Спосіб теплопостачання

1. Спосіб теплопостачання, який полягає у когенераційному виробництві електроенергії, перетворенні її в тепло з акумуляцією його та наступним використанням за потребою, при цьому потужність споживання електроенергії для заряджання акумуляторів регулюють, який відрізняється тим, що середньодобову потужність заряджання теплових акумуляторів від когенераційного джерела енергії підтримують на рівні, нижчому середньодобової потужності теплових потреб, що обслуговуються цими акумуляторами, а дозаряджають теплові акумулятори енергією в кількості, необхідній для повного забезпечення вказаних теплопотреб, споживаючи електроенергію з іншої електромережі під час провалу навантаження в ній. C2 2 UA 1 3 до техніки управління споживачами-регуляторами навантаження в електромережах. Відомий спосіб управління споживачамирегуляторами, до яких відносяться і споживачірегулятори в системах теплопостачання, що генерують тепло за рахунок споживання електроенергії, який полягає у визначенні диспетчером прогнозного значення загальної потужності навантаження, порівнянні його з оптимальним та наступним за ним включенням чи відключенням споживачів-регуляторів вибраної диспетчером потужності для досягнення оптимальної потужності навантаження в енергосистемі [А.В. Праховник. Автоматизация управления электропотреблением. Киев, Изд-во при КГУ, издательское объединение «Вища школа», 1986г.]. Недоліком цього способу, в застосуванні до теплопостачання, є неможливість постійного та стабільного забезпечення споживачів теплом, оскільки диспетчер включає певну кількість електронагрівачів на певний час, забезпечуючи саме стабілізацію навантаження на енергосистему. При цьому деяка кількість нагрівачів протягом доби може бути включена на короткий час, і не забезпечить достатньої кількості тепла, а деяка кількість нагрівачів може бути не включена взагалі. Відомий спосіб постачання теплом [опис до патенту на винахід UA №76004, М.кл. F24D11/00, публ. 15.06.2006р.], згідно якого теплоакумулюючий матеріал нагрівають електроенергією при необхідності збільшення навантаження в електромережі та зберігають тепло до використання, при цьому електроенергію споживають переважно в провалі навантаження. Використання такого способу вирівнює навантаження в енергосистемі, завдяки чому суттєво зменшуються загальні витрати палива на виробництво електроенергії та втрати при її передачі. Проте, ці витрати, в застосуванні до опалення, залишаються високими через великі втрати тепла на теплових електростанціях при перетворенні його в електричну енергію. Найбільш близьким, прийнятим в якості прототипу, є спосіб опалення приміщень, відомий з опису до патенту на винахід UA №72640, М.кл. F24D11/00, публ. 15.03.2005р., який полягає у когенераційному виробництві електроенергії, перетворенні її в тепло з акумуляцією його та наступним використанням за потребою, при цьому потужність споживання електроенергії для заряджання акумуляторів регулюють в залежності від оплати послуги по теплопостачанню від повної потужності при оплаті до нульової при її відсутності. Використання цього способу забезпечує більш повне використання енергії палива для теплопостачання, оскільки більша частина енергії генерується як тепло, яке не скидається в навколишнє середовище, а використовується для теплопостачання. Але високоефективне виробництво електроенергії в когенераційному процесі можливе тільки при дотриманні заданого співвідношення між тепловою та електричною потужністю установки. Якщо тепловий генератор когенераційної установки використовується для комунального теплопо 87563 4 стачання (опалення, гаряча вода), то поточна потужність виробництва електричної енергії такою установкою визначається потужністю теплових потреб споживачів, яких обслуговує цей тепловий генератор. А ці потреби залежать, в основному, від температури зовнішнього повітря. Тому потужність виробництва електроенергії в енергоефективному когенераційному процесі, пов'язаному з комунальним теплопостачанням, також залежить від температури зовнішнього повітря. Електроенергію, вироблену когенераційною установкою, доцільно використовувати для енергозабезпечення комунального господарства. І тому залишкова потужність електрогенератора когенераційної установки, яку доцільно використовувати для обслуговування комунальних теплопотреб, змінюється протягом доби в залежності від енергопотреб інших комунальних споживачів електроенергії. При цьому постійно виникає або дефіцит або надлишок електричної потужності когенераційної установки. Дефіцит може компенсуватись за рахунок споживання електроенергії з об'єднаної енергосистеми з оплатою по поточному тарифу. Надлишок потужності об'єднаною енергосистемою не споживається в зв'язку з тим, що ця потужність є некерованою з точки зору диспетчера енергомережі. Компенсація відхилень потужності в обидві сторони може відбутись також за рахунок погіршення енергетичної економічності когенераційної установки. Такі режими роботи системи теплопостачання з використанням когенерації є економічно або енергетично невигідними для комунального господарства, і, крім того, можуть в певні моменти призводити до перевантажень об'єднаної енергосистеми. В основу винаходу поставлено задачу створення таких режимів енергоспоживання великою кількістю невеликих систем комунального теплопостачання, які, безперебійно забезпечуючи теплом споживачів, одночасно забезпечили б найбільш економічний режим завантаження когенераційної установки. Додатковою задачею винаходу є покращення економічності роботи інших електромереж за рахунок їх взаємодії з електромережею когенераційної установки. Поставлена задача розв'язується тим, що у відомому способі теплопостачання, який полягає у когенераційному виробництві електроенергії, перетворенні її в тепло з акумуляцією його та наступним використанням за потребою, при цьому потужність споживання електроенергії для заряджання акумуляторів регулюють, середньодобову потужність заряджання теплових акумуляторів від когенераційного джерела енергії підтримують на рівні, нижчому середньодобової потужності теплових потреб, що обслуговуються цими акумуляторами, а дозаряджання теплових акумуляторів енергією в кількості, необхідній для повного забезпечення вказаних теплопотреб проводять, споживаючи електроенергію з·іншої електромережі під час провалу навантаження в ній. Можливий варіант способу, при якому регулювання потужності заряджання теплових акумуляторів проводять за сигналами датчиків температу 5 ри зовнішнього повітря. Можливий варіант способу, при якому регулювання потужності заряджання теплових акумуляторів проводять за сигналами диспетчерського центру, при цьому вимірюють потужність генерації електроенергії когенераційною установкою, а потужність заряджання сукупності теплових акумуляторів від когенераційного джерела змінюють, забезпечуючи оптимальне завантаження електричного генератора когенераційної установки. Можливий варіант способу, при якому електроенергію, вироблену когенераційною установкою, передають до її споживачів через електромережу загального користування, при цьому вимірюють потужність енергопостачання установки в цю мережу, а також визначають потужність споживання електроенергії з цієї мережі кожним з споживачів когенераційної енергосистеми і передають цю інформацію в диспетчерський центр, а потужність заряджання окремих теплових акумуляторів централізовано регулюють так, щоб сукупна величина потужності споживання електроенергії споживачами когенераційної енергосистеми з мережі загального користування дорівнювала потужності енергопостачання установки в цю мережу. Можливий варіант способу, при якому електроенергію, вироблену когенераційною установкою, під час пікового навантаження в іншій електромережі хоча б частково передають їй, при цьому споживання електроенергії для заряджання теплових акумуляторів хоча б частково призупиняють. Запропоноване технічне рішення підвищує енергетичну ефективність комунального теплопостачання з використанням когенерації, забезпечуючи роботу когенераційної установки в режимі, оптимальному з енергетичної точки зору. Додатково забезпечується вирівнювання навантаження в суміжній електромережі, а також збільшення потужності її генераторів у період пікового навантаження. Між сукупністю суттєвих ознак і технічним результатом, що досягається, існує причиннонаслідковий зв'язок, зумовлений використанням ємності теплових акумуляторів і надлишкової середньодобової потужності споживання електроенергії для цілодобового оптимального завантаження електрогенератора когенераційної установки з наступним покриттям надлишку середньодобової потужності споживання електроенергії за рахунок додаткової зарядки ємності теплових акумуляторів від іншої електромережі в час провалу навантаження в ній. На Фіг.1 зображено схему придатної для реалізації способу, що заявляється, системи комунального когенераційного енергопостачання, що використовує для передачі електроенергії власну електричну мережу, на Фіг.2 - те ж, але з використанням для передачі електроенергії електричної мережі загального користування. Система комунального когенераційного енергопостачання, що використовує для передачі електроенергії власну електричну мережу (Фіг.1), складається з когенераційної установки 1, яка має 87563 6 вихід теплогенератора, підключений до комунальної теплофікаційної мережі (на кресленні не показані), та вихід електрогенератора, підключеного до власної електромережі 2 через датчик навантаження 3. До електромережі 2 підключені споживачі системи електричного теплопостачання, а також інші споживачі електроенергії, що забезпечують потреби когенераційної установки та комунального господарства (на кресленні позначено, як інші потреби). Система електричного теплопостачання складається з теплових акумуляторів 4, які можуть бути як теплоакумулюючими приладами для опалення (41 та 42), так і теплоакумулюючими водонагрівачами (43). Ці акумулятори підключені до блоків 5 регулювання заряджання та блоків 6 управління дозаряджанням. Блоки 5 регулювання заряджання з'єднані з власною електромережею 2 когенераційної установки 1, блоки 6 управління дозаряджанням - з іншою електромережею 7. Нею може бути переважно електромережа загального користування, але може бути і мережа автономної, наприклад, геліо- чи вітроелектростанції. Теплові виходи 8 акумуляторів 4 відкриті в приміщення, що опалюються (81, 82), або приєднані до водорозбірного обладнання (83). Блоки 5 регулювання заряджання з'єднані з датчиком температури зовнішнього повітря 9 (блок 51) , або (блоки 52 та 53 з мережею 10 управління навантаженням когенераційної установки 1. Ця мережа підключена до датчика навантаження 3 через диспетчерський центр 11. Система комунального когенераційного енергопостачання, що використовує для передачі електроенергії електричну мережу загального користування (Фіг.2), відрізняється відсутністю власної електромережі та наявністю двостороннього каналу 12 передачі інформації від споживачів електроенергії, що знаходяться в системі комунального когенераційного енергопостачання, до диспетчерського центру 11, з'єднаного з когенераційною установкою 1 каналом зв'язку 13. Спосіб теплопостачання полягає у когенераційному виробництві електроенергії когенераційною установкою 1 (Фіг.1 та 2). Когенераційна установка одночасно виробляє також тепло, яке передається в комунальну систему теплопостачання. Далі по тексту вважається, що вона повинна працювати в режимі максимальної ефективності виробництва енергії. Електричну енергію, вироблену когенераційною установкою 1 (Фіг.1), подають у власну електромережу 2, звідки вона відбирається як на електричне теплопостачання, так і на інші потреби. Оскільки залишкова електрична потужність когенератора, яку доцільно використовувати для електричного теплопостачання, безперервно змінюється, для забезпечення ефективного режиму енерговиробництва електроенергію з мережі 2 перетворюють в тепло, споживаючи її тепловими акумуляторами 4, в яких це тепло акумулюється. Використання тепла за потребою відбувається або постійно, для опалення шляхом передачі його конвекцією з теплових виходів 81 та 82 теплоакумуляторів-нагрівачів повітря 41 та 42, або ж періодично, 7 шляхом розбору гарячої води з виходу 83 теплоакумулятора-водонагрівача 43. Потужність споживання електроенергії з мережі 2 регулюють регуляторами 5, обмежуючи її споживання у випадку зниження потужності генерації електроенергії когенераційною установкою 1 або збільшення потужності споживання на інші потреби, або збільшуючи споживання у випадку зростання потужності генерації або зменшення споживання на інші потреби. При цьому регулювання потужності проводять, підтримуючи середньодобову величину потужності заряджання теплових акумуляторів 4 від когенераційної установки 1 через мережу 2 на рівні, нижчому середньодобової потужності теплових потреб, що обслуговуються цими акумуляторами. Регулювання регуляторами 5 потужності споживання електроенергії для заряджання акумуляторів 4 може відбуватись, наприклад, за сигналами датчика температури зовнішнього повітря 9. Якщо когенераційна установка 1 використовується переважно для опалення приміщень, а інші потреби в електроенергії невеликі, то надлишкова електрична потужність в мережі 2 є функцією температури зовнішнього повітря. Надавши блоку 51 з датчиком 9 відповідну регулювальну характеристику, потужність споживання електроенергії тепловим акумулятором 41 з достатньою для практичних задач точністю можна змінювати пропорційно надлишковій потужності в мережі 2. Більш точне регулювання досягається регуляторами 52 та 53. При цьому від датчика навантаження 3 через диспетчерський центр 11 на входи регуляторів 52 та 53 через мережу 10 управління навантаженням когенераційної установки 1 подають сигнал про навантаження її електрогенератора. Під дією цього сигналу регулятори 52 та 53 змінюють потужності споживання електроенергії тепловими акумуляторами 42 та 43 так, щоб електрогенератор був завантажений в оптимальному режимі. Оскільки середньодобова потужність відбору енергії з теплових виходів 81 та 82 перевищує середньодобову потужність зарядки теплових акумуляторів 41 та 42, вони поступово розряджаються, і при цьому завжди готові для приймання надлишкової електроенергії, виробленої когенераційною установкою 1. Тепловий акумулятор 43, що є ємнісним водонагрівачем, при відсутності розбору води може зарядитись повністю, тобто нагрітись до максимальної температури та відключитись. При цьому загальна потужність споживання електроенергії з мережі 2 зменшиться, але за сигналом датчика 3, та відповідною за командою диспетчерського центру 11 регулятори 52 та 53 збільшать споживання електроенергії. І хоч електроенергія через регулятор 53 споживатись не буде, її споживання через регулятор 52 тепловим акумулятором 42 збільшиться до рівня, який забезпечить оптимальне завантаження електрогенератора когенераційної установки 1. При настанні часу провалу навантаження в іншій електромережі 7 блоки 6 управління дозаряджанням теплових акумуляторів 4 дозаряджають їх електроенергією з цієї електромережі в кількості, необхідній для повного забезпечення серед 87563 8 ньодобових теплопотреб, що обслуговуються цими акумуляторами. Сигнал на початок зарядки може подаватись до блоків 6 відомим способом, наприклад, від диспетчера електромережі 7 чи реле часу всередині блоку. Після закінчення зарядки тепловий акумулятор 4 відключається від блоку 6 до наступного початку зарядки. Незважаючи на те, що в якийсь момент кожен з теплових акумуляторів 4 буде зарядженим, споживання електроенергії з мережі 2 не призупиниться, оскільки тепловий потік з виходів 81 та 82 перевищує споживання електроенергії тепловими акумуляторами 41 та 42. Це, при відповідному підборі потужностей когенераційної установки, теплових акумуляторів для опалення, теплових акумуляторів-водонагрівачів, а також потужності інших споживачів, забезпечить підтримання навантаження електрогенератора когенераційної установки в найоптимальнішому режимі. Якщо електричну енергію, вироблену когенераційною установкою 1, передають до своїх споживачів через іншу мережу 7 (Фіг.2), наприклад, електромережу загального користування, виникає проблема перетоку електроенергії від когенераційної установки 1 до споживачів електромережі 7 та від електромережі 7 до комунальних споживачів, що забезпечуються електроенергією від когенераційної установки 1. І тому при роботі когенераційної установки 1 необхідно постійно підтримувати баланс виробництва електроенергії та її споживання власними споживачами. Для цього вимірюють потужність енергопостачання когенераційної установки 1 в мережу 7 і передають інформацію по каналу 13 в диспетчерський центр 11. Крім того, в диспетчерському центрі 11 визначають потужність споживання електроенергії з цієї мережі кожним з споживачів когенераційної енергосистеми, обробляючи інформацію з двостороннього каналу 12 передачі інформації від споживачів електроенергії. Потужність споживання електроенергії тепловим акумулятором 41 визначають за температурою зовнішнього повітря та регулювальною характеристикою регулятора 71 з датчиком 9. Потужність споживання електроенергії тепловим акумулятором 42 визначають за сигналом управління, який подають з каналу 12 до регулятора 52, та регулювальною характеристикою регулятора 52. Потужність споживання електроенергії тепловим акумулятором 43 визначають за сигналом про споживання електроенергії, який подається з регулятора 53 через канал 12 передачі інформації від споживачів електроенергії до диспетчерського центру 11. Диспетчерський центр 11, виробляючи та передаючи сигнали управління на регулятори 52 та 53, забезпечує рівність потужностей генерації електроенергії когенераційною установкою 1 та споживання електроенергії сукупністю комунальних споживачів як для забезпечення теплових потреб, так і інших потреб комунального господарства. Якщо теплопотреби комунального господарства невеликі і електрична потужність когенераційної установки 1 мала, дефіцит електричної потужності покривається з мережі загального споживання 7. 9 87563 Надлишок електричної потужності завжди відсутній, оскільки він повністю використовується для теплопостачання. Дозаряджання акумуляторів 4 від мережі 7 через блоки 6 управління дозаряджанням відбувається як в схемі, зображеній на Фіг.1. На час пікового навантаження в мережі 7 зарядку теплових акумуляторів 4 доцільно призупинити, а електроенергію, вироблену когенераційною установкою 1 передати споживачам електромережі 7, зменшивши тим самим пікове навантаження на енергосистему, частиною якої є ця мережа. В схемі, зображеній на Фіг.2 цього досягають шляхом подачі сигналу від диспетчерського центру 11 до регуляторів 5 на припинення споживання електроенергії тепловими акумуляторами 4. В схемі, зображеній на Фіг.1 додатково на цей час відомим способом з’єднують між собою електромережі 2 та 7. При такому способі теплопостачання з використанням для передачі електроенергії як власної електромережі, так і електромережі загального користування, забезпечується оптимальне завантаження електрогенератора когенераційної установки, що дозволяє найповніше використовувати Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 10 первинну енергію палива. Можливість змінювати потужність зарядки теплових акумуляторів дає можливість використовувати електроенергію, вироблену когенераційною установкою, для поточних комунальних потреб, зменшуючи споживання з мережі загального користування на час дії високих тарифів, та збільшувати кількість електроенергії, що споживається з мережі загального користування в час дії низьких тарифів в ній. При цьому досягається як економія комунальних коштів, так і стабілізація роботи електромережі загального користування. Завдяки наявності на ринку обладнання теплоакумуляційних електронагрівачів води та повітря, а також когенераційних установок різної потужності, спосіб, що заявляється, може бути реалізований шляхом використання наявних технічних засобів як для теплопостачання гарячою водою, так і для опалення. Використання цього способу підвищить енергетичну економічність як комунального господарства, так і об'єднаної енергосистеми чи інших систем генерації електроенергії, що працюватимуть у взаємодії з енергосистемою когенераційної установки. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601