Информационное письмо
Образец оформления статьи
Анкета автора
08.12.2017

Оценка эффективности нагрева воздуха и воды для оборудования ТЭС при помощи водовоздушных солнечных коллекторов

Батухтин Андрей Геннадьевич
канд. техн. наук, профессор каф. ТЭС, Забайкальский государственный университет, г. Чита, Россия
Батухтин Сергей Геннадьевич
Специалист центра энергосбережения, Забайкальский государственный университет, г. Чита, Россия
Аннотация: В статье рассмотрена оценка эффективности внедрения водовоздушных солнечных коллекторов на ТЭС. Представлено обоснование использования энергии Солнца на ТЭС при нагреве первичного воздуха для котлоагрегатов и воды для цеха химводоочистки (на примере ХарГРЭС).
Ключевые слова: солнечный коллектор, эффективность, электростанция, срок окупаемости
Электронная версия
Скачать (758.8 Kb)

Вопросам энергосбережения посвящено значительное количество современных публикаций [1-4]. Требования энергетической стратегии РФ до 2020 г. определяют необходимость увеличения доли возобновляемых источников энергии. [5-7]

На ХарГРЭС, как и на других ТЭС, для обеспечения процесса горения в котел подается нагретый воздух. В зимний период воздух забирается с улицы, затем подается в паровой калорифер, где подогревается паром из отборов турбины до требуемой температуры (по условиям надежности) и подается в воздухоподогреватель (ВЗП). Увеличение эффективности при подогреве воздуха может быть достигнуто за счет модернизации (для использования энергии Солнца), по схеме, представленной на рисунке 1.

Рис. 1. – Схема гелионагрева воздуха для КА ТЭС [7] 

Рис. 1. – Схема гелионагрева воздуха для КА ТЭС [7]

1 – секции трубчатых теплообменных поверхностей, 2 – отводящий газоход, 3 – перепускной воздушный короб, 4 – солнечный нагреватель, 5 – калорифер, 6 – теплообменник, 7 – дутьевой вентилятор, 8,9 – трубопроводы, 10, 11 – шибер, 12,13 – воздуховод, 14 – воздухозаборное устройство, 15, 16 – запорная арматура, 17 – циркуляционный насос, 18 – трубопровод отвода воды


В качестве теплоносителя в комбинированном коллекторе, работающем по данной схеме, используется вода и воздух. Они могут поочередно заменять друг друга, очередность определяется температурой наружного воздуха.

Для получения обессоленной воды для нужд станции существует ряд функциональных узлов, одним из которых является подогрев исходной воды в теплообменнике. В летний период, когда нет необходимости в нагреве воздуха в калорифере котла, то можно использовать водовоздушный солнечный коллектор для нагрева воды. Такое применение позволит использовать солнечную энергию для подогрева исходной воды на станции. По классической схеме нагрев исходной воды осуществляется в теплообменнике с использованием пара из отборов турбины. В комбинированной схеме было предложено предварительно нагревать исходную воду в дневное время в период солнцестояния в солнечном коллекторе. Такая схема позволит сократить поток пара на подогрев исходной воды и снизить расход топлива на собственные нужды станции.

При оценке экономической эффективности схемы гелионагрева первичного воздуха для котельных установок на примере ХарГРЭС был рассмотрен плоский комбинированный солнечный коллектор, состоящий из следующих элементов:

  • Остекление – двойное остекление, с вакуумной прослойкой.
  • Трубки – 8 штук, внутренний диметр трубок dвн.тр = 0,006 м, по которым в летний режим работы протекает вода, они параллельно соединены трубами большего диаметра dкол = 0,013 м для пропуска и выпуска жидкости.
  • Пластины коллектора медные, покрыты селективным покрытием «Эбанол С», который наносится при промышленной обработке Cu чернением.
  • Изоляция – для минимизации теплопотерь в окружающую среду.
  • Корпус – предназначенный для ограждения указанных выше компонентов и защитить их от пыли, влажности и т.д.
  • Ширина пластины – А=0,88м.
  • Длина пластины – В=1,94м.
  • Коэффициент поглощения пластины D=0,95.
  • Наружный диаметр трубки dнар.тр = 0,007 м
  • Внешний диаметр трубки, покрытый оловом (двойная толщина олова) dвнеш.тр = 0,008 м. 
  • Толщина стенки медной трубки 2.PNG
  • Толщина прослойки олова 3.PNG

Принимаем, что весь поток воздуха, который нагревается в паровом калорифере, предварительно проходит, нагреваясь, в солнечном комбинированном коллекторе. Площадь стены, необходимой для размещения солнечных коллекторов (для нагрева воздуха для 3-х блоков) составляет около 18% от всей площади стены здания, что позволяет разместить все солнечные коллектора.

Для расчета экономической эффективности необходимо рассчитать срок окупаемости проекта по внедрению комбинированных солнечных коллекторов на станцию. Результаты сведены в таблицы 1-2.

Таблица 1 – Экономия денежных средств по месяцам, руб.

Месяц

Зимний режим

Летний режим

январь

32929,92

-

февраль

39776,09

-

март

51200,23

-

апрель

45001,54

-

май

39591,47

-

июнь

-

19236,83

июль

-

21605,77

август

-

22331,72

сентябрь

-

35603,55

октябрь

56041,05

-

ноябрь

39302,87

-

декабрь

26215,59

-

Итого за год

428836,62

330058,75


Таблица 2 – Оценка эффективности проекта при работе котла на Харанорском угле, руб.

Год

Показатели, руб.

Оттоки

Притоки

Чистый приток

Чист ДП

Коэф. дисконт

ЧистДПНИ

1

2

3

4

5

6

7

1

4450000,00

29370,00

-4420630,00

-4420630,00

1,00

-4420630,00

2

0,00

788265,37

788265,37

740969,45

0,94

-3679660,55

3

0,00

788265,37

788265,37

701556,18

0,89

-2978104,37

4

0,00

788265,37

788265,37

662142,91

0,84

-2315961,46

5

0,00

788265,37

788265,37

622729,64

0,79

-1693231,82

6

0,00

788265,37

788265,37

591199,03

0,75

-1102032,79

7

0,00

788265,37

788265,37

551785,76

0,70

-550247,03

8

0,00

788265,37

788265,37

528137,80

0,67

-22109,24

9

0,00

788265,37

788265,37

496607,18

0,63

474497,95

10

0,00

788265,37

788265,37

465076,57

0,59

939574,52

11

0,00

788265,37

788265,37

441428,61

0,56

1381003,12

По результатам расчета следует: NPV > 0, значит проект более эффективен, чем альтернативное размещение капитала. При работе только на Харанорском угле установка окупится быстрее, чем при работе котла на Уртуйском топливе. Рентабельность инвестиций PI > 1, значит, проект более эффективен, чем альтернативное вложение капитала.   

Список литературы:

1. Батухтин А.Г. Влияние протяженности тепловых сетей на режимы отпуска теплоты от ТЭЦ с учетом функционирования потребителей / А.Г. Батухтин, О.Е. Куприянов // Промышленная энергетика. – 2005. – № 5. – С. 39-41.

2. Маккавеев В.В. Математическая модель ряда абонентских вводов закрытых систем теплоснабжения / В.В. Маккавеев, А.Г. Батухтин //Научно-технические ведомости СПбГТУ. – 2009. – № 3. – С. 200-207.

3. Батухтин А.Г. Оптимизация отпуска теплоты от ТЭЦ на основе математического моделирования с учетом функционирования различных типов потребителей: дис. … канд. Техн. наук / А. Г. Батухтин. – Улан-Удэ, 2005.

4. Батухтин А.Г. Моделирование современных систем централизованного теплоснабжения / А.Г. Батухтин, А.В. Калугин // Вестник ИрГТУ. 2011. Т. 55. №8. С. 84-91/

5. Басс М.С. Методика оптимизации состава оборудования в комбинированных системах теплоснабжения / М.С. Басс, А.Г. Батухтин, С.Г. Батухтин // Промышленная энергетика. – 2012. - № 10. С. 49-52.

6. Батухтин А.Г. Современные методы повышения эффективности совместной работы установок гелиоотопления и систем централизованного теплоснабжения / А.Г. Батухтин, С.Г. Батухтин // Научно-технические ведомости СпбГТУ– Спб., 2009–№ 3 – С. 48-53.

7. Батухтин А.Г. Методы повышения эффективности функционирования современных систем транспортировки, распределения и потребления тепловой энергии / А.Г. Батухтин, М.С. Басс, С.Г. Батухтин // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. – 2009. №2 С. 199-202.

8. Патент РФ № 2601401. Опубл. 10.11.2016 г., Бюл. №31 /Система подогрева воздуха для топливосжигающей установки / Соавт.: А.Г. Батухтин, М.В. Кобылкин, С.Г. Батухтин, С.А. Иванов.