Размещено на http://www.allbest.ru/

Отношение между эффективностью и типом регулирования тепловой нагрузки в централизованном теплоснабжении г. Риги

Д.т.н. Д. Турлайс, профессор,

А. Сорочинс, ассистент,

кафедра теплоэнергетических систем

Рижского технического университета;

А. Жигурс, председатель правления,

А. Церс, член правления,

АО «Ригас Силтумс» г. Рига, Латвия

О регулировании тепловой нагрузки

В сегодняшних рыночных условиях важно обеспечить потребителей требуемым количеством высококачественной тепловой энергии. Например, при обеспечении теплоснабжения г. Риги требуется учитывать различные законы изменения во времени тепловых нагрузок жилых, общественных и промышленных зданий, большую инерционность систем централизованного теплоснабжения, необходимость транспортировки тепловой энергии по разветвленным и протяженным тепловым сетям. Затруднение также вызывает разнородность тепловых нагрузок, подключенных к сетям теплоснабжения потребителей: отопление, вентиляция и горячее водоснабжение. Эти виды тепловых нагрузок изменяются по различным сезонным и суточным графикам и требуют тепловую энергию различного потенциала. Так, отопительная и вентиляционная нагрузки являются сезонными и зависят от температуры наружного воздуха, увеличиваясь при понижении и уменьшаясь при повышении температуры наружного воздуха. Нагрузка на горячее водоснабжение, напротив, относительно постоянна в течение всего года, т.е. мало зависит от температуры наружного воздуха, но имеет значительную суточную неравномерность.

Для решения задачи эффективного теплоснабжения потребителей, в том числе распределения тепловой нагрузки между ними, в системах теплоснабжения применяется система регулирования тепловой нагрузки [1].

Разрабатывая комплексную схему развития теплоисточника и теплосети, одной из главных задач является определение потребности в теплоисточниках и оптимальное распределение тепловой нагрузки между ними. От выбранного распределения тепловой нагрузки зависят технические и экономические показатели работы теплоисточника и теплосети, а также возможность развития - обеспечение подключения перспективных потребителей. Основными принципами развития централизованной системы теплоснабжения являются:

обеспечение тепловой энергией существующих потребителей и возможность подключения новых;

обеспечение максимальных нагрузок энергетических установок теплоисточников (когене- рационных энергоблоков);

гарантия надежности теплоснабжения;

экономическое обоснование стоимости поставки тепловой энергии.

После определения общей тепловой нагрузки следующей важной задачей является ее распределение между теплоисточниками и потребителями. Процесс распределения довольно сложен, т.к. надо принимать во внимание следующие ограничивающие факторы:

1.конфигурация, техническое состояние и рабочая характеристика теплосети, реальная возможность сооружения новых участков теплосети и реновация существующих;

2.тепловая мощность теплоисточника и его характеристики, возможность развития с учетом резервной мощности для обеспечения качественного теплоснабжения;

3.температурный график теплоносителя;

4.географическое расположение потребителей [2].

В существующих экономических условиях целесообразным является теплоснабжение с пониженными параметрами теплоносителя при централизованном количественном и качественно-количественном регулировании тепловой нагрузки. Преимущества и недостатки качественного и количественного регулирования тепловой нагрузки представлены в табл. 1.

Анализ развития систем централизованного теплоснабжения показывает, что методы количественного и качественно-количественного регулирования тепловой нагрузки в дальнейшем получат все большее распространение. Один из наиболее значимых факторов, приводящих к переходу на количественное регулирование нагрузки систем теплоснабжения, обусловлен тем, что системы водяного отопления имеют наилучшие режимные показатели при переменном расходе воды [1].

Таблица 1. Преимущества и недостатки качественного и количественного регулирования тепловой нагрузки при независимом подключении потребителей.

Переход на температурный график с пониженными параметрами теплоносителя

температурный питьевой вода теплоэнергия

При существующем качественном регулировании тепловой нагрузки важнейшее место занимает температурный график сетевой воды. Его влияние на эффективность теплоснабжения показано в следующем примере, где в крупной котельной (далее - теплоцентраль - ТЦ) «Vecmilgravis», входящей в состав АS «Rigas Siltums» (АО «Ригас Силтумс»), осуществлен переход от температурного графика 130/70 ^ОС (со срезкой при 120 ^ОС) на температурный график 115/70 ^ОС.

В нижеприведенном расчете сравниваются эксплуатационные затраты при новом и старом температурном графике. Изменяя температурный график централизованного теплоснабжения, эксплуатационными переменными являются:

изменение потребления электроэнергии сетевых насосов на транспортировку теплоносителя.

изменение теплопотерь в теплосети.

Расчет потребления электроэнергии на транспортировку теплоносителя. Количество потребляемой электроэнергии за отопительный сезон на транспортировку теплоносителя можно рассчитать по формуле:

E=G.H.n.10^-3/(367 з), МВт.ч(1)

где G - расход теплоносителя в теплосети, т/ч; H - разность давления сетевых насосов, м вод. ст.; n - число часов работы сетевого насоса за отопительный период; з - КПД насосной установки (КПД насоса з_М, умноженный на КПД электродвигателя з^_Б); 367 - коэффициент для перевода используемых величин в систему СИ.

Сравнивая варианты с разными параметрами сетевой воды (при двух температурных графиках), определяем разницу в потреблении электроэнергии за отопительный сезон (принимаем, что КПД насосной установки при реальном расходе теплоносителя и разность давления практически не меняется):

С учетом того, что в теплосетях ТЦ «Vecmilgravis» гидравлические потери невелики, расчеты показывают возможность увеличения допустимого расхода теплоносителя до 30% без перекладки теплопровода и увеличения давления на теплоисточнике. Поэтому, если не учитывать изменение гидравлических потерь во внутреннем контуре теплоисточника, можно принять, что Н_{гр 1}=Н_{гр 2}=Н.

Следовательно, величина изменения расхода сетевой воды при переходе от старого к новому температурному графику зависит от изменения разницы температур в подающем трубопроводе Т₁ и обратном T₂. Эта величина не постоянна, а зависит от температуры наружного воздуха Т_н. Поэтому коэффициент изменения расхода сетевой воды за отопительный сезон, при переходе от старого температурного графика к новому, рассчитан как средневзвешенная величина, учитывающая «долгостояние» температур наружного воздуха, т.е. суммарную продолжительность периодов с одинаковыми температурами наружного воздуха (табл. 2).

В связи с тем, что в «Латвийском строительном нормативе LBN 003-01 «Строительная климатология» [3] не указано «долгостояние» температур наружного воздуха, данные были взяты из [4].

Средневзвешенная величина коэффициента изменения расхода сетевой воды за отопительный сезон определяется по формуле:

По данным ТЦ «Vecmilgravis» средний расход сетевой воды за отопительный период составляет 537 т/ч, средняя разница давления сетевых насосов - 65 м вод. ст., продолжительность отопительного периода - 4920 ч. Тогда согласно формуле (4) изменение потребления электроэнергии составит:

ДЕ=(1, 271-1).537.65.(4920/(367.0, 8)).10^-3= =158, 5 МВт.ч.

Следует отметить, что увеличение потребления электроэнергии сетевыми насосами не является прямой потерей электроэнергии, т.к. любой насос, в том числе сетевой, большую часть потребленной электроэнергии (около 90%) преобразует в тепло, которое отдается сетевой воде, т.е. насос, по сути, является электрокотлом.

Экспериментальные значения изменения температурного графика и расхода теплоносителя в теплосети ТЦ «Vecmilgravis» показаны на рис. 1 и 2.

Расчет изменения теплопотерь. Эксплуатационные теплопотери Qn состоят из двух составных частей:

теплопотери через поверхность трубопроводов и запорную арматуру Q¹;

теплопотери с утечкой теплоносителя из теплосетей Q.

При неизменных обстоятельствах вторая составляющая практически не меняется.

Расчет теплопотерь через поверхность трубопроводов для подземных и надземных трубопроводов при разных температурных графиках за отопительный период необходимо производить отдельно [5]:

Сравнение вариантов с разными температурными графиками:

ДQ¹=Q¹_Гр.2-Q¹гр.1, МВт.ч.(12)

Принимая во внимание то, что надземные трубопроводы ТЦ «Vecmilgravis» имеют сравнительно небольшую протяженность, расчет можно производить по формуле (9), или:

фициент изменения теплопотерь при переходе от старого температурного графика к новому.

Величина изменения теплопотерь при переходе от старого к новому температурному графику зависит от изменения разницы температур в подающем трубопроводе T₁ и обратном T₂. Эта величина не постоянна, а зависит от температуры наружного воздуха Т_н. Поэтому коэффициент изменения теплопотерь за отопительный сезон при переходе от старого температурного графика к новому рассчитан как средневзвешенная величина, учитывающая «дол- гостояние» температур наружного воздуха (табл. 3).

В связи с тем, что в «Латвийском строительном нормативе LBN 003-01 «Строительная климатология» [3] температура грунта также не указана, данные были взяты из [4] (для периода с октября по апрель на глубине 0, 8 м).

Средневзвешенная величина коэффициента изменения теплопотерь за отопительный сезон при переходе от старого к новому температурному графикуопределяется по формуле: k¹=2(n.k¹)/2n=0, 9481.

По данным ТЦ «Vecmilgravis» теплопотери при температурном графике 130/70 ^ОС (со срезкой при 120 ^ОС) составили 8311, 1 МВт.ч за отопительный период. Следовательно, с учетом того, что теплопотери через поверхность трубопроводов и запорную арматуру имеют решающее значение в изменении суммарных теплопотерь при переходе на новый температурный график, находим это изменение согласно формуле [13]:

ДQ¹=0, 9481.8311, 1-8311, 1=-431 МВт.ч.

Заключение

Согласно проведенному расчету, при переходе ТЦ «Vecmilgravis» с температурного графика 130/70 ^ОС (со срезкой 120 ^ОС) на температурный график 115/70 ^ОС, увеличится потребление сетевой воды примерно на 30% (потребление электроэнергии сетевыми насосами увеличится на 158, 5 МВт.ч), а уменьшение теплопотерь составит около 5% (431 МВт.ч).

Как показала практика АО «Ригас Силтумс», при переходе на пониженный температурный график (рис. 3), теплоисточники могут обеспечить потребителей необходимыми параметрами теплоносителя.

При переходе на новый температурный график необходимо дополнительно провести оценку работы теплосетевых установок и выполнить технико-экономический расчет. При этом необходимо принимать во внимание себестоимость произведенной теплоэнергии и стоимость затраченной электроэнергии.

Литература

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

2.Low-temperature District Heating. Nick Bjorn Andersen Centre for District Heating Technology. Danish Technological Institute.

3.Latvijas buvnormativs LBN 003-01 «Buvklimatologija». Riga: Ministru kabineta noteikumi Nr. 376, 2005. (Латвийский строительный норматив LBN 003-01 «Строительная климатология»).

4.Latvijas vides, geologijas un meteorologijas agentura (www.meteo.lv).

5.Metodiskie noradijumi siltuma zudumu noteiksanai udens siltuma tiklos. Riga: apstiprinati ar Energoapgades regule- sanas padomes rikojumu Nr. 26, 1997. (Методические указания по расчету теплопотерь в теплосетях).

6.«Energy Statistics 2005» as chapter 7 of 9 Version 1. 09-012007. Danish Energy Authority, 2007.

7.Combined Heat and Power Generation and District Heating in Denmark: History, Goals, and Technology Henry Manczyk, CPE, CEM, Director of Facilities Management, Monroe County, NY Michael D. Leach, Senior Administrative Analyst, City of Rochester, NY.

8.Egils Dzelzitis. The Basic Information on Automatization of Heating, Gas and Water Engineering Systems. Riga: Izd «Gandrs», 2005.

Размещено на Allbest.ru