Энергоэффективность различных способов центрального теплоснабжения

Abstract

Приведено сравнение расчетов топлива на приготовление горячей сетевой воды с помощью различных технологических установок, преобразующих теплоту высокого потенциала от продуктов сгорания топлива либо в процессе необратимого теплообмена с теплоносителем, либо с помощью тепловых двигателей, позволяющих снизить потери работоспособности и тем самым сэкономить топливо. Рассмотрены пять типов установок – от самой простой до самой сложной в двух вариантах, когда теплообменники и машины идеальны и когда оборудование имеет известную степень совершенства: 1) водогрейная котельная на органическом топливе; 2) электрокотельная, получающая энергию по линии электропередачи от конденсационной электростанции; 3) сетевой подогреватель ТЭЦ, получающий пар от теплофикационной турбины; 4) сетевой подогреватель КЭС, питаемый паром от редукционно-охладительной установки; 5) тепловой насос, получающий энергию по линии электропередачи от ТЭЦ. Исследованы три идеальных обратимых способа трансформации теплоты высокого потенциала в теплоту низкого потенциала с помощью понижающего, повышающего и предложенного авторами комбинированного термотрансформаторов и показана их полная термодинамическая равноценность. Для реализации идеального цикла комбинированного термотрансформатора предложена универсальная установка для выработки электроэнергии, холода и теплоты двух потенциалов для горячего водоснабжения и отопления на базе газовых компрессоров и газовых турбин. Данные результаты представляются весьма актуальными для энергетиков стран с неуклонным ростом потребления органического топлива и его стоимости, реализующих программы энергосбережения. Анализ показал, что количество полученной теплоты низкого потенциала на единицу затраченной теплоты высокого потенциала составило для идеальных установок: электрокотельной – 0,7; водяной котельной – 1,0; для теплового насоса, теплофикационной турбины и комбинированного термотрансформатора – 4,9. Увеличение количества теплоты низкого потенциала по сравнению с затраченной теплотой высокого потенциала не является нарушением законов термодинамики, а наоборот, прямым их следствием, поскольку при этом преобразовании сохраняется постоянной работоспособность теплоты. Для реальных вариантов этих установок коэффициенты преобразования составили соответственно: 0,415; 0,9; 1,53; 2,8; 1,47. Таким образом, еще раз получено, что ТЭЦ является самым эффективным источником теплоты для отопления и превосходит электрокотельную в семь раз, а установки с тепловыми насосами – в два раза. Универсальная энергоустановка сопоставима по эффективности с тепловым насосом, но превосходит его благодаря своей многофункциональности.