Разработка комплекса технических решений для повышения эффективности работы ТЭС и АЭС на основе использования тепловых насосов

Проект направлен на повышение эффективности работы тепловых и атомных электрических станций, за счет применения теплового насоса. В ходе проведения проекта будет исследоваться влияние теплового насоса на тепловую эффективность работы электростанции. По завершению проекта, планируется разработать научно-обоснованные технические решение по применению теплового насоса в технологическом цикле электростанции. Разработать программу позволяющую моделировать различные режимы работы электростанции совместно с тепловым насосом. Предложить режимные характеристики и выполнить экономическое обоснование наиболее перспективных технических решений.

Разработать научно-обоснованные технические решения, направленные на повышение эффективности работы энергоблоков ТЭС и АЭС на основе использования тепловых насосов, а также, разработать программу позволяющую моделировать работу электростанции совместно с тепловым насосом при различных режимных нагрузках. Применение теплового насоса в технологическом цикле электростанций позволит: увеличить выработку электрической мощности, за счет использования тепловых потерь циркуляционной системы электростанции; увеличить абсолютный КПД энергоблока, за счет полноты использования тепловой энергии парового цикла.

В настоящее время существенная доля электроэнергии в России производится конденсационными тепловыми и атомными электрическими станциями, величина которых составляет порядка 67% от общего количества электростанций всей энергосистемы страны. На сегодняшний момент под влиянием значительного физического износа основного энергетического оборудования тепловая экономичность ТЭС не превышает 36%, и те проектные показатели по экономичности, которые составляли порядка 40%, без существенных вмешательств в технологический цикл электростанций, теперь становятся практически не достижимыми. Одной из возможностей повышения эффективности ТЭС и АЭС, является использование теплового насоса.

В ходе проведения исследования применены: методы анализа научно-технической документации; теоретические и численные методы оценки влияния теплового насоса на тепловую экономичность тепловых и атомных электрических станций; проведено математическое моделирование режимов работы энергоблока ТЭС совместно с тепловым насосом (на примере энергоблока мощностью 300 МВт) и энергоблока АЭС совместно с тепловым насосом (на примере энергоблока мощностью 1000 МВт); 

В рамках проведения исследований используются современные программные продукты: Ansys CFX, Mathcad, WaterSteamPro, NeuroThermal. 

В рамках реализации проекта ведется сотрудничество с филиалом ПАО «ОГК-2» «Новочеркасская ГРЭС». Для уточнения предлагаемых схемных решений проводятся консультации с ведущими специалистами «Новочеркасской ГРЭС». Руководство электростанции проявляет интерес к проекту и поддерживает его реализацию.

По проекту имеется научный задел в виде 4 публикаций, из них 1 публикация в журнале включенном в научную базу Web of science и 3 публикации в материалах научных конференциях, 2 патентов на полезную модель, 1 свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ. Поданы заявки на получение 2 патентов на изобретение и 1 патента на полезную модель.

По завершению проекта планируется получить следующие результаты:

1) Схемное решение по применению теплового насоса в технологической схеме ТЭС на примере энергоблока мощностью 300 МВт с турбоустановкой К-300-240-2 ХТГЗ и энергоблока АЭС мощностью 1000 МВт с реактором ВВЭР-1000 и турбоустановкой К-1000-60/1500 ХТГЗ.

2) Разработать программу позволяющую моделировать различные режимы работы электростанции совместно с тепловым насосом.

3) Получить расчетные характеристики изменения показателей тепловой экономичности электростанции, имеющей в составе регенеративной системы теплонасосное оборудование и работающей при переменных режимах.

4) Получить характеристики изменения показателей тепловой экономичности электростанции, имеющей в составе регенеративной системы тепловой насос, работающий с переменными режимами.

Проблематике повышения эффективности работы основного энергетического оборудования на электростанциях посвящены работы следующих авторов: Догадина Д.Л., Ефимова Н.Н., Скубиенко С.В., Лапина И.А., Орлова М.Е., Плевако А.П., Стенина В.А., Шарапова В.И., Янченко И.В., Попова А.В. Работы данных авторов рассматривают оптимизацию работы сетевых и конденсационных установок электростанций, систем технического водоснабжения, систем продувки барабанных котлов, систем регенерации и маслоснабжения турбоустановок, за счет применения тепловых насосов. Стоит выделить работы Китайских ученых H.S. Zhang, H.B.Zhao предлагающих использовать тепловой насос для утилизации тепловых потерь конденсационной установки, и в дальнейшем использования их для нагрева сетевой воды.

The project is aimed at improving the efficiency of thermal and nuclear power plants due to the application of the heat pump. In the course of the project will be investigated the effect of heat pump on the thermal efficiency of the power plant. Upon completion of the project, it is planned to develop evidence-based technical solution for the application of heat pump in the technological cycle of the plant. To develop a program allowing to simulate various modes of plant in conjunction with a heat pump. To offer performance characteristics and perform economic justification of the most promising technical solutions.