Тепловые насосы

При наличии таких больших источников НПТ на ТЭЦ возникает вопрос - насколько возможно добиться высокой эффективности от их применения в СЦТ? Во-первых, высокая эффективность достижима лишь в тех случаях, когда ТНУ производит теплоту с таким температурным потенциалом, при котором обеспечивается высокий КОП и при этом достигается наибольший вклад в замещение первичных энергоресурсов. Например, высокие значения КОП могут быть достигнуты при использовании ТНУ для частичного подогрева теплоносителя с последующим догревом его в традиционных устройствах СЦТ. При таком подходе технологический цикл трансформации НПТ осуществляется в выгодном интервале температур, с точки зрения технической и термодинамической целесообразности. Действительно, именно близостью значений параметров теплоносителей в теплосетях ТЭЦ и РК и может быть достигнута высокая термодинамическая эффективность применения ТНУ.

Во-вторых, важной является техническая сторона реализации теплонаносной технологии в СЦТ, в частности, осуществимость сооружения ТНС с наименьшими затратами и простота обслуживания их в эксплуатационных условиях. Только сочетание вышеупомянутых условий предопределяет экономическую целесообразность и эффективность использования ТНУ в СЦТ. Принимая во внимание особенности функционирования СЦТ и наличие технических средств, обеспечивающих живучесть и надежность организации теплоснабжения в крупных городах, можно признать, что для ТНУ существуют все предпосылки, при которых их применение обеспечит значительный энергосберегающий эффект в СЦТ. 
Важным обстоятельством на пути внедрения теплонаносной технологии в СЦТ является наличие производственной базы для изготовления оборудования для широкого диапазона единичных мощностей ТНУ (от нескольких единиц до сотен МВт (тепл.)) и при относительно доступных ценах на оборудование для ТНС. 
Исходя из вышеизложенного, проведена оценка уровня эффективности и масштабов применения теплонаносной технологии в СЦТ в городах РФ. По предварительным расчетам технически реализуемый потенциал НПТ ТЭЦ в СЦТ за счет применения ТНУ может быть оценен в размере не менее 70-80 млн Гкал в год (с КОП в диапазоне 5-8 в зависимости от конкретных условий утилизации НПТ в СЦТ). Это равносильно годовой экономии 12-14 млн т у.т. органического топлива. Потребляемая мощность на привод компрессоров ТНУ составит на уровне 2,3-2,5 тыс. МВт(э) при общей тепловой мощности ТНУ около 14 тыс. Гкал/ч.

По предварительным расчетам расход электроэнергии на привод компрессоров ТНУ составит около 14 тыс. ГВт-ч/год, а выработка теплоты с помощью ТНУ - примерно 70 млн Гкал/год. При сложившихся на текущий период усредненных тарифах на тепло- (140 руб./Гкал) и электроэнергию (300 руб./МВт-ч) в РАО «ЕЭС России» (более корректно следует считать по тарифам для каждого региона) экономическая выгода составит не менее 5,6 млрд руб. или около 185 млн долл. в год. При общих капиталовложениях в ТНС в размере 18 млрд руб. (600 млн долл.) срок окупаемости составит на уровне 3-3,5 лет.

Важно отметить, что в реальности эффективность применения ТНУ может оказаться в ряде случаев заметно выше, например, предварительные проработки применения ТНУ мощностью 40 Гкал/ч на одной из ТЭЦ г. Москвы показывают, что срок окупаемости составит немногим более 2-х лет. Этот пример приведен только для того, чтобы обратить внимание на наличие в отдельных случаях на существование весьма благоприятных условий использования ТНУ в СЦТ.

При температурных графиках работы теплосетей ТЭЦ и РК КОП составляет на уровне 6-8. Это является одной из важнейших особенностей использования НПТ ТЭЦ при передаче ее с помощью ТНУ к обратной сетевой воде, возвращаемой на РК. 
Другим важным направлением утилизации НПТ с помощью ТНУ следует связывать с существующими потерями сетевой воды в теплосетях (это происходит по разным причинам: негерметичность трубопроводов теплосетей, открытый водоразбор в квартальных теплосетях и т. д.). В этой связи на ТЭЦ и РК организовано восполнение этих потерь, на что затрачивается теплота. Возможно использование ТНУ для утилизации НПТ СОТВ на ТЭЦ для подогрева сырой и химочищенной воды, поступающей на восполнение потерь сетевой воды. Подогрев сырой воды в 1-й ступени осуществляется до 30 °С, а во 2-йступени до 50 °С и выше. В качестве источника НПТ используется циркуляционная вода, поступающая на градирни. Применение ТНУ на 1-й стадии подогрева сырой воды обеспечивает КОП на уровне 7-9 (диапазон значений КОП напрямую зависит от сезона года), а на 2-й стадии КОП составляет на уровне 5-6.

Важным фактором, повышающим эффективность использования ТНУ для утилизации НПТ ТЭЦ, может стать также организация подогрева восполняемых потерь сетевой воды для теплосетей РК. Здесь речь идет о том, что потери сетевой воды в теплосетях РК восполняются по перемычкам из теплосетей ТЭЦ. В этом случае на ТЭЦ возрастает расход теплоэнергии на восполнение потерь сетевой воды и тем самым увеличиваются объемы утилизации НПТ ТЭЦ с помощью ТНУ, размещаемых непосредственно на самих ТЭЦ. При таком подходе ТНУ будут обеспечивать утилизацию НПТ с высокими значениями КОП (на уровне 6-8), но здесь предстоит решить вопрос о тарифах на сетевую воду, продаваемую РК. Тариф на сетевую воду должен быть взаимовыгодным, стимулирующим, с одной стороны, ТЭЦ на сооружение ТНУ для утилизации НПТ, с другой, тариф на сетевую воду должен быть таким, чтобы РК были заинтересованы в восполнении потерь сетевой воды из теплосетей ТЭЦ. Вообще это классическая задача межведомственных взаиморасчетов за энергоресурсы. При едином централизованном подходе к решению вопроса восполнения потерь сетевой воды в тепломагистралях города такого вопроса не существует, совершенно очевидно, что в этом случае использование ТНУ для утилизации НПТ ТЭЦ при восполнении потерь сетевой воды выгодно и целесообразно во всех отношениях.

Разнообразие условий организации теплоснабжения и источников НПТ, которые можно полезно задействовать с помощью ТНУ в системе централизованного теплоснабжения, указывает на необходимость более углубленного подхода к изучению реальных возможностей применения ТНУ, благодаря которым можно неоднократно вовлекать отработавшую теплоту в технологический цикл СЦТ.

Особо следует отметить большие возможности применения теплонаносной технологии в системе ЦТС городов, где теплоснабжение осуществляется от ГРЭС-ТЭЦ. Как правило, в таких городах наиболее заинтересованными являются объекты социального назначения и ЖКХ.