2.5.4. Энергосбережение при теплофикации

Одновременное производство электроэнергии и теплоты положено в основу теплофикации, когда на ТЭЦ наряду с электроэнергией используется теплота, отведенная от теплосилового цикла, чем ликвидируется бесполезный отвод теплоты в окружающую среду при превращении химической энергии в электрическую.

Источником электроэнергии и теплоты при теплофикации являются теплоэнергоцентрали (ТЭЦ). Теплота рабочего тела, имеющего высокий потенциал, сначала используется для выработки механической (электрической) энергии в турбогенераторах, а затем теплота отработавшего рабочего тела, имеющая более низкий потенциал, используется для централизованного теплоснабжения. При таком комбинированном использовании удельный расход теплоты на выработку электрической энергии уменьшается. Рассмотрим этот вопрос на примере электростанций, работающих по циклу Карно (см, рис. 2.5.6).

Количество теплоты, подведенной в каждый из циклов a ,b на

рис.2.5.6 постоянно и равно . Произведенная работа различна.

В конденсационном цикле

,

а в теплофикационном

,

где Т₂ - температура отвода теплоты из теплофикационного цикла, Т₀ -

температура окружающей среды.

Рис.2.5.6. Идеальные циклы конденсационной (a) и теплофикационной

(b) электростанций.

Количество отработанной теплоты, полезно использованной для

теплоснабжения: в конденсационном цикле , а в теплофикационном -

. Удельный расход теплоты на получение работы: в конденсационном цикле

, (2.5.3)

а в теплофикационном

. (2.5.4)

Сравнение формул (2.5.3) и (2.5.4) показывает, что удельный расход теп-

лоты на получение единицы работы при теплофикации меньше. Таким образом, развитие комбинированной выработки электроэнергии и тепла является одним из основных путей непрерывного улучшения экономичности энергопроизводства.

Экономия условного топлива за счет комбинированной выработки электроэнергии и тепла составляет в России около 12 % от расхода топлива всеми тепловыми электростанциями.

5. Сравнительный анализ теплофикации и тепловых

насосов в автономной системе энергоснабжения

Использование тепловых насосов (ТН) в системах отопления эффективно, когда есть практически неограниченный источник низкопотенциального тепла в виде атмосферы, реки или моря. Корректное сравнение теплофикации и системы отопления с помощью тепловых насосов необходимо проводить в замкнутой системе, когда такого источника нет, что характерно для большинства мест в России. В этом случае в качестве источника низкопотенциального тепла может выступать только сбросная теплота тепловой электростанции. Рассмотрим два сценария энергоснабжения с получением тепловой энергии для бытовых и технологических нужд в этих условиях. В первом электростанция вырабатывает электрическую энергию и производит низкопотенциальную сбросную теплоту, имеющую температуру сточных вод. Обеспечение теплом потребителя производится за счет извлечения этой теплоты из сточных вод с помощью тепловых насосов с нагревом теплоносителя до необходимой температуры T. Во втором сценарии отводимое тепло имеет уже температуру Т и непосредственно по теплосетям передается потребителю (теплофикационный цикл).

Проведем термодинамический анализ этих двух сценариев энергосбережения.

Пусть Q₁ количество теплоты, получаемое теплоэнергетической установкой от горячего источника тепла с температурой Т₁ , Q₂ - количество тепла, отдаваемое сточным водам с температурой Т₂ , L- работа, совершаемая теплоэнергетической установкой. Часть Q₂ тепла Q₂ , поступившего в сточные воды , отбирается тепловым насосом с холодильным коэффициентом  за счет работы L_n , совершенной электроприводом, потребляющим энергию от ТЭУ ( L_n  L ). По определению к.п.д.  и холодильного коэффициента 

 Q₂ =  L_{n ,} L =  Q₁ ,

откуда

L_n / L = Q₂/(Q₁). (2.5.5)

Основная задача ТЭУ в данном случае - получение электрической энергии. Затраты на теплоснабжение уменьшают ее количество, которое естественно теперь характеризовать коэффициентом

 = (L - L_n )/L = 1 - L_n /L . (2.5.6)

Подставляя в (2.5.6) выражение (2.5.5), получим

 = 1 - Q₂/(Q₁) = 1 - /()(1- ) (2.5.7)

Формула (2.5.7) дает выражение для доли энергии, поставляемой потребителю после затрат на отопление.

Рассмотрим теперь второй сценарий (теплофикацию). На ТЭУ отпускаемое тепло имеет температуру Т , и теплоноситель по тепловым сетям передается потребителю. В этом случае ТЭУ получает то же количество тепла Q₁ от горячего источника, что и в первом случае, а передает потребителю, играющему роль холодного источника, количество тепла Q  Q₂ . Совершаемая работа

L^’ = ^‘ Q_{1 ,}

откуда

^‘ = L^’ /L = _‘ /, (2.5.8)

где ^‘ - к.п.д. установки .