Д.т.н. Г.В. Ноздренко,профессор, к.т.н. П.А. Щинников, доцент, И.В. Бородихин, Новосибирский ГТУ

Энергоснабжение потребителей от ТЭЦ развивается в направлении комбинированных теплофикационных систем [1]. К таким системам можно отнести систему ТЭЦ с внутриквартальными двигателям внутреннего сгорания (ВДВС). В основе технологии лежит комбинированная выработка на ТЭЦ электроэнергии и теплоты с отпуском в магистральную теплосеть при пониженном температурном графике. ДВС, расположенный в непосредственной близости от потребителей теплоты, обеспечивает необходимые параметры в отопительный период за счет контура охлаждения ДВС и тепла, уходящих газов, рис.1. Кроме того, ДВС обеспечивает дополнительную выработку электроэнергии. Использование в качестве топлива композитного жидкого топлива (КЖТ) позволяет вовлечь в энергобаланс некондиционные, низкосортные и местные виды топлив, что снижает величину топливной составляющей в себестоимости продукции [2].

ТЭЦ с ВДВС имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными системами энергоснабжения потребителей.

Во-первых – это энергосберегающая технология по следующим причинам. ВДВС вытесняют
пиковые водогрейные котлы (ПВК) и участвуют в покрытии полупиковой и пиковой частей нагрузки теплового графика, а поскольку эксергетический КПД ВДВС примерно в два раза выше эксергетического КПД ПВК, то в системе экономится топливо. Одновременно ВДВС обусловливает переход ТЭЦ с нормативного температурного графика к графику с пониженными температурами прямой и обратной сетевой воды при теплофикационной нагрузке, составляющей 0,65...0,75 от нагрузки по традиционному тепловому графику, что также вызывает экономию топлива в системе и экономию электроэнергии на сетевые насосы (коэффициент собственных нужд ТЭЦ уменьшается на 0,5 %). Кроме того, за счет перехода на пониженный температурный график почти в два раза уменьшаются тепловые потери в магистральных теплопроводах и возрастает КПД транспорта теплоты. При этом снижение температуры прямой сетевой воды до 50…70°С обусловливает уменьшение давления в теплофикационном отборе и, как следствие, увеличение выработки электроэнергии комбинированным способом, что вызывает экономию топлива и служит аварийным резервом в энергосистеме.

Во-вторых, это – затратосберегающая технология. Переход на низкие температуры сетевой воды в магистральных теплопроводах позволяет использовать для них дешевые трубы из синтетических материалов не подверженные коррозии и с долговечностью до 50 лет. При этом принципиально исключаются аварийные режимы со вскипанием сетевой воды. Отпадает необходимость в домовых тепловых пунктах, поскольку сетевая вода будет поступать непосредственно в отопительные приборы. В этом случае капиталовложения в целом уменьшаются в 1,5 раза по сравнению с традиционным вариантом. За счет ВДВС существенно сокращаются сроки ввода теплогенерирующих мощностей. Установка ВДВС может рассматриваться по схеме крышных котельных.

В третьих, это – технология повышенной надежности. В системе теплоснабжения ТЭЦ–ВДВС обеспечивается структурное резервирование теплопотребителей при авариях на магистральных теплопроводах (МТ). Коэффициент готовности традиционной последовательной структуры ТЭЦ–ПВК–МТ не превышает 0,8. Система ТЭЦ–МТ–ВДВС является последовательно–параллельной структурой и поэтому обладает более высоким коэффициентом готовности (при прочих равных условиях). Кроме того, возможно локальное (на уровне ВДВС) качественное регулирование в системе теплоснабжения.

В четвертых, это – экологообеспечивающая технология. Валовые выбросы вредных веществ уменьшаются за счет экономии топлива. ВДВС отключаются летом, улучшая экологию в ареале функционирования.

Экономия топлива за отопительный период в системе ТЭЦ-ВДВС будет определяться по выражению, кг у.т./год:

, ( 1)

где – удельный расход условного топлива на i -том режиме (при соответствующей температуре окружающей среды и с учетом расхода топлива на замещающей электростанции, так как система ТЭЦ-ВДВС обеспечивает дополнительную выработку электроэнергии), кг.у.т./(кВт × ч);

– продолжительность i–го режима по тепловому графику нагрузки, ч.

На рис.2 (линия 1) показана суммарная годовая экономия топлива при различных режимах работы ТЭЦ–ВДВС. На рис.3 показана экономия топлива системы ТЭЦ-ВДВС в зависимости от коэффициента теплофикации и для различных режимов. Легко видеть, что максимальная экономия топлива достигается в зоне температур –10…–20 ° С (рис.2, линия 1) при переходе на новый температурный график с одновременным снижением доли теплоты отпускаемой от ТЭЦ () и повышением КПД транспорта теплоты (), рис.3.

Так же представляют интерес результаты расчетов показателей надежности, при которых с одной стороны учитывается последовательно-параллельная структура системы энергоснабжения потребителей, рис.4, а с другой – количество последовательно соединенных элементов схеме энергоблока, количество элементов с одним и двойным резервированием, количество присоединенных к ТЭЦ групп ВДВС и количество ВДВС в присоединенной группе, рис.5.

Результаты расчетов показателей надежности сведены в таблицу. Легко видеть, что интегральный коэффициент готовности, учитывающий режимы функционирования энергоблоков для системы ТЭЦ–ВДВС выше, чем для системы ТЭЦ–ПВК как по отпуску электроэнергии, так и по отпуску теплоты. Это обусловлено как более высоким интегральным коэффициентом готовности ВДВС по сравнению с ПВК, так и параллельной структурой теплоснабжения ТЭЦ–ВДВС, рис.5.

На рис.2 (линия 2) показана удельная экономия топлива с учетом факторов надежности.

Таблица Результаты расчетов показателей надежности

Выводы

1. Предложена технология комбинированного теплоснабжения с применением ДВС на внутриквартальных мини-ТЭЦ и использованием композитного жидкого топлива.

2. Показано, что данная технология обладает лучшими надежностными показателями по сравнению с системой теплоснабжения ТЭЦ–ПВК и обеспечивает системную экономию топлива.

Литература

1. Андрющенко А.И. Комбинирование теплофикационных систем – способ повышения экономичности и надежности теплоснабжения // Энергетика. Изв. вузов СНГ, 1995, №1–3. – С. 12–14.

2. Щинников П.А., Евтушенко Е.А., Овчинников Ю.В. и др. Новая технология сжигания твердого топлива. – Теплоэнергетика, 2001. – №7. – С.30…32.

3. Турбиницин В.И. Надежность электростанций. – М.: Энергоатомиздат, 1997. – 240с.

4. Указания по применению показателей надежности элементов энергосистем и работы энергоблоков с паротурбинными установками. М.: Союзтехэнерго, 1985. – 51с.