Расчетное значение освещенности

Тема 8. Расчет экономической эффективности применения тепловых насосов

Ключевые понятия: тепловой насос, тепловые вторичные энергетические ресурсы (ТВЭР), потенциал ТВЭР, теплоснабжение, горячее водоснабжение, отопление энергетическая эффективность, окупаемость, доходность.

Цель работы:

1.Определение энергетической эффективности применения тепловых насосов для утилизации тепловых вторичных энергетических ресурсов.

2.Определение срока окупаемости и величины доходности внедрения теплового насоса в систему горячего водоснабжения.

Содержание работы

1.Ознакомиться с теоретической частью, основными понятиями и определениями.

2.На основании полученных теоретических знаний выполнить необходимые расчеты.

3.Внеаудиторная работа предполагает дополнительную проработку теоретических вопросов, а также доработку и оформление результатов практических занятий.

Общие сведения

Тепловые насосы являются наиболее эффективным оборудованием, способствующим увеличению объема и глубины использования ТВЭР промышленных предприятий. Для определения технической возможности и эффективности их применения необходимо иметь достоверную информацию о параметрах и режимах выхода ТВЭР, тепловых нагрузках и их продолжительности, показателях замещаемых теплоисточников, тенденциях изменения стоимости энергоносителей, ожидаемой технологической и экологической эффективности от внедрения систем утилизации и др.

При оценке технических показателей применения тепловых насосов тепловой потенциал ТВЭР классифицируется на расчетный, используемый без ущерба для технологии и окружающей среды в течение часа (Qртвэр, кВт) и располагаемый, используемый за год (QГТВЭР, ГДЖ). Их величины определяются по выражениям:

j

где Gij — объем ТВЭР i-ro вида в j -ый период года, м3/ч;

tij — средняя за j -ый период года глубина охлаждения потока ТВЭР i-ro вида, о С;

ρ — плотность вещества, составляющего поток ТВЭР i-ro вида, кг/м3; Ci — теплоемкость потока ТВЭР i-ro вида, кДж/(кг·оС);

Rij — коэффициент, характеризующий доступность утилизации ТВЭР i-ro вида в j-ый период года;

nij — продолжительность использования расчетного теплового потенциала ТВЭР i-ro вида в j -ый период года, час.

При укрупненных расчетах теплопроизводительность тепловых насосов в системах утилизации ТВЭР (Qpтн, кВт и Qгтн, ГДж) при покрытии ими тепловых нагрузок различных видов определяется из соотношений:

—отопительно-вентиляционной нагрузки

—при передаче теплоты в системы централизованного теплоснабжения

Потребляемая мощность компрессора теплового насоса (Ртн, кВт) и годовой расход электрической энергии (Эгтн, МВт·ч) на выработку теплоты Qгтн определяются известными соотношениями:

Энергетическая эффективность применения тепловых насосов рас-

считывается по величине ожидаемой ежегодной экономии первичного топлива ( В,%), определяемой по выражению

В = [1─ (ηти·ηтс /(ηэн·ηэс·ε))] · 100 %, (11)

где ηти — КПД действующего источника теплоснабжения; ηтс — КПД тепловой сети; ηэн — КПД источника электрической энергии;

ηэс — КПД передачи и трансформации электрической энергии; ε — среднегодовой отопительный коэффициент теплового насоса.

Экономическую эффективность применения тепловых насосов мож-

но определять по величине приведенных затрат, сроку окупаемости, уровню рентабельности, величине доходности и др.

Наиболее значимыми составляющими в расчетах экономической эффективности являются величины необходимых капитальных вложений на внедрение тепловых насосов и ожидаемой экономии ежегодных расходов на теплоснабжение.

Укрупненно затраты на приобретение и подсоединение тепловых насосов (Ктну) различных типов и теплопроизводительности (Qpтн), включая и периферийного оборудования, к теплосети можно определять по следующим выражениям:

1. для системы с тепловым насосом «вода-вода» и с винтовым компрессором

200000 + 128·Qpтн ·( Qpтн – 1044) при Qpтн ≥ 1044 кВт;

2.для системы с тепловым насосом «вода-вода» и с поршневым компрессором

3.для системы с тепловым насосом «вода-вода/воздух» и с поршневым компрессором

4.для системы с тепловым насосом «воздух-вода» и со спиральным компрессором

5.для системы с тепловым насосом «вода-вода» и со спиральным компрессором

Ктну = 7700 + 115·Qpтн при Qpтн ≤ 300 кВт; (16)

Величина ожидаемой ежегодной экономии расходов (Эг) при внедрении тепловых насосов определяется величиной тепловой нагрузки (Q), продолжительностью использования расчетной теплопроизводительности тепловых насосов (n), стоимостью энергоносителей (С) и др.

Используя значения Ктну и Эг и задаваясь величиной процентной ставки по кредиту (А), равной не более 0,5 ставки рефинансирования Национального банка, по нижеприведенным выражениям можно определить срок окупаемости

Пример решения задачи по расчету оценки энергетической и экономической эффективности применения тепловых насосов

Задача 1. Рассчитать и дать оценку энергетической и экономической эффективности применения теплового насоса (ТН) в системе утилизации теплоты сточных (оборотных) вод. Потребитель теплоты, выработанной ТН − горячее водоснабжение предприятия и прилегающих объектов. Используется ТН типа

Решение

1.Определим тепловой потенциал ТВЭР:

−расчетный, используемый в течение часа

Qртвэр = G · ρ · C · t · R / 3600 = 40·1000·4,19·4·0,9 / 3600 = 167,6 кВт;

− располагаемый, используемый в течение года

QГТВЭР = 3,6·10-3· Qртвэр · n = 3,6·10-3 ·167,6·5000 = 3017 ГДЖ;

2. Определим теплопроизводительность теплового насоса в системе утилизации ТВЭР при покрытии им тепловой нагрузки горячего водоснабжения

Qpтн = 1,4 · Qртвэр = 1,4 · 167,6 = 234,6 кВт; Qгтн = 1,45 · Qгтвэр = 1,45 · 3017 = 4375 ГДж;

3.Определим потребляемую мощность компрессора теплового насоса

Ртн = Qpтн ─ Qртвэр = 234,6 ─ 167,6 = 67 кВт.

4.Находим годовой расход электрической энергии на выработку теплоты

Этн = (Qгтн ─ Qгтвэр) / 3,6 = (4375 ─ 3017) / 3,6 = 377,2 МВт·ч.

5.Энергетическую эффективность применения ТН определим по величине ожидаемой ежегодной экономии первичного топлива

В= [1─ (ηти·ηтс /(ηэн·ηэс·ε))] · 100 = [1─ (0,85·0,9 / (0,33·0,9·3,5))] · 100 = 26,4%.

6.Определим Укрупненно затраты на приобретение и подсоединение

ТН и периферийного оборудования к теплосети. Для теплового насоса типа «вода-вода» со спиральным компрессором

Ктну = 7700 + 115·Qpтн = 7700 + 115·234,6 = 34679 у.е.

7.Определим величину ожидаемой ежегодной экономии расходов Эг при внедрении теплового насоса

Эг = Этр ─ Этн .

Значение Этр определим по выражению

Этр = 3,385·n·СQ·Qpтн / 1000 = 3,385·5000·8,35·234,6/1000 = 33154 у.е.

Значение Этн определим соответственно по выражению

Этн = 0,286·n·Сэ·Qpтн = 0,286·5000·0,035·234,6 = 11741 у.е.

отсюда

Эг = Этр ─ Этн = 33154 ─ 11741 = 21413 у.е. 8. Срок окупаемости теплового насоса равен

Ток = Ктну / Эг = 34679 / 21413 = 1,62 года

9.Величина доходности Д от внедрения ТН в систему горячего водоснабжения предприятия составит

Д = 100·Эг / (Ктну.·(1+А/100)) = 100·21413 / (34679·(1+15/100)) = 53,7%.

Задача для решения

Задача 2. Рассчитать и дать оценку энергетической и экономической эффективности применения теплового насоса (ТН) в системе утилизации теплоты сточных (оборотных) вод. Потребитель теплоты, выработанной ТН − горячее водоснабжение предприятия и прилегающих объектов.

Исходные данные, необходимые для расчетов, представлены в табл. 1. Условные обозначения, используемые в этой задаче, одинаковы с преды-

дущей задачей 1.