система централизованного тепло- и водоснабжения

Формула изобретения

1. Система централизованного тепло- и водоснабжения, включающая парокомпрессионные теплонасосные установки (ТНУ) с электрическим приводом, имеющие в качестве рабочего тела термодинамического цикла Лоренца вещество с низкими критическими параметрами, например, диоксид углерода, магистральные теплопроводы, поставляющие нагретую сетевую воду в обслуживаемый город и внутригородские системы и устройства, использующие теплоту и химочищенную воду для городских нужд, отличающаяся тем, что в качестве низкопотенциального источника теплоты для ТНУ используется отработавшая в турбинах ГЭС речная вода, имеющая повышенный температурный потенциал, а в качестве нагреваемой в ТНУ сетевой воды - вода из того же источника.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что начиная с площадки ГЭС по течению реки создается ряд теплонасосных станций.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергетике, а именно к централизованному теплоснабжению с помощью электроприводных теплонасосных установок (ТНУ) на основе использования в качестве низкопотенциального источника теплоты (НПИТ) нагреваемой в ТНУ сетевой воды, отработавшей в турбинах ГЭС.

Прототипом изобретения является изобретение [1], предназначенное для дальнего тепло- и водоснабжения с помощью ТНУ, рабочим телом термодинамического цикла которого служит диоксид углерода, а в качестве НПИТ используется отработавшая теплота турбин тепловых и атомных электростанций. Сетевая вода здесь подается в обслуживаемый город по незамкнутой однотрубной схеме, то есть используются только подающие теплопроводы, а ее температурный потенциал используется для обеспечения двух групп потребителей теплоты: сначала по обычной схеме теплоснабжения с помощью центральных тепловых пунктов (ЦТП), где температура сетевой воды снижается до 40-45°C, и затем в городских ТНУ, снижающих температуру воды до температуры 10-15°C, достаточной для ее использования для городских нужд. В результате один теплопровод по теплопроизводительности замещает не два - по сравнению с обычными двухтрубными ТЭЦ и котельными, а до четырех. Что особенно важно для систем дальнего теплоснабжения.

Целями предлагаемого изобретения являются:

- расширение области применения теплонасосного однотрубного тепло- и водоснабжения за счет его использования в системах ГЭС-ТНУ, причем предлагаемая технология позволяет их создавать как на новых, так и на действующих ГЭС;

- масштабное улучшение экологии: в местах размещения ТНУ - за счет дополнительного охлаждения отработавшей речной воды и снижения площади ее испарения, а также в обслуживаемых городах - за счет вытеснения топливных теплоисточников;

- снижение выбросов главного источника изменения климата Земли - парникового газа CO₂ городскими системами теплоснабжения;

- снижение тарифов на теплоту и воду для потребителей;

- улучшение экономических показателей системы ГЭС-ТНУ за счет продаж дополнительной продукции - теплоты и сетевой воды;

- как итог: улучшение общественного имиджа гидроэнергетики.

Указанные цели достигаются тем, что нагретая с помощью гидротурбин и превращения кинетической энергии сбросной воды в теплоту речная вода используется в качестве источника низкопотенциальной теплоты, которая после охлаждения в испарителях ТНУ (ТНУ-1) возвращается в речную воду ниже по течению, обеспечивая ее дополнительное охлаждение так, что при создании последовательного ряда теплонасосных станций может быть достигнута степень охлаждения речной воды, достаточная для сокращения свободной от льда площади испарения, а в качестве источника сетевой воды, которая после частичного нагрева (до 40-35°C) поступает на химводоочистку и после окончательного нагрева в ТНУ-1 направляется по магистральному теплопроводу в обслуживаемый город, где используется в качестве теплоносителя для теплоснабжения двух групп потребителей (от ЦТП и от городских ТНУ-2) и в качестве химводоочищенной воды для нужд городского водоснабжения; при этом в качестве рабочего тела термодинамического цикла ТНУ-1 служит вещество с низкими критическими параметрами, например диоксид углерода, который после сжатия в компрессоре находится при сверхкритических параметрах, образуя так называемый треугольный цикл Лоренца, эффективность которого тем выше, чем ниже температура сетевой воды (теплоносителя) на входе в теплообменник-нагреватель ТНУ-1, которая имеет место в проектном зимнем режиме работы ТНУ, что обеспечивает их значительно более высокие показатели энергоэффективности по сравнению с традиционно используемыми ТНУ, работающими по обратному циклу Ренкина.

Схема системы тепло- и водоснабжения ГЭС-ТНУ приведена на чертеже. Она работает следующим образом. Теплота отработавшей воды ГЭС 1 с помощью разомкнутого контура 2 поступает в испаритель рабочего тела ТНУ-1 3а и после охлаждения возвращается в реку. Одновременно с помощью компрессора 3б ТНУ-1, питаемого электроэнергией от ГЭС 1, осуществляется частичный и - после химводоочистки 5 - полный нагрев сетевой воды 4, поступающей по магистральному теплопроводу 6 в обслуживаемый город. Далее сетевая вода делится на два потока: предназначенного для теплоснабжения потребителей ЖКХ 9, 12 (с использованием пиковых электрокотлов 9-11) и для обеспечения промышленных тепловых нагрузок. 14. Поскольку температура после ЦТП 7 потребителей 9 составляет 40-50°C, то этот температурный потенциал используется с помощью городских ТНУ-2 10, имеющих своих потребителей 12. Охлажденная в испарителях ТНУ-2 сетевая вода далее направляется в систему городского водоснабжения 13.

Источник информации

1. В.П.Проценко. Система однотрубного теплоснабжения. Патент № 2320930 (приоритет от 08 ноября 2006 г.).