Введение
Актуальной проблемой на тепловых электрических станциях (ТЭС) является утилизация вторичных энергетических ресурсов. Современные электростанции преобразуют в полезную электрическую энергию 30-40 % теплоты топлива, а остальное 60-70 % рассеиваются в окружающей среде [2]. Поэтому использование в сбросной воде имеющихся тепловых ресурсов позволит обеспечить население продукцией теплично-овощных комбинатов (ТОК). Кроме экономии органического топлива улучшается состояние окружающей среды за счет снижения теплового загрязнения и уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу.
Потенциал охлаждающей воды на выходе из конденсаторов ТЭС (28-40°) затрудняет её применение в промышленности, кроме того в районах крупных электростанций в большинстве случаев отсутствуют энергоемкие предприятия и крупные коммунально-бытовые потребители теплоты [1].
Теплоснабжение гидротеплиц
В сложившихся условиях ряд сельскохозяйственных объектов представляется реальным потребителем теплоты паротурбинных установок. К их числу относятся обогреваемый и орошаемый теплой водой открытый грунт, тепловодное рыбное хозяйство, микробиологическое производство, тепличное производство, (высотные теплицы, каскадные теплицы – градирни, стандартные теплицы, шампиньоницы.). Высотные теплицы имеют малую площадь размещения, но значительную посадочную площадь. Соотношение этих показателей в 100-200 раз больше, чем в обычных теплицах. Конструкция высотных теплиц позволяет располагать их в непосредственной близости к источнику тепла. Каскадные теплицы – градирни (гидротеплицы) работают следующим образом: теплая сбросная вода поступает на верхний уровень кровли теплиц, затем самотеком, через регулируемые сливные системы, расположенные на каждом ярусе кровли теплицы, постепенно опускается вниз. Слой теплой воды, образующейся на кровле, обеспечивает внутри теплицы необходимый микроклимат. Охлажденная таким образом вода, возвращается к источнику тепла. Значительное количество сельскохозяйственных культур может выращиваться в теплицах традиционных конструкций, но только с почвенным обогревом, без дополнительного обогрева воздуха. Привлекательной особенностью этого этапа обогрева являются низкие капиталовложения в сооружение системы отопления.
Анализ параметров сбросной теплоты паротурбинных электростанций показывает, что ее использование для обогрева тепличных комбинатов требует либо применение нетиповых конструкций теплиц, отопительных приборов и систем отопления, либо догрева теплоносителя до стандартной температуры.
Один из наиболее эффективных способов утилизации низкопотенциальной сбросной воды – применение гидротеплиц. Принцип их действия основан на использовании тонкого слоя воды, стекающего по внешнему ограждению. Следует отметить, что в данном случае практически полностью исключается топливные затраты из себестоимости продукции теплично-овощного комбината (ТОК) или энерго-биологического комплекса (ЭБК).
Примерная схема использования сбросного тепла для теплоснабжения теплиц показана на рис. 1.
Рис. 1. Схема теплоснабжения ТОК (ЭБК) на базе низкопотенциальной теплоты ТЭС
Оценка эффективности использования вторичных энергоресурсов ТЭС
Для оценки эффективности использования сбросной теплоты ТЭС и оптимальной площади теплично-овощных комбинатов приняты к расчету следующие варианты температурного графика:
1 вариант – температурный график ТОК = 30°/20°
2 вариант – температурный график ТОК = 40°/25°
3 вариант – температурный график ТОК = 50°/30°
4 вариант – температурный график ТОК = 60°/35°
Для блока ТЭС с турбинами Т-110/120-130 в расчет включены следующие параметры: давление в конденсаторе в стандартном варианте Рк, кПа; расход пара в конденсатор Dк, кг/с; температура циркуляционной воды на входе а конденсатор: τ1В=+15°С – расчетная; τ1В=+35°С – максимально-возможная по правилам эксплуатации.
Использование низкопотенциальной теплоты ТЭС для теплоснабжения ТОК требует увеличения температуры охлаждающей воды конденсаторов, что приведет к некоторому ухудшению вакуума и недовыработки электроэнергии турбоустановкой [4]. Вследствие чего следует проводить оптимизационные расчеты для определения наиболее экономически целесообразного варианта теплоснабжения. Оптимальным вариантом принимается вариант, имеющий максимум интегрального экономического эффекта теплично-овощных комбинатов:
, млн. руб., (1)
где t – номер шага расчета (t=0,1,…, T); T – горизонт расчета (принят T=10 лет); Rt - результаты на t-м шаге расчета (выручка от реализации продукции ТОК), млн. руб.; Зt - затраты на t-м шаге расчета млн. руб./год; αt – коэффициент дисконтирования.
В состав годовых результатов включены: выручка от реализации продукции ТОК (овощей, зелени, грибов, цветов и т.д.) и стоимость покупной теплоты (в случае если теплицы находятся на балансе ТЭС):
, млн. руб./год, (2)
где wst – годовой объем реализации продукции ТОК млн. руб./год; 
– количество теплоты, потребляемой ТОК, МВт; Tq – тариф на тепловую энергию руб. / ГДж. Капиталовложения в ТОК составят:
, млн руб., (3)
где 
– капитальные вложения в ТОК, руб.; 
– площадь ТОК, м2.
Затраты в ТОК определяются:
млн. руб/год, (4)
где ИАМ – амортизационные отчисления; ИТР – издержки на текущий ремонт (1% от ИАМ); ИЗП – издержки на заработную плату; 
– затраты, вызванные недовыработкой электроэнергии энергии:
(5)
где 
– недовыработка электроэнергии энергоблоком, МВт; 
– число часов работы ТОК, ч/год; TЭ – тариф на электроэнергию, МВт∙ч/год.
Результаты расчета сведены в табл. 1 и представлены на рис. 2.
Таблица 1
Расчет эффективности энергоснабжения ТОК на базе низкопотенциальной теплоты ТЭС
|
Параметры |
Обозначение |
Размерность |
Расчет |
Расчет по вариантам |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
||||
|
Расход пара в конденсатор в стандартном режиме |
Дк |
кг/с |
Из расчёта тепловой схемы на один блок при номинальном режиме |
25 |
25 |
25 |
25 |
|
Давление и температура в конденсаторе в стандартном режиме - энтальпия пара - энтальпия конденсата |
Psk tsk
|
МПа ºС кДж/кг кДж/кг |
По h-s таблицам теплофизических свойств воды и водяного пара [3] |
0,039 28,54 2553,1 119,56 |
0,039 28,54 2553,1 119,56 |
0,039 28,54 2553,1 119,56 |
0,039 28,54 2553,1 119,56 |
|
Температура циркуляционной воды в стандартном режиме |
|
ºС |
Из расчёта тепловой схемы энергоблока |
28/15 |
28/15 |
28/15 |
28/15 |
|
Расход циркуляционной воды в стандартном режиме |
W |
Кг/с |
Дк∙(hкл-hкв)
|
9762,8 |
9762,8 |
9762,8 |
9762,8 |
|
Доля воды, отдаваемой на теплоснабжение ТОК |
αТОК |
- |
задаётся |
0,10 |
0,10 |
0,10 |
0,10 |
|
Температурный график ТОК |
|
ºС |
задаётся |
30/20 |
40/25 |
50/30 |
60/35 |
|
Потребное количество теплоты для отопления ТОК |
Qток |
МВт |
|
405,4 |
608,1 |
810,9 |
1013,6 |
|
ГДж |
1459,4 |
2189,2 |
2919,2 |
3646,8 |
|||
|
Удельный расход теплоты на ТОК |
qТОК |
МВт/Га |
Принят |
6 |
6 |
6 |
6 |
|
Годовая потребность теплоты ТОК |
|
тыс. МВт·ч/год |
|
106,7 |
159,9 |
213,3 |
266,7 |
|
Результаты от использования теплоты НПК для теплоснабжения ТОК |
Rt |
млн.рубгод |
|
140,4 |
209,88 |
265,5 |
323,54 |
|
Недовыработка электроэнергии от изменения в вакуума в конденсаторе |
|
МВт |
Дк· (hКП-hКПИСХ) ·ηЭМ·η2·103 ηЭМ=0,98 η2=0,99 |
0,948 |
2,443 |
3,841 |
5,253 |
|
Затраты от недовыработки э/э |
|
млн. руб./год |
|
3,29 |
8,501 |
13,37 |
18,29 |
|
Суммарные затраты ТОК |
Зt |
млн. руб./год |
Иан+ ИТРt+ ИЗПt+ |
50,322 |
110,88 |
168,33 |
226,54 |
|
Годовой чистый доход |
Эt |
млн. руб./год |
Rt-Зt |
90,08 |
99,0 |
97,17 |
97,0 |
·Тq
Рис. 2. Оценка эффективности теплоснабжения на базе сбросного тепла ТЭС
Как видно из табл. 1 и рис. 2 наиболее оптимальным является вариант 2 с температурным графиком ТОК = 40°/25°, дающий наибольший экономический эффект от теплоснабжения ТОК.
Выводы
На тепловых электрических станциях утилизация вторичных энергетических ресурсов является актуальной проблемой. Современные электростанции преобразуют в полезную электрическую энергию 30-40 % теплоты топлива, а остальное 60-70 % рассеиваются в окружающей среде. Один из наиболее эффективных способов утилизации низкопотенциальной сбросной воды – применение гидротеплиц.