Тригенерационная установка на базе парокомпрессионного теплового насоса с газопоршневым приводом

Снижение энергоемкости экономики России рассматривается в федеральной программе ЭС-2020 как ключевой фактор сокращения затрат общества на энергообеспечение, повышения конкурентоспособности продукции отечественных производителей и уменьшения нагрузки на окружающую среду.

Исходя из этого, были определены основные приоритеты научно-технической политики в этом направлении: разработка новых энергосберегающих технологий и оборудования; использование вторичных энергетических ресурсов; использование нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, в том числе энергетического потенциала существующих в природе градиентов температур.

Для России проблема энергообеспечения становится одной из главных в борьбе за выживание, в первую очередь вследствие географического положения, когда на большей части территории страны продолжительность отопительного сезона составляет от 100 до 365 дней в году.

После энергетического кризиса 1970‑х годов стоимость энергоносителей резко возросла, и еще больше возросли тарифы на энергию от централизованных сетей. По всем существующим прогнозам, в связи с ограниченностью энергоресурсов, тенденция увеличения тарифов сохранится и в обозримом будущем. Такое развитие событий привело к еще большему интересу потребителей во всем мире к созданию собственных автономных источников энергии не только в местах, где отсутствует доступ к централизованным сетям, но и в местах свободного доступа к ним.

В настоящее время для нормального функционирования зданий и объектов их необходимо оснащать системами теплоснабжения, электроснабжения и холодоснабжения (кондиционирования). Зачастую эти системы энергоснабжения являются обособленными и никак не связаны друг с другом. Такая схема энергоснабжения приводит к длительному простою части оборудования, эксплуатации установок в неэкономичных режимах, перерасходу энергии в совместных режимах.

Вдобавок ко всему дополнительную нагрузку на энергоснабжение накладывают и системы кондиционирования воздуха. В результате вместо того, чтобы существенно уменьшить количество потребляемой энергии летом, потребителям приходится оплачивать расходы и на горячее водоснабжение, которое обеспечивается работой котельных в неэффективных режимах, и на кондиционирование.

Одной из систем, позволяющих решить сложившиеся проблемы, является применение тригенерационных установок на базе парокомпрессионных тепловых насосов с приводом от газового двигателя, которые позволяют вырабатывать теплоту, холод и электроэнергию одновременно. Применение таких систем создаст благоприятные условия для решения комплекса важных экономических и социальных проблем.

Наиболее эффективным для нашей страны может оказаться применение в качестве привода тригенерационной установки газопоршневого двигателя. Это объясняется тем, что он потребляет в два раза меньше газа, чем блочная котельная установка, и доля стоимости топлива в текущих затратах становится намного меньше. Это означает, что при повышении тарифов на энергоносители ее технико-экономические характеристики по сравнению с другими видами установок будут улучшаться.

Эффективность использования установок малой и средней мощности, устанавливаемых непосредственно у потребителей в качестве альтернативы централизованному энергоснабжению, определяется следующими факторами:

• снижение себестоимости производства электроэнергии, теплоты и холода за счет комбинированной их выработки и использования более совершенного оборудования;

• повышение надежности энергоснабжения;

• независимость режима работы потребителя от режима работы энергосистем;

• снижение масштабов отчуждения территорий под крупное энергетическое строительство;

• полная автономность.

Такие установки позволяют работать в режимах с оптимальными характеристиками и позволяют регулировать количество и качество вырабатываемых видов энергии в зависимости от внешних условий.

Упрощенная схема работы тригенерационной установки такова. Газовый двигатель (ГД) приводит во вращение вал электрогенератора (ЭГ) и компрессора теплового насоса (КМ) одновременно. Электрогенератор вырабатывает электричество, часть которого используется для электроснабжения потребителей, а часть идет на электроснабжение самой установки. В теплонасосной установке (ТНУ) происходит обратный термодинамический процесс, в результате которого в испарителе происходит поглощение теплоты низкопотенциального источника (воздуха), а в конденсаторе – выделение теплоты, которая расходуется на нагрев холодной воды. Вода после конденсатора попадает в пластинчатый теплообменник (ПТ) и экономайзер (Э), где нагревается за счет утилизации теплоты тосола из системы охлаждения двигателя и выхлопных газов соответственно. Далее горячая вода поступает на отопление и горячее водоснабжение. Холодный воздух после испарителя может применяться в системах кондиционирования и хладоснабжения.

Источник: Энергетика и промышленность России