2.3. Сравнение традиционной системы теплоснабжения и тну

Традиционно в России источниками теплоснабжения являются: ТЭЦ и котельные, связанные с потребителями теплоты – теплосетями, в которых теряется до 30% и более производимой тепловой энергии. Кроме того, эти источники располагаются в городах и значительно ухудшают их экологию.

Одним из альтернативных источников теплоснабжения являются теплонасосные станции на базе теплонасосных установок (ТНУ), электроэнергию для которых можно вырабатывать на электростанциях, расположенных вдали от крупных городов.

Для примера, сравним традиционный источник теплоснабжения - котельную и нетрадиционный – теплонасосную установку (одинаковой теплопроизводительности) по коэффициенту использования первичной энергии топлива.

Коэффициент использования первичной энергии топлива – это отношение полезно использованной теплоты к теплоте топлива, затраченного на её производство.

Коэффициент использования топлива для котельной :

, (2.1)

где - тепловая мощность , получаемая потребителем ; Q_з – затраченная тепловая мощность, выделяемая при сжигании топлива с расходом – B_Т и рабочей теплотой сгорания - .

Тепловая мощность, полученная потребителем, связана с тепловой мощностью, выделяемой при сжигании топлива в котельных, следующим соотношением:

Q_п= Q_з · _к ∙ ^к_тр , (2.2)

где _к и ^к_тр коэффициенты полезного действия (К.П.Д.) котельных и транспортировки теплоты в тепловых сетях, соответственно.

Коэффициент полезного действия котельных (в среднем) имеет значение: _к= 0,8. Потери тепловых сетей (в России) по оценкам экспертов составляют 30-40% (а по некоторым данным до 50%), следовательно, К.П.Д. тепловых сетей имеет среднее значение: ^к_тр =0,6. Таким образом, коэффициент использования первичной энергии при теплоснабжении от котельных составит:

= _к · ^к_тр = 0,48

Это означает, что потребители теплоты используют менее половины тепловой мощности, выделяемой при сжигании топлива.

Нетрадиционная система теплоснабжения от ТНУ может использовать низкопотенциальную сбросную теплоту и электроэнергию для привода двигателя компрессора.

Коэффициент использования первичной энергии такой системы:

, (2.3)

где Q_п – теплота, переданная потребителю; N_Э – электрическая мощность двигателя, потребляемая из электросети; _тэс – КПД тепловой электростанции; ^э_тр - коэффициент, учитывающий потери в электросетях.

Теплота, переданная потребителю, определяется теплопроизводительностью ТНУ – Q_ТНУ и КПД транспорта теплоты - _тр^тну , который для локальной теплотрассы составит не менее 95%:

, (2.4)

так как теплопроизводительность ТНУ связана с электрической мощностью двигателя соотношением:

Q_ТНУ = N_{э *}, (2.5)

где  – коэффициент трансформации ТНУ.

Таким образом, коэффициент использования первичной энергии ТНУ:

. (2.6)

Принимая значения коэффициентов: трансформации теплоты в ТНУ μ=4 (по данным [5]); КПД тепловой электростанции η_тэс ≈ 0,33; КПД транспорта электроэнергии в электросетях К.П.Д. транспорта теплоты от ТНУ к потребителю , получим значение которое более чем в два раза превышает аналогичный коэффициент для традиционных систем теплоснабжения.

Это означает, что можно во столько же раз сократить количество сжигаемого топлива и выбросы дымовых газов в атмосферу.

Если же рассматривать эксергетический КПД - _Е традиционной системы теплоснабжения от котельных, то его величина вообще близка к нулю.

_{Е =} , (2.7)

где _КП и _КТ - КПД циклов Карно, совершаемых от температуры потребляемой теплоты (t_п=95 Cº) и температуры горения топлива (t_T = 2000°C) до температуры окружающей среды ( Т₀ ⁼ 293 К), соответственно:

_{КП =} 0,2; _КТ =0,87.

Получаем следующее значение эксергетического КПД котельной:

 = 0,11

Это означает, что при сжигании топлива в котельных и транспортировке его потребителю при температуре в системе отопления (зимой) до 95ºC, теряется почти 90% работоспособности топлива.

Рассматривая эксергетический К.П.Д. нетрадиционной системы теплоснабжения от ТНУ, можно показать, что он значительно выше традиционной:

. (2.8)

Подставляя численные значения, рассчитанные и принятые выше, получим эксергетический КПД теплонасосной системы теплоснабжения по отношению к первичному топливу, сжигаемому на ТЭС:

= 0,26.

Это значение более чем в 2 раза превышает аналогичную величину традиционной системы теплоснабжения.

В формуле (2.8) в отличие от (1.13) рассматривается эксергетический КПД по отношению к первичному топливу, сжигаемому на электростанции, и учитывается КПД электростанции и линий электропередачи. Поэтому рассчитанный здесь КПД ниже, чем приведенный в главе 1.