Спосіб теплопостачання демиденко-кшановського та система для його реалізації – електротеплова станція кшановського

1. Спосіб теплопостачання, який полягає у подачі до споживача теплоносія, нагрітого централізованим джерелом тепла за рахунок спалювання палива, переважно органічного, та додаткового теплопостачання за рахунок споживання електроенергії за умови її надлишку в електромережі для нагрівання теплоносія перед подачею в теплову мережу, причому теплопостачання за рахунок спалювання палива зменшують, який відрізняється тим, що теплову енергію виробляють в когенераційному процесі одночасно з виробництвом електроенергії, яку подають в цю ж електромережу, при появі надлишку електроенергії в електромережі потужність когенераційної установки змен C2 2 (19) 1 3 88232 4 гією проводять за рахунок довантаження мережичас провалу навантаження в електромережі загавного трансформатора, який поза періодом прольного користування для нагрівання теплоносія валу використовують для електропостачання інперед подачею в теплову мережу, причому теплоших споживачів. постачання за рахунок спалювання палива зменОскільки трансформатори, що поза періодом шують, а потужність нагрівання теплоносія електпровалу використовуються для електропостачання роенергією встановлюють на рівні 10% від інших споживачів, розпорошені по території, на загальної потужності теплопостачання [стаття якій забезпечується постачання споживачів електМ.Н. Ходжаєва та В.И. Андреева «Повышение роенергії, електротеплообмінники, призначені для эффективности атомных электростанций за счет нагрівання теплоносія в період провалу, теж повииспользования потребителей-регуляторов» в сбонні бути розміщені по території електропостачанрнике «Аккумулирование энергии и пути повышеня, і тому мають бути підключені до теплової мения эффективности работы электростанций и экорежі в різних місцях, переважно віддалених від номии энергии». Материалы Всесоюзного научнокотельні для нагрівання теплоносія спалюванням технического совещания, Москва, октябрь,1985г. палива. Тепломережа, тобто сукупність магістраЧасть 1. Аккумулирование энергии в энергетике. льних і розподільчих трубопроводів, має геометМосква. ЭНИН им. Кржижановского, 1986, стр.79ричну ємність, заповнену нагрітим теплоносієм. 85]. Тому вона має і теплову ємність. Відомо, що у виВказаний спосіб реалізується системою теппадку використання в якості теплоносія води, селопостачання, що являється найбільш близьким реднє значення теплоємності мережі близьке до та прийнятим в якості прототипу технічним рішен5% від годинного теплового навантаження на 1°С ням, яка складається з підключених до входу тепзміни температури мереживного теплоносія. Тобто лової мережі пристрою нагрівання теплоносія завдяки зниженню температури в тепломережі на шляхом спалювання палива та пристрою для на20°С можливе забезпечення теплом всіх споживагрівання теплоносія електроенергією, підключеночів протягом однієї години. Якщо частина тепла до го також до електромережі загального користуванспоживачів буде подаватись за рахунок споживання, при цьому потужність пристрою для нагрівання ня електроенергії, в мережі виникне надлишок теплоносія електроенергією дорівнює 10% від затепла, який буде без будь-якої користі спожитий гальної потужності пристроїв для нагрівання тепспоживачами, не обладнаними апаратурою регулоносія. лювання відбору тепла, або буде втрачатись чеНедоліком способу, а також системи для його рез теплоізоляцію труб. Для попередження цього, реалізації, є невисока ефективність спалювання подача тепла від котельні для нагрівання теплонопалива при нагріванні теплоносія, оскільки не висія спалюванням палива повинна бути зменшена з користовується високопотенційне тепло, що геневипередженням на період часу, достатній для рується в процесі спалювання палива. Ще одним споживання надлишку тепла, акумульованого в недоліком є низька здатність такої системи до ретепловій ємності тепломережі. Для попередження гулювання навантажень в електромережі тому, що дефіциту тепла в мережі, перед закінченням перітака система виступає тільки як споживач в період оду провалу, подача тепла від котельні для нагріпояви в мережі надлишкових генераційних потужвання теплоносія спалюванням палива повинна ностей, не регулюється за потужністю споживання бути збільшена з випередженням на період часу, електроенергії і не може її повертати в електромедостатній для зарядки теплової ємності тепломережу при дефіциті генераторних потужностей, як режі. це роблять ГАЕС (гідроакумуляційні електростанІ тому зменшення потужності нагрівання тепції). лоносія спалюванням палива не може співпадати Метою створення запропонованої групи виназ періодом провалу навантаження в електромереходів є підвищення енергетичної ефективності жі загального користування. Через це є неможлипроцесу централізованого теплопостачання, а вим подальше підвищення енергетичної ефективтакож створення технологічного процесу плавного ності шляхом використання для нагрівання регулювання навантаження в електромережах теплоносія когенераційних установок. Оскільки їх загального користування, який енергетично міг би електрична та теплова потужності при роботі в бути еквівалентом процесу регулювання навантаенергоефективних режимах пов'язані жорстким ження з використанням ГАЕС, проте був би дешеспіввідношенням, зниження теплової потужності вшим та не мав би загальновідомих побічних негаперед періодом провалу призведе до непотрібного тивних екологічних ефектів, притаманним цим зниження електричної потужності когенератора, не електростанціям. санкціонованої диспетчером енергосистеми. А Поставлена задача розв'язується тим, що у віпідвищення теплової потужності перед закінчендомому способі теплопостачання, який полягає у ням провалу призведе до інтенсивного виробітку подачі до споживача теплоносія, нагрітого центраелектроенергії, збут якої відсутній аж до закінченлізованим джерелом тепла за рахунок спалювання ня періоду провалу. палива, переважно органічного, та додаткового Найбільш близьким по технічній суті та кількотеплопостачання за рахунок споживання електрості співпадаючих ознак є обраний у якості прототиенергії в час провалу навантаження в електромепу спосіб теплопостачання, що полягає у подачі до режі загального користування для нагрівання тепспоживача теплоносія, нагрітого централізованим лоносія перед подачею в теплову мережу, джерелом тепла за рахунок спалювання палива, причому теплопостачання за рахунок спалювання переважно органічного, та додаткового теплопопалива зменшують, виробництво теплової енергії стачання за рахунок споживання електроенергії в проводять в когенераційному процесі одночасно з 5 88232 6 виробництвом електроенергії, яку подають в цю ж вання палива, та паливом з генерацією електромережу, при появі надлишку генераційних електроенергії. Одночасність споживанняпотужностей в електромережі потужність когенегенерації електроенергії в регульованих співвідраційної установки зменшують, а потужність нагріношеннях забезпечує ефект плавного регулюванвання теплоносія електроенергією збільшують, ня потужності, від генерації електроенергії до її підтримуючи на рівні, достатньому для забезпеспоживання. Сукупність чергувань споживаннячення поточних теплопотреб теплової мережі. генерації електроенергії з регульованою потужнісМожливий варіант способу, коли, при появі тю в енергосистемі загального користування та надлишку генераційних потужностей в електроменаявність в одній установці генератора та спожирежі, потужність когенераційної установки зменвача електроенергії, взаємозв'язок між якими, а шують до можливого технологічного мінімуму, а також між ними та електромережею, можна встапотужність нагрівання теплоносія електроенергією новити, виходячи з завдань диспетчера електровстановлюють на рівні потужності поточних тепломережі загального користування, створює додатпотреб тепломережі. ковий ефект плавного регулювання навантаження Відносно системи для реалізації цього способу в енергосистемі, досягнення якого можливе тільки поставлена задача розв'язується тим, що у відому з використанням електросистемних акумуляторів систему теплопостачання, яка складається з піденергії (ГАЕС, або інших). ключених до входу теплової мережі пристрою наСпосіб, що заявляється, пояснюється кресгрівання теплоносія шляхом спалювання палива ленням. На Фіг.1 показана блок - схема системи та пристрою для нагрівання теплоносія електроопалення, придатної для реалізації способу, що енергією, підключеного також до електромережі заявляється. Вона складається з підключених до загального користування, пристрій нагрівання тепвходу теплової мережі 1 пристрою 2 нагрівання лоносія шляхом спалювання палива виконаний як теплоносія шляхом спалювання палива та прикогенераційна установка з можливістю одночаснострою 3 для нагрівання теплоносія електроенергіго виробництва тепла та електроенергії і підклюєю, підключеного також до електромережі 4 загачений до електромережі загального користування, льного користування через комутатор 6. Пристрій а пристрій для нагрівання теплоносія електроене2 нагрівання теплоносія шляхом спалювання паргією підключений до теплової мережі біля місця лива виконаний як когенераційна установка з мопідключення до неї пристрою нагрівання теплоножливістю одночасного виробництва тепла та елексія шляхом спалювання палива. троенергії і підключений до електромережі 4 Доцільною, але не обов'язковою є вимога, яка загального користування через комутатор 5. Приполягає у тому, що потужність пристрою для нагрістрій 3 виконаний як електротеплообмінник та підвання теплоносія електроенергією є рівною теплоключений до теплової мережі 1 біля місця підклювій потужності когенераційної установки. чення до неї пристрою 2. Термін «біля місця Запропоновані технічні рішення забезпечать підключення» означає, що теплова ємність дільпідвищення енергоефективності централізованого ниці тепломережі, яка знаходиться між цими місопалення, оскільки поза періодом провалу наванцями підключення не викликає суттєвого зміщення таження в електромережі загального користуванв часі між початком споживання електроенергії ня, коли потужності генерації та споживання елекдля нагрівання теплоносія та закінченням його троенергії в ній збалансовані на оптимальному нагрівання за рахунок спалювання палива. Потужрівні, тепло буде вироблятись в когенераційному ність пристрою 3 є не меншою електричної потужрежимі з постачанням електроенергії в мережу ності пристрою 2. Насоси для переміщення теплозагального користування з рівнем потужності від носія не показані. Система опалення розміщена в нульового до максимального, заданим диспетчеприміщенні 7. ром. При цьому, незалежно від потужності постаНайбільш доцільною є величина потужності чання електроенергії в мережу, і тепло, і електропристрою 3, рівна тепловій потужності пристрою 2. енергія будуть вироблені з мінімальними Якщо така потужність буде більшою, вона буде витратами палива. Таким чином система теплопонадлишковою. Не змінюючи роботу заявленої сисстачання виконуватиме функцію плавного регулятеми опалення по суті, надлишкова потужність не тора навантаження в електромережі, дія якого буде використовуватись при реалізації заявленого еквівалентна дії ГАЕС, оскільки він, в будь-який способу. Зменшення потужності звужує регулювачас та без будь-яких наслідків для теплової мережі льний діапазон системи, не змінюючи її роботу по та її споживачів, може плавно змінювати вихідну суті. електричну потужність від споживання з потужнісСпосіб теплопостачання реалізується в трьох тю пристрою для нагрівання теплоносія (еквіварежимах роботи системи, які задає диспетчер лент зарядки акумулятора ГАЕС) до генерації з електромережі загального користування. потужністю генератора когенераційної установки В період пікового навантаження в електроме(еквівалент розрядки акумулятора ГАЕС). До того режі 4 загального користування є дефіцит генераж, без зниження енергоефективності, така система ційних потужностей. Тому, для забезпечення баопалення зможе виконувати в електромережі роль лансу споживання та генерації електроенергії, гарячого резерву генераційних потужностей. диспетчер енергомережі дає команду на підклюМіж сукупністю істотних ознак і технічним речення когенераційної установки - пристрою 2 сисзультатом, що досягається, існує причиннотеми опалення. При цьому в пристрої 2 відбуванаслідковий зв'язок, зумовлений можливістю викоється спалювання палива і виробляється теплова ристання одночасного та послідовного в часі наенергія. Високопотенційну частину цієї енергії пегрівання теплоносія електроенергією без спожиретворюють в електроенергію, яку через комута 7 88232 8 тор 5, що знаходиться у включеному стані, подапотужність системи знову балансують на рівні поють в електромережу 4. Низькопотенційну частину треб теплової мережі, а надлишок електричної теплової енергії використовують для нагрівання потужності використовується електромережею. теплоносія, який подають в тепломережу 1. ПриПри цьому в електромережі додатково виконуєтьстрій 3 не працює, оскільки комутатор 6 знахося функція розрядки енергосистемного акумулятодиться у виключеному стані. Теплова потужність ра з регульованою потужністю. пристрою 2 визначаються потребами теплової В період провалу навантаження в електромемережі, а його електрична потужність визначаєтьрежі загального користування подачу палива в ся співвідношенням між величинами теплової та пристрій 2 призупиняють, або обмежують технолоелектричної потужностей в енергоефективному гічно мінімальним рівнем, наприклад рівнем порежимі роботи, заданому конструкцією. треб холостого ходу, якщо система знаходиться в Таким чином, в період пікового навантаження гарячому резерві диспетчера електромережі загасистема виробляє тепло для споживачів, підклюльного користування. Генератор пристрою 2 не чених до теплової мережі, та електроенергію для виробляє активної електроенергії. Якщо його не споживачів, підключених до електромережі загавикористовують як компенсатор реактивних струльного користування. При цьому в електромережі мів, комутатор 5 розмикають. Комутатор 6 замидодатково виконується функція розрядки енергокають і теплову потужність пристрою 3 встановсистемного акумулятора. люють на рівні потреб теплової мережі. При В період напівпікового навантаження система, цьому, завдяки співвідношенню потужностей приза вибором диспетчера, може працювати в режистроїв 2 та 3, система в електромережі виступає мах гарячого резерву або постачання електроенеспоживачем електроенергії з потужністю, рівною ргії з регульованою потужністю. В будь-якому випотужності теплопотреб у всьому їх діапазоні, западку в пристрої 2 відбувається спалювання безпечуючи навантаження електростанцій, знипалива і виробляється теплова енергія. Високопоження потужності яких неможливе чи недоцільне. тенційну частину цієї енергії перетворюють в елекПри цьому в електромережі додатково виконуєтьтроенергію, яку через комутатор 5, що знаходиться функція зарядки енергосистемного акумулятора ся у включеному стані, подають в електромережу з максимальною потужністю. Цю потужність можна 4. Низькопотенційну частину теплової енергії вирегулювати, аналогічно описаному вище регулюкористовують для нагрівання теплоносія, який пованню потужності зарядки. дають в тепломережу 1. Пристрій 3 також підклюМожливі інші режими взаємодії системи опачений до електромережі через комутатор 6. лення з електромережею при оптимальному заЯкщо вибрано режим гарячого резерву, то безпеченні потреб тепломережі та максимальній пристрої 2 та 3 працюють в режимі, коли їх сукупна ефективності використання палива. Можливий теплова потужність дорівнює тепловим потребам режим, при якому потужність пристрою 3 рівна мережі 1, і при цьому потужність генерації електелектричній потужності пристрою 2. В такому рероенергії пристроєм 2 дорівнює потужності спожижимі електрична потужність системи рівна нулю, а вання електроенергії пристроєм 3. Завдяки тому, теплова - повній потужності когенераційної устащо потужність пристрою 3 не нижча потужності новки. Як крайній випадок режиму одночасного електрогенератора пристрою 2, такий режим можвиробництва та споживання електроенергії, при ливий у всьому діапазоні теплових навантажень. В піковому споживанні тепла в тепловій мережі можцьому режимі потужність, що передається в елекливий режим, коли пристрої 2 та 3 працюють на тромережу 4 з приміщення 7 дорівнює нулю. Тобто повну потужність. В такому режимі потужність система, працюючи в енергоефективному режимі, споживання електроенергії системою буде рівною не генерує електроенергію в мережу, виробляючи різниці між тепловою та електричною потужностятільки тепло. При цьому в електромережі додаткоми пристрою 2, а потужність виробництва тепла во виконується функція зберігання енергії в енерстановитиме його подвійну потужність. Викорисгосистемному акумуляторі. тання таких режимів дає можливість зменшити У випадку аварійного зростання навантаження встановлену теплову потужність когенераційної в електромережі, за командою диспетчера режим установки, коефіцієнт завантаження якої в систегенерації миттєво відновляють шляхом розмиканмах опалення вкрай невисокий, і, тим самим, сутня комутатора 6, після чого нарощують теплову тєво зменшити капіталовкладення в систему теппотужність пристрою 2 до рівня теплопотреб мелопостачання. режі 1, і, у заданому співвідношенні, потужність В результаті реалізації заявленого способу заелектричної генерації з постачанням електроенерявлена система теплопостачання виробляє тепло гії в електромережу 4. При цьому в електромережі для теплової мережі та електроенергію для електдодатково виконується функція розрядки енергоромережі в найбільш економічних режимах викосистемного акумулятора з максимальною потужніристання палива, незалежно від величин і співвідстю. ношення навантажень. Заявлені спосіб та система Якщо вибрано режим постачання електроенезабезпечують заміну дефіцитного органічного паргії з регульованою потужністю, то поточну потужлива, наприклад газу, дешевою електроенергією ність споживання електроенергії пристроєм 3 змеатомних станцій аж до повної зупинки споживання ншують на величину регульованої потужності палива. Крім того, в процесі теплопостачання пепостачання електроенергії відносно поточної поретоки енергії між системою теплопостачання та тужності генерації електроенергії пристроєм 2 з системою електропостачання можливі в обидві одночасним збільшенням теплової та електричної сторони і реалізуються в періоди, коли споживання потужності цього пристрою. При цьому теплову енергії в цих мережах взаємно стабілізує їх робо 9 88232 10 ту. Завдяки цьому в електромережі заявлена сиспотужністю когенераційної установки системи опатема теплопостачання виконує функції віртуальнолення, в т.ч. і при аварійних режимах роботи елекго акумулятора електричної енергії, аналогічного тромережі, без зниження її енергоефективності та ГАЕС, але створеного без додаткових капіталовкбез порушення режимів теплопостачання спожиладень та вільного від екологічних недоліків цих вачів тепла. Раніше це було неможливо. електростанцій. В тепловій мережі ця система таТаким чином, заявлена група винаходів, що кож виконує функції акумулятора енергії, скидаючи включає в себе спосіб теплопостачання та систев електромережу високопотенційну складову енерму для його реалізації, дозволяє підвищити енергії згоряння палива та повертаючи її з електромегетичну ефективність та надійність роботи як тепрежі в теплову мережу в період провалу наванталової, так і електричної мереж без додаткових ження. капіталовкладень в створення ГАЕС та резервних Цінність способу в тому, що диспетчер електкотельних, призначених для використання на виромережі може довільно керувати електричною падок аварій та рідкісних пікових потреб у теплі. Комп’ютерна верстка В. Мацело 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