Тепловые насосы являются в настоящее время приоритетным объектом исследований и разработок с целью энергосбережения.

Как известно, см., например, недогрузка ТЭЦ по теплу фактически «запирает» большое количество электроэнергии, которое не может быть выработано в связи с отсутствием тепловой нагрузки.

Так в неотопительный период на ТЭЦ-2 в г. Киеве работает один блок с номинальной мощностью 80 МВт электрической и 200 МВт (172 Гкал/час) тепловой энергии. В связи с тем, что летом нагрузка по теплу для ГВС по городу составляет около 70 МВт (~60 Гкал/час), то блок не может развивать номинальную мощность и его располагаемая мощность летом около 50 МВт. Но, чтобы выдать такую мощность, приходится тратить топливо и на выработку более чем 120 МВт (~103 Гкал/час) тепловой мощности, которая частично используется для ГВС, собственные нужды станции и частично теряется в окружающую среду. Коэффициент использования топлива значительно снижается в межсезонный период. Термодинамический анализ паросилового цикла турбины показал, что можно увеличить количество выдаваемой электроэнергии за счет снижения давления в конденсаторе путем снижения температуры в системе водяного охлаждения после башенной градирни. Этого можно достигнуть путем подключения теплового насоса (ТН), который будет работать за счет отбираемого пара с теплофикационного или промышленного отбора турбины, используемого только в отопительный период при необходимости снятия пиковых нагрузок по отоплению. ТН при этом вырабатывает, с коэффициентом преобразования 1,3-1,4, холод и тепло, которые, соответственно, используются для снижения давления конденсации и выработки дополнительной электроэнергии и на собственные нужды станции. При этом, если отобрать с теплофикационного отбора турбины 20 МВт тепловой энергии с паром для работы ТН, то можно получить 26-28 МВт тепла и холода. Это позволит несколько увеличить выработку электроэнергии, а полученную часть тепла вернуть на собственные нужды ТЭЦ, например, на подогрев подпиточной воды, снизив, таким образом, расход топлива на котел, а также увеличить выработку электроэнергии на тепловом потреблении. На рис.1 приведена структурная схема включения теплового насоса в технологическую схему ТЭЦ.

На рисунке: ИТН — испаритель теплового насоса; КТН — конденсатор теплового насоса.

Зададимся теплотой сгорания условного топлива QpH=29,33 МДж/кг. Рассмотрим уравнение энергетической характеристики турбины ПТ-80/100 — 130/13 где,

QTURB — расход теплоты на турбину, МВт,

QP, QT — тепловые нагрузки П и Т отборов турбины, МВт.

PT — давление в отопительном отборе (при наличии двух отопительных отборов — в верхнем отопительном отборе), МПа,

NT — электрическая мощность, развиваемая на тепловом потреблении, МВт,

N — номинальная мощность турбин, МВт;

Структурная схема включения теплового насоса в технологическую схему ТЭЦ.

Определим разность в выработке электрической энергии, теплофикационную мощность и расход теплоты на турбину при  различных тепловых нагрузках на отборах.

При включении в работу ТНУ расход пара на турбину и теплофикационная выработка вырастут соответственно на величины:

Расход топлива при этом изменится на величину

Исходные данные для расчета: номинальная теплота, отбираемая с теплофикационных отборов турбины  теплота, отбираемая при включении теплового насоса:  давления пара в теплофикационных отборах  КПД котла —

На графике, приведены зависимости простого срока окупаемости рассмотренной системы (лет) в зависимости от тарифов на электроэнергию в долларах за .

Из рассмотрения рис.3. следует, что этот проект является прибыльным при стоимости 1 кВт установленной тепловой мощности ТНУ не более 140 долларов США при тарифе за электроэнергию не более – равно 0,08 доллара/1 кВт. час.

Следует отметить также, что абсорбционные ТНУ на ТЭЦ могут применяться и для утилизации тепла дымовых газов.

Выводы

Рассмотрена методика определения экономического эффекта от применения тепловых насосов на ТЭЦ.

Применение абсорбционных тепловых насосов на ТЭЦ эффективно при стоимости 1 кВт тепловой мощности ТНУ не более 140 долларов США/ 1 кВт тепловой мощности при тарифе на электрическую энергию  не более 0,08 доллара США/1кВт. час.