В отопительный период регулирование тепловой нагрузки потребителей теплоты производится на ТЭЦ с помощью центрального качественного регулирования. При этом, как показали исследования [СП 124.13330.2012], при температуре наружного воздуха от 30 до ± 2єС для ряда городов Российской Федерации температура прямой сетевой воды в подающем трубопроводе понижается, и для подачи в системы горячего водоснабжения с температурой 70 єС при нормальном и 85 єС для систем с повышенным регулированием производят "излом" температурного графика теплосети [1, 2] на летний и зимний режимы [СП 131.13330.2012].

По статистическим данным, для различных городов России, в зависимости от их географического положения и континентальности климата, суммарная годовая продолжительность стояния среднесуточных температур наружного воздуха ф_изл-8 от температуры, соответствующей моменту "излома" температурного графика теплосети, до расчетной температуры 8 ? С (начала и конца отопительного сезона), меняется весьма существенно, например от 188 дней для Саратова до 4512 дней для Новороссийска [СП 131.13330.2012].

Под буквой а на рис.1 приведен температурный график теплосети, под буквой б - годовой график теплофикационных нагрузок ТЭЦ по продолжительности. Точки 1 и 4 соответствуют "излому" температурного графика, соответственно при более высокой t_пр¹ и более низкой температуре прямой сетевой воды t_пр⁴ в точках "излома". Им соответствуют температуры наружного воздуха t_нв¹ t_нв⁴. Промежутки времени ф_ас и ф_вс соответствуют осенне-весенним периодам года, когда ТЭЦ работает в диапазоне температур воздуха, изменяющихся от + 8 ? С до "излома" графика t_нв^изл.

перетоп тепловая сеть

а б

Рис.1. Температурный график теплосети с "изломом" по температуре прямой сетевой воды (а) и годовой график по продолжительности теплофикационной нагрузки ТЭЦ (б)

В этот период, по сравнению с качественным регулированием тепловой нагрузки (отрезок 1 - 3), при "изломе" графика в точке 1, возникает перерасход тепла из-за "перетопа" потребителей, соответствующий площади 1231. Снижение температуры сетевой воды в точке 4 до t_пр⁴ уменьшает суммарный перерасход тепла на площадь 1254. В точке "излома" графика часовая тепловая нагрузка отопления и вентиляции:

(1)

где - тепловые нагрузки отопления, вентиляции и их относительные тепловые нагрузки при расчетной температуре наружного воздуха.

Среднесуточная часовая нагрузка ГВС при "изломе" графика остается неизменной.

Суммарная часовая тепловая нагрузка потребителя:

При "изломе" графика и стабилизации температуры прямой сетевой воды t_пр^изл за период времени ф_изл-8 при повышении температуры наружного воздуха от t_нв^изл, ? С возникает значительный "перетоп" в системах отопления и вентиляции потребителей. Теоретически величина "перетопа" при температуре наружного воздуха + 8 ? С

Среднечасовая величина перерасхода тепла в результате "перетопа":

Продолжительность периода ф_изл-8 и соответствующая ей температура воздуха t_нв^изл зависят от температуры графика, типа теплосети и температуры прямой сетевой воды t _пр^изл в точке излома графика.

Анализ показывает, что в течение ряда лет последний излом температурного графика теплосети для нескольких ТЭЦ Саратовской области, работающих на открытые тепловые сети, производился при температуре воздуха t_нв^изл=0,3 ? С и температуре прямой сетевой воды t _пр^изл =75 ? С. При этом в отопительный сезон 2006-2007 года продолжительность периода с "изломом" графика составила ф_0,3-8 =1224 ч. Характерно, что длительность этого периода заметно меняется по годам. Так, в отопительный период 2006/2007 года она равнялась 1848 ч.

В большинстве случаев при работе ТЭЦ как на закрытые, так и на открытые системы теплоснабжения температура прямой сетевой воды при изломе графика устанавливается на уровне 75-70 ? С. В соответствии с этим при наличии горячего водоснабжения минимальная температура сетевой воды в подающем трубопроводе для закрытых систем должна быть не ниже 70 ? С, а для открытых - не ниже 60 ? С. Согласно постановлению правительства, температура горячей воды в системах ГВС потребителей должна поддерживаться не ниже 60 ? С. Таким образом, излом температурного графика можно производить при пониженных температурах прямой сетевой воды, особенно при работе ТЭЦ на открытые теплофикационные системы. При открытой теплосети в случае "излома" температурного графика при пониженной температуре прямой сетевой воды t _пр^изл, неизменных значениях тепловой нагрузки ГВС Q_ГВС и расхода прямой сетевой воды G_св произойдет увеличение расхода воды на ГВС, G_ГВС и соответствующего ему расхода подпиточной воды G^t1_под в тепловую сеть.

Расход сетевой воды через теплообменные аппараты систем отопления и вентиляции тепловых потребителей будет уменьшаться соответственно изменению расхода подпиточной воды:

G^t1_{от. в.} = G_{св -} G^t1_под. (2)

Совместно решая систему уравнений теплового баланса и теплопередачи в теплообменных аппаратах систем отопления и вентиляции потребителей, записанных для случаев "излома" температурного графика, при изломе графика с исходной t _пр^излt и измененной температурах сетевой воды t _пр^излt1, получаем:

; (3.1)

. (3.2)

Необходимо выработать критерии, по которым можно в первом приближении судить об эффективности работы комплекса "источник теплоты - тепловые сети" в целом, в том числе с точки зрения оптимальной геометрической конфигурации системы теплопроводов в зависимости от тепловой мощности источника.

Зависимость удельных приведенных затрат от мощности котельной установки выражается уравнением:

, (4)

где А и В - коэффициенты, зависящие от типа котлоагрегатов и вида сжигаемого топлива; Е - коэффициент эффективности капиталовложений; А₁ - условно-постоянные расходы в составе эксплуатационных издержек действующей системы теплоснабжения, включая затраты на топливо, водоочистку, электроэнергию и пр.; Q - установленная действительная теплопроизводительность котельной, МВт/ч.

Зависимость удельных приведенных затрат в тепловые сети от теплоплотности описывается формулой:

, (5)

где а - стоимость производства тепловой энергии, руб. /МВт; q - теплоплотность застройки, МВ т/га; У_п - коэффициент, зависящий от типа и от условий прокладки теплосети; У_с - коэффициент, учитывающий зависимость удельного расхода воды в сети от системы теплоснабжения, метода регулирования отпуска теплоты и соотношения нагрузок ГВС и отопления.

Формула (5) содержит экономическую величину а, которая является индивидуальной для каждого поставщика тепловой энергии и определяется экономическим расчетом предприятия.

Продифференцировав по Q суммарные приведенные затраты и приравняв производную к нулю, получим оптимальную мощность котельной для района заданной теплоплотности:

. (6)

Оптимальная мощность котельной - один из многих факторов, включающих экономическую составляющую. Для оценки экономической эффективности работы котельных наиболее часто используются соотношения между капитальными вложениями К (или годовыми отчислениями от них - Р (к) и материальными затратами на эксплуатацию С_год или С_м.

При снижении температуры в подающем трубопроводе превышение расхода сетевой воды при графике 100/70 составило в 2011 году 1,49 раза (по фактическим данным), а в 2015 - 1,53 раза.

Литература