Обгрунтування енергоефективності автоматизованої технології опалення на ГЕС

Abstract

UK: Мета роботи. Обґрунтування раціональних параметрів керування тепловими насосами для забезпечення енергоефективної роботи гідроелектростанцій в режимі опалення. Розробка автоматизованої методики розрахунку раціональних параметрів комплексної системи гідроелектростанції (ГЕС), що працює в режимі опалення. Методи дослідження. Математичний аналіз та моделювання. Отриманні результати. Аналітично обґрунтовано застосування теплового насосу для забезпечення теплофікаційного режиму на гідроелектростанції для потреб опалення та гарячого водопостачання будівель, а також визначені раціональні параметри теплового насосу, що забезпечують ефективний теплофікаційний режим на гідроелектростанції. Пропускати через тепловий насос повний потік води, що проходить через гідроагрегат, є недоцільним і неефективним, тому що в цьому випадку споживання енергії в компресорі теплового насоса в рази перевищує споживання гідроагрегату в насосному режимі, що знецінює запропонований захід як енергозберігаючий. Тому обґрунтовано граничні та раціональні значення конструктивних та робочих параметрів теплового насосу та теплового аккумулятора, що забезпечують опалювальний режим роботи ГЕС для задоволення потреб гарячого водопостачання. За запропонованою технологією досліджено роботу гідроагрегату типовою потужністю 120 МВт в режимі опалення за різних енерговитрат на електропривод теплового насосакомпресора. Відповідно до цих витрат змінилися величини та співвідношення часток виробництва електроенергії та тепла модернізованої ГЕС. Запропонована нетрадиційна технологія переводу ГЕС у теплофікаційний режим дозволяє здійснювати широке ефективне маневрування у різних співвідношеннях часток електричної та теплової генерацій на відміну від ТЕЦ та інших енергетичних установок.Розглянута технологія дозволяє практично не витрачати невідновлювані енергетичні ресурси, забезпечуючи споживачів одночасно електричною та тепловою енергією. Наукова новизна. Обґрунтовано технологію використання теплового насоса для переведення роботи гідроелектростанції в теплофікаційний режим (опалення та гаряче водопостачання житлових будинків). Розроблено автоматизовану методику визначення раціональних параметрів теплового насоса (ТН) для забезпечення теплофікаційного режиме ГЕС. Розроблена автоматизована методика дозволяє обчислювати значення експлуатаційних параметрів ТН для балансового та довільних режимів, що забезпечують теплофікаційне функціонування ГЕС для задоволення поточних потреб опалення та гарячого водопостачання. Практична цінність. Застосування теплового насосу на ГЕС для потреб опалення та гарячого водопостачання дозволяє на третину зекономити витрати умовного палива у порівнянні з котельним агрегатом. EN: Purpose. Justification of rational control parameters of heat pumps to ensure energy-efficient operation of hydroelectric power plants in heating mode. Development of an automated methodology for calculating rational parameters for a complex system of hydroelectric power station (HPS) operating in heating mode. Methodology. Mathematical analysis and modeling. Findings. The application of the heat pump to ensure the heating mode at the hydroelectric power station for the needs of heating and hot water supply of buildings is analytically substantiated, as well as the rational parameters of the heat pump, which ensure the efficient heating mode at the hydroelectric power station, are determined. It is impractical and inefficient to pass the full flow of water passing through the hydraulic unit through the heat pump, because in this case the energy consumption in the heat pump compressor is several times higher than the consumption of the hydraulic unit in pumping mode, which devalues the proposed measure as an energy-saving measure. Therefore, the limiting and rational values of the design and operating parameters of the heat pump and heat accumulator, which ensure the heating mode of operation of the HPS to meet the needs of hot water supply, were substantiated. According to the proposed technology, the operation of a hydro unit with a typical capacity of 120 MW in the heating mode for various energy consumptions for the electric drive of the heat pump compressor was investigated. In accordance with these costs, the values and ratios of the electricity and heat generation shares of the modernized HPS changed. The proposed unconventional technology for converting hydroelectric power plants to the heat generation mode allows for wide effective maneuvering in different proportions of electric and thermal generation, unlike CHP and other power plants. The technology under consideration allows for virtually no consumption of non-renewable energy resources, providing consumers with both electric and thermal energy. Originality. The technology of using a heat pump to transfer the operation of the hydroelectric power station to the heating mode (heating and hot water of residential buildings) is substantiated. An automated technique for determining the rational parameters of heat pump (HP) for the implementation of HPS heating technology has been developed. The developed automated technique allows to calculate the values of operational parameters of HP for the balance and arbitrary modes, which ensure the heating operation of the HPS to meet the current needs of heating and hot water supply. Practical value. The use of a heat pump at a hydroelectric power station for heating and hot water supply allows you to save a third of conventional fuel consumption compared to a boiler unit.