. При этом затраты на электроэнергию за месяц составили не более 440 тыс. руб.

В настоящее время тепловая нагрузка ЦТП, в которых реализуется смесительный режим, составляет 34% от общей тепловой нагрузки предприятия. В табл. 2 представлен далеко не полный перечень этих ЦТП. Ориентировочная экономия на всех ЦТП, оборудованных для работы в смесительном режиме, составит за месяц около 10 млн руб.

Несложно определить потенциал энергосбережения при реализации этого мероприятия на всех ЦТП УМУП "Городской теплосервис". Экономия при реализации смесительного режима на ЦТП за переходный период, который, как упоминалось, для г. Ульяновска продолжается 60 суток, составит более 58 млн руб.

Снижение теплопотребления приведет к пропорциональному снижению расхода топливно-энергетических ресурсов на ТЭЦ. Технико-экономический анализ показывает, что регулирование тепловой нагрузки в переходный период привело к экономии за месяц более 2 млн м³ топлива стоимостью более 3,5 млн руб. Потенциал экономии топлива при реализации регулирования на всех ЦТП за весь переходный период составляет более 12 млн м³.

В настоящее время для реализации режима регулирования во всей системе теплоснабжения г. Ульяновска необходимы существенные капитальные затраты. Отметим привлекательность инвестиций в рамках реализации Киотского протокола Рамочной конвенции ООН. Регулирование тепловой нагрузки в переходный период позволяет снизить выбросы в атмосферу на более 14,5 тыс. т СО₂.

Смесительный режим в переходный период - это далеко не единственное энергосберегающее мероприятие с реальным экономическим эффектом. Например, автоматическое поддержание параметров ГВС в течение года в нормативном диапазоне с учетом суточного графика потребления позволит добиться существенно большего экономического эффекта. теплоснабжение температура потребитель автоматизированный

Технико-экономический анализ работы ЦТП в смесительном режиме показал необходимость более точной регулировки на абонентских вводах. Опыт соседних регионов и зарубежных стран показывает, что модернизация и техническое перевооружение абонентских вводов потребителей с установкой полностью автоматизированных индивидуальных тепловых пунктов (ИТП) дает существенный положительный экономический эффект и позволяет реализовать концепцию регулирования по конечному импульсу [4-6].

На наш взгляд, в ближайшее время в рамках городской программы технического перевооружения абонентских вводов потребителей необходимо установить полностью автоматизированные ИТП, что позволит использовать значительный потенциал энергосбережения в городской системе теплоснабжения. Считаем возможным реализовать подобную программу за счет инвестиционной составляющей в тарифе на транспорт тепловой энергии, средств городского и областного бюджетов, различных целевых федеральных программ, заемных средств международных кредитных организаций и привлечения инвесторов.

Выводы

1. В настоящее время в городской системе теплоснабжения существует значительный потенциал энергосбережения, реализация которого позволит существенно повысить качество и экономичность теплоснабжения потребителей и снизить дисбаланс между потреблением тепловой энергии и начислениями за нее.

2. Одним из эффективных энергосберегающих мероприятий является регулирование в переходный период температуры воды, подаваемой в системы отопления, в соответствии с температурой наружного воздуха.

3. Анализ показал, что экономический эффект от реализации такого регулирования на ЦТП УМУП "Городской теплосервис" составил за месяц более 4,5 млн руб.; потенциал энергосбережения от внедрения этого мероприятия на

всех ЦТП теплоснабжающей организации составляет 29 млн руб. в год.

4. Инвестиционная привлекательность капитальных вложений в систему теплоснабжения для углеродных инвесторов при реализации механизма Киотского протокола Рамочной конвенции ООН заключается в возможности приобретения более 14,5 тыс. т выбросов СО₂.

5. В ближайшем будущем необходимо начать реализовывать городскую программу технического перевооружения абонентских вводов потребителей с установкой полностью автоматизированных ИТП, что позволит использовать значительный потенциал энергосбережения в городской системе теплоснабжения.

Литература

1. Шарапов В.И., Ротов П.В. Регулирование нагрузки систем теплоснабжения. М.: Новости теплоснабжения, 2007.- 164 с.

2. (МП 41-02-2003. Тепловые сети. ГУП ЦПП, 2003 г.

3. Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок. Щ 3IAQ2007 г.

4. Яковлев Б.В. Повышение эффективности систем теплофикации и теплоснабжения. Мн.: Адукацыя i выхавание, 2002. - 448 с.

5. Пырков В.В. Современные тепловые пункты. Автоматика и регулирование. - К.: IIДП "Такi справи", 2007. - 252 с.

6. Казанов Ю. З Комплексный проект модернизации системы теплоснабжения города // Новости теплоснабжения. 2004. № 12. С.30.

Размещено на Allbest.ru