[LT] Išradimas priskiriamas šilumos siurblių sričiai arba sistemoms, naudojančioms specifinius energijos šaltinius. Kombinuota šilumos siurblio ir elektros jėgainė susideda iš elektros jėgainės dujų kombinuoto ciklo šiluminio variklio (1), elektros generatoriaus (2), šilumos siurblio kompresoriaus (3) kondensatoriaus-garintuvo (4), srauto paskirstymo įrenginio (5), vandeniu aušinamo kondensatoriaus (6), siurblio (7), ekonomaizerio (8), perkaitintuvo (9), termofikacinio vandens kaitintuvo (10) ir droseliavimo įrenginio (11). Šiluminis variklis (1) suka elektros generatorių (2) ir šilumos siurblio kompresorių (3). Iš variklio išėjęs vandens garas kondensuojasi kondensatoriuje-garintuve (4) ir per šio srauto paskirstymo įrenginius (5) bei dalinai per vandeniu aušinamą kondensatorių (6) vandens siurbliu (7) yra grąžinamas atgal į variklį (1). Degimo produktai iš variklio (1) patenka į ekonomaizerį (8), kuriame jie ataušinami vandeniu. Karštas vanduo tiekiamas į šilumos siurblio perkaitintuvą (9), kur šilumą atiduoda šilumos siurblio darbo agentui. Darbo agento garai po to slegiami kompresoriuje (3), kondensuojami šilumos siurblio kondensatoriuje (9), gautas skystis droseliuojamas droseliavimo įrenginyje (10) ir išgarinamas garintuve, kuris kartu yra elektros jėgainės kondensatorius (4). Kombinuotos šilumos siurblio ir elektros jėgainės šilumos našumas reguliuojamas nekeičiant elektros gamybos našumo. Jei šilumos poreikis yra mažesnis už nominalų, srauto paskirstymo įrenginiais (5) yra sumažinamas garo padavimas į kondensatorių (4), tuo pačiu padidinant srautą į vandeniu aušinamą kondensatorių (6). Jei šilumos poreikis yra didesnis už nominalų, įrenginiais (5) srautas į vandens aušinamą kondensatorių nepaduodamas, kartu padidinamas išeinančio iš variklio (1) vandens garo slėgis. Kai šilumos poreikis sumažėja keletą kartų iki nešildymo sezono šilumos poreikio, keičiamas šilumos siurblio jėgainės darbo agentas į tokį, kurio tūrinis našumas yra atitinkamai mažesnis.
[EN] The invention relates to heat pump systems, which use specific sources of energy. The combined heat pump and power plant consists of the gas turbine combined cycle heat engine 1, electro generator 2, compressor of heat pump 3, evaporator-condenser 4, flow distributor 5, water cooling condenser 6, pump 7, economizer 8, preheater 9, heater of district heating water 10 and the throttle device 11. The heat engine 1 turns the electro generator 2 and the compressor 3 at the same time. The steam from the heat engine 1 enters the evaporator-condenser 4, and the condensate afterwards is returning through flow control device 5 and partly through the water cooling condenser 6 back to the heat engine 1. The combustion gas from the heat engine enters the economizer 8, hot water from which afterwards is directed to preheater 9 for preheating the heat pump working fluid before the compressor 3. The district heating water absorbs heat from compressed vapour in the heater 10. The working fluid then returns through the throttle device 11 to the evaporator-condenser 4. Heat capacity control of the combined heat pump and power plant is performed without changing effectiveness of power production. Incase when heat demand is lower than the nominal value Q, the flow distributor device 5 reduces flow to evaporator-condenser 4 accordingly. Contrariwise, the device 5 directs all amount of flow to the evaporator-condenser and, at the same time, the steam pressure from heat engine 1 is increasing when heat demand is higher than Q. In summer season when heat demand is lower by several times, the working fluid of the heat pump is replaced by one, which volumetric heat capacity is accordingly lower. The further heat control is analogous to the one described previously.
[0001] Išradimas priskiriamas šilumos siurblių sričiai arba sistemoms, naudojančioms specifinius energijos šaltinius.
[0002] Yra žinomas žemo potencialo šilumos panaudojimo būdas bei juo veikianti šilumos siurblio jėgainė (patentas US 4033141, 1977 07 05). Būdas numato įprastinį atliekinės šilumos potencialo pakėlimą, tačiau šiuo atveju panaudojamas originaliai gauta mechaninė energija. Mechaninė energija gaunama panaudojant tą pačią atliekinę šilumą pasitelkus tiesioginį termodinaminį ciklą. Ciklo darbo agentas parenkamas toks, kad jo kondensacijos šilumą galima būtų nuvesti į aplinką, o skysčio išgarinimui pakaktų atliekinės šilumos temperatūros. Tačiau net teorinio Karno ciklo efektyvumas, tokiu atveju, yra labai žemas (jis yra mažesnis nei 20%) dėl nedidelio kondensacijos ir virimo temperatūrų skirtumo. Tai reiškia, kad tik maždaug dešimtadalis atliekinės šilumos būtų paverčiama į mechaninę energiją, o gautoji šio proceso atliekinė šiluma būtų ženkliai žemesnio potencialo palyginti su pirminės atliekinės šilumos potencialu. Tokios šilumos siurblio jėgainės efektyvumas yra žemas.
[0003] Yra žinomas optimalus kogeneracinės bei centralizuotos šilumos gamybos jėgainių veikimo būdas (Patento numeris US 6536215 B1 2003 03 25). Būdas numato šilumos siurblio veikimą kogeneracinės jėgainės sistemoje, siekiant aukštesnio elektros gamybos efektyvumo. Tačiau šilumos siurblio kompresorius, šiuo atveju, suka ne kombinuoto ciklo ar kitas variklis, kurio atliekinė šiluma yra garo būsenos, o vidaus degimo variklis. Be to, vidaus degimo variklio termodinaminis efektyvumas nėra aukštesnis už vidutinį elektros gamybos efektyvumą. Todėl nėra didelio skirtumo ar šilumos siurblio kompresorius suka minėtas variklis, ar elektros variklis, nes abiem atvejais šilumos siurblio jėgainės efektyvumas nėra aukštas.
[0004] Išradimo tikslas - padidinti šilumos siurblio jėgainės efektyvumą, įjungiant ją į elektros jėgainės sistemą taip sukuriant kombinuotą šilumos siurblio ir elektros jėgainę.
[0005] Tikslas pasiekiamas tuo, kad kombinuotos jėgainės, susidedančios iš elektros jėgainės dujų kombinuoto ciklo šiluminio variklio, elektros generatoriaus, šilumos siurblio kompresoriaus, kondensatoriaus-garintuvo, srauto paskirstymo įrenginių, vandeniu aušinamo kondensatoriaus, siurblio, ekonomaizerio, perkaitintuvo, termofikacinio vandens kaitintuvo ir droseliavimo įrenginio, elektros jėgainės ekonomaizeris yra sujungtas su perkaitintuvu , o elektros jėgainės kondensatorius yra sujungtas su šilumos siurblio garintuvu ir sudaro bendrą šilumos mainų aparatą kondensatorių-garintuvą, kuris per srauto paskirstymo įrenginį yra sujungtas su vandeniu aušinamu kondensatoriumi. Kombinuoto ciklo šiluminio variklio galingumas parenkamas pagal jo atliekinės šilumos poreikį pasitelkiant tokią formulę:
[0006]
[0007] kur
[0008] P - šiluminio variklio mechaninis galingumas;
[0009] Q – miesto su CŠT sistema nominalus šilumos poreikis žiemos sezono metu;
[0010] TK – šilumos siurblio jėgainės transformavimo koeficientas;
[0011] ηm- šiluminio variklio efektyvumas, parodantis kiek pagaminama mechaninės energijos sunaudojus vienetą pirminės energijos (dujų kombinuoto ciklo šiluminiams varikliams ηm viršija 0,6, kitiems šis koeficientas yra apie 0,42);
[0012] ηt- mechaninės energijos gamybos ciklo šilumos išnaudojimo koeficientas, kuris yra nuo 0,85 iki 0,95.
[0013] Jėgainės šilumos našumo reguliavimo būde, susidedančiame iš vandens garo slėgio ir debito reguliavimo šiluminiame variklyje, nauja yra tai, kad šilumos siurblio jėgainės našumą šildymo sezono metu reguliuoja srauto reguliavimo įrenginys, mažindamas srautą į kondensatorių-garintuvą, jei našumas yra mažesnis už nominalų, tuo tarpu, jei šiluminis jėgainės našumas viršija nominalų, minėtas įrenginys visą garą tiekia į kondensatorių-garintuvą ir tuo pačiu padidinamas išeinančio iš variklio garo slėgis, taip pat nešildymo sezono metu, kai šilumos poreikis sumažėja keletą kartų, jėgainės šilumos našumą mažina jos darbo agento pakeitimas į tokį, kurio savitasis našumas esant tam pačiam tūriniam debitui yra atitinkamai mažesnis.
[0014] Kombinuota šilumos siurblio ir elektros jėgainė susideda iš dujų kombinuoto ciklo šiluminio variklio 1, elektros generatoriaus 2, kompresoriaus 3, kondensatoriaus-garintuvo 4, srauto paskirstymo įrenginio 5, vandeniu aušinamo kondensatoriaus 6, siurblio 7, ekonomaizerio 8, perkaitintuvo 9, termofikacinio vandens kaitintuvo 10 ir droseliavimo įrenginio 11.
[0015] Kombinuota jėgainė veikia taip. Dujų kombinuoto ciklo šiluminis variklis 1, naudodamas gamtinių dujų degimo šilumą, suka elektros generatorių 2 ir kompreso-rių 3. Iš variklio išėjęs vandens garas kondensuojasi kondensatoriuje-garintuve 4 ir per šio srauto paskirstymo įrenginius 5 ir dalinai per vandeniu aušinamą kondensatorių 6 vandens siurbliu 7 yra grąžinamas atgal į variklį 1. Degimo produktai iš variklio 1 patenka į ekonomaizerį 8, kuriame jie ataušinami vandeniu. Karštas vanduo tiekiamas į šilumos siurblio perkaitintuvą 9, kur šilumą atiduoda šilumos siurblio darbo agentui. Darbo agento garai po to slegiami kompresoriuje 3, kondensuojami termofikacinio vandens kaitintuve 10, gautas skystas darbo agentas po to yra droseliuojamas droseliavimo įrenginyje 11 ir išgarinamas kondensatoriuje-garintuve 4.
[0016] Jėgainės šilumos našumo reguliavimo būdas yra susijęs su srauto paskirstymo įrenginio 5 veikimu. Tuo atveju, jei šildymo sezono metu šilumos poreikis yra mažesnis už nominalų, minėtas įrenginys 5 mažina srautą į kondensatorių-garintuvą 4 ir didina į vandeniu aušinamą kondensatorių 6, o jei šilumos našumas yra didesnis už nominalų, įrenginys 5 visą srautą nukreipia į kondensatorių-garintuvą 4 ir tuo pačiu padidinamas išeinančio iš variklio garo slėgis, taip pat nešildymo sezono metu, kai šilumos poreikis sumažėja keletą kartų, jėgainės šilumos našumą mažina jos darbo agento pakeitimas į tokį, kurio savitasis našumas esant tam pačiam tūriniam debitui yra atitinkamai mažesnis.
[0017] Aukštesnį kombinuotos šilumos siurblio ir elektros jėgainės efektyvumą taip pat efektyvų jos šilumos našumo reguliavimą lemia keletas faktorių. Lyginant su prototipu, minėta jėgainė dirba ženkliai efektyviau dėl dujų kombinuoto ciklo šiluminio variklio didesnio efektyvumo bei optimalaus jo galingumo parinkimo. Minėtas šiluminis variklis lyginant su prototipo vidaus degimo varikliu yra apie pusantro karto efektyvesnis. Tai reiškia efektyvesnį mechaninės energijos generavimą, tačiau kartu reiškia ir santykinai nedidelį atliekinės šilumos kiekį, reikalingą šilumos siurblio našumui užtikrinti. Todėl variklis parenkamas ne pagal reikalingos mechaninės energijos galingumą, kaip prototipo atveju, o pagal atliekinės šilumos poreikį. Optimalus variklio galingumas parenkamas pasitelkiant aukščiau parašytą formulę priklausomai nuo miesto su centralizuotu šilumos tiekimo nominalaus šilumos poreikio. Be to, didesnis jėgainės galingumas gaunamas dėl to, kad elektros jėgainės kondensatorius ir šilumos siurblio garintuvas yra sujungti į vieną įrenginį, kuriame gauname labai intensyvius šilumos mainus, taigi mažus termodinaminius nuostolius dėl nepilnos rekuperacijos, kaip ir dėl papildomos šilumos, gautos ekonomaizeryje, panaudojimo šilumos siurblio darbo agento garų perkaitinimui kaitintuve. Kombinuotos šilumos siurblio ir elektros jėgainės šilumos našumas yra reguliuojamas nekeičiant pagaminamos elektros energijos kiekio. Priešingai nei prototipo atveju, tai leidžia išlaikyti našią ir efektyvią elektros gamybą esant besikeičiančiam šilumos siurblio šiluminiam našumui, kuris priklauso nuo aplinkos temperatūros šildymo sezono metu, ir nuo sunaudojamo šilto vandens poreikio – nešildymo sezono metu.
1. Kombinuota šilumos siurblio ir elektros jėgainė, susidedanti iš elektros jėgainės dujų kombinuoto ciklo šiluminio variklio, elektros generatoriaus, šilumos siurblio kompresoriaus, kondensatoriaus-garintuvo, srauto paskirstymo įrenginio, vandeniu aušinamo kondensatoriaus, siurblio, ekonomaizerio, perkaitintuvo, termofikacinio vandens kaitintuvo ir droseliavimo įrenginio, b e s i s k i r i a n t i tuo, kad šilumos siurblio jėgainės perkaitintuvas yra sujungtas su elektros jėgainės ekonomaizeriu, o šilumos siurblio jėgainės garintuvas ir elektros jėgainės kondensatorius yra apjungti į vieną įrenginį – kondensatorių-garintuvą, o šiluminio variklio mechaninis galingumas parinktas pagal jėgainei reikalingos atliekinės šilumos galingumą, pasitelkiant priklausomybę
P - šiluminio variklio mechaninis galingumas;
Q – miesto su centralizuotu šilumos tiekimu nominalus šilumos poreikis;
TK – šilumos siurblio jėgainės transformavimo koeficientas;
ηm- šiluminio variklio mechaninės energijos gamybos efektyvumas;
ηt- mechaninės energijos gamybos ciklo šilumos išnaudojimo koeficientas.
2. Jėgainės šilumos našumo reguliavimo būdas, susidedantis iš vandens garo slėgio ir debito reguliavimo šiluminiame variklyje, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad šilumos siurblio jėgainės našumą šildymo sezono metu reguliuoja srauto reguliavimo įrenginys, mažindamas srautą į kondensatorių-garintuvą, jei našumas yra mažesnis už nominalų, o jei šiluminis jėgainės našumas viršija nominalų, minėtas įrenginys visą garą tiekia į kondensatorių-garintuvą ir tuo pačiu padidinamas išeinančio iš variklio garo slėgis, taip pat nešildymo sezono metu, kai šilumos poreikis sumažėja keletą kartų, jėgainės šilumos našumą mažina jos darbo agento pakeitimas į tokį, kurio savitasis našumas esant tam pačiam tūriniam debitui yra atitinkamai mažesnis.