Эффективность внедрения автоматизированных пиковых теплоисточников в комбинированной системе теплоснабжения

УДК 681.58:620.92

С. П. ПЕТРОВ, О. С. ПЕТРОВА

S. P. PETROV, O. S. PETROVA

эффективность внедрения автоматизированных

пиковых теплоисточников в КОМБИНИРОВАННОЙ

СИСТЕМЕ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

EFFICIENCY OF INTRODUCTION OF THE AUTOMATED

PEAK Thermal source IN THE COMBINED

TO HEAT SUPPLY SYSTEM

В статье рассматриваются вопросы эффективности внедрения различных типов автоматизированных пиковых теплоисточников, применяемых в комбинированных системах теплоснабжения, раскрываются их характеристики и особенности функционирования. Приводится технико-экономический анализ современных пиковых теплоисточников

Ключевые слова: автоматизация, пиковые теплоисточники, система теплоснабжения

In article questions of efficiency of introduction of various types automated pi-kovyh thermal source, applied in the combined systems of a heat supply are considered, reveal them ha-rakteristiki and features of functioning. The technical and economic analysis modern peak thermal source is resulted

Keywords: automation, peak thermal source, heat supply system

Основными требованиями, предъявляемыми к АСУ КСТ, являются: устойчивость системы управления, инвариантность управляемой переменной к возмущающим воздействиям, кова­риантность с задающим воздействием и робастность (ог­раниченная чувствительность) системы к вариациям характеристик элементов настройки [1].

Однако выполнить указанные требования к системе управления мешают случайные возмущения в виде стохастических изменений температуры наружного воздуха (внешняя среда) и наличие большого транспортного запаздывания теплоносителя в тепловых сетях, составляющего несколько часов, что, в конечном счете, сказывается на обеспечении теплового комфорта у потребителя.

На рисунке 1 представлена структура КСТ с независимым подключением пиковых теплоисточников, позволяющая существенно повысить качество и надежность теплоснабжения потребителей.

1 – идивидуальный тепловой пункт (ИТП) потребителя; 2 - прибор учета тепловой энергии; 3 - датчик температуры теплоносителя; 4 – преобразователь расхода; 5 - теплообменная станция; 6, 7 – регуляторы давления; 8 – регулятор расхода (перепада давления); 9 – насос; КИ - когенерационный источник; ПТ– пиковый теплоисточник; КРП, ЦТП - контрольно-распределительный пункт, центральный тепловой пункт; ГВ – подключение горячего водоснабжения; , , – длина участков трубопроводов от КИ до подсистемы с ПТ и между подсистемами с ПТ

Рисунок 1 – Общая структура КСТ с независимым подключением пиковых теплоисточников

В КСТ (рисунок 1) при внедрении АСУ ТП достаточно просто решаются вопросы резервирования подачи потребителю тепловой и электрической энергии, что повышает надежность и безопасность жизнедеятельности, например, проблема бесперебойного горячего водоснабжения в летний период. Небольшая продолжительность работы пиковых теплоисточников (10%) заметно снижает количество сжигаемого топлива и улучшает экологические показатели районов с высокой плотностью застройки [2].

Для управления тепловым режимом в КСТ используется принцип инвариантности (компенсации возмущающего воздействия). Поддержание заданного температурного графика осуществляется за счет разработанного алгоритма управления регулирующим клапаном подачи газа на пиковом источнике [2].

В каждый () момент времени положение регулирующего клапана определяется выражением:

, (1)

где - текущее значение расхода топлива в -тый момент времени;

- увеличение подачи топлива относительно ;

- уменьшение подачи топлива относительно ;

, , - соответственно текущие, прогнозируемые и допустимые значения параметров температурного графика, при этом:

(2)

где , - измеренные значения температуры теплоносителя на выходе КИ и температуры наружного воздуха в текущий момент времени;

определяется по формуле (2) при замене прогнозным суточным значением температуры наружного воздуха, выдаваемым прогнозной организацией в виде линейно изменяю-

щейся функции.

Допустимое значение отклонения параметров температурного графика определяется выражением [3] :

(3)

где , - заданные расчетные значения допустимых отклонений температуры теплоносителя на входе в здание и внутреннего воздуха в здании при экспериментально определенном допустимом отклонении температуры наружного воздуха от заданной линейно изменяющейся температуры во времени.

В качестве пиковых теплоисточников используются: блочно-модульные мини - ТЭЦ, газовые турбины, газопоршневые установки, микротурбины [4, 5] (таблица 1).

Таблица 1 - Особенности функционирования пиковых теплоисточников

Пиковый теплоисточник	КПД	Вид топлива	Достоинства	Недостаток
Блочные мини-ТЭЦ	90 % и выше.	природный и сжиженный газ, дизельное топливо, биогаз и шахтный газ - метан.	- позволяют получить одновременно до 5МВт электрической и 8 МВт тепловой энергии, сокращение потребления топлива по сравнению с раздельной выработкой тепловой и электрической энергии составляет до 40%	Значительные затраты на строительство, необходимость прокладки квартальных трубопроводов, дополнительные тепловые потери тепловых сетях.
Газовые турбины	25 - 35%	Природный газ	- соотношение вырабатываемой электрической энергии к тепловой у газовых турбин составляет от 1:1,5 до 1:2,5, что позволяет создавать различные схемные решения комбинированных систем централизованного теплоснабжения; - обладают хорошими экологическими показателями.	- КПД газовой турбины при повышении температуры наружного воздуха от - 30 до +30 °С снижается на 15-20 %; - при снижении нагрузки до 50% электрический КПД газовой турбины снижается почти в 2 раза; - на КПД газовой турбины влияет также высота над уровнем моря; - работа турбин сопровождается высоким уровнем шума.
Газопоршневые установки	Не ниже 90 %	Газовая смесь пропан-бутан, дизель	- более дешевое топливо	- низкочастотная составляющая шума от работы двигателя потребовать создания специальных защитных конструкций; - ограниченная единичная мощность установки (до 3,5 МВт).
Микротурбины	Не ниже 95 %	Природный газ, углеводородное топливо	- высокие экологические показатели; - имеет защиту от влаги	- высокая стоимость; - длительный период запуска; - дорогое обслуживание; - требует подготовки топлива.

Выбор того или иного типа пикового теплоисточника предопределяется рядом факторов, основными из которых являются: КПД, установленная мощность, удельная стоимость, конструктивные и технологические особенности [5]. При этом важное значение имеет стоимость используемого топлива (природный газ, пропан-бутан или дизельное топливо) и стоимость произведенной электрической энергии (рисунок 2).

Рисунок 2 - Стоимость энергии топлива и электрической энергии, произведенной газопоршневыми (ГПД) и дизельными двигателями

Проведенный анализ источников энергоснабжения с позиций их использования в комбинированных системах теплоснабжения позволяет сделать следующие выводы:

1. Себестоимость электрической и тепловой энергии, пиковых теплоисточников с газопоршневыми двигателями меньше себестоимости электроэнергии, выработанной дизельными генераторами, но больше, чем у газовых турбин. Установка ГПД целесообразна для покрытия суммарной электрической и тепловой нагрузки до 3,5 МВт.

2. Использование в качестве пиковых теплоисточников газовых турбин предпочтительно на крупных промышленных предприятиях, которые имеют значительные (больше 3,5 МВт) электрические и тепловые нагрузки, собственную производственную базу, высококвалифицированный персонал для эксплуатации установки, а также подвод газа высокого давления.

3. Применение в качестве пиковых теплоисточников комбинированных систем теплоснабжения микротурбин, учитывая их высокие экологические показатели, предпочтительно в районах с высокой плотностью застройки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1 Душин, автоматического управления [Текст]: учеб. для вузов / , , и др.; под ред. . – М.: Высшая школа, 2005. – 567 с.

2 Петров, и синтез системы управления процессом передачи тепловой энергии в когенерационной системе централизованного теплоснабжения. [Текст]: монография/ , ; под общей редакцией д-ра техн. наук, проф. . - Орел: Издательский дом «Орлик и К», 20с.

3 Подмастерьев, регулирования температуры воздуха в помещениях [Текст] / , // Датчики и системы. – М.: , 2008. - № 6. - С.

4 Петров, когенерационных систем теплоснабжения с распределенными пиковыми нагрузками [Текст]: монография / ; под общ. ред. проф. . – М.: Машиностроение –1, 2007. - 304 с.

5 Петров, безопасности жизнедеятельности при теплоснабжении от когенерационных систем с распределенными пиковыми нагрузками, ч. 2. Анализ эффективности источников энергоснабжения, используемых в когенерационных системах теплоснабжения [Текст] / // Безопасность жизнедеятельности, 2006. -№ 11. – С.7-10.

ФГОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК», г. Орел

К. т.н., доцент кафедры «Электрооборудование и энергосбережение»

Тел. (48

Е-mail: *****@***ru

ФГОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК», г. Орел

К. т.н., старший преподаватель кафедры «Приборостроение, метрология и сертификация»

Тел.

Е-mail: *****@***ru