alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2017.13-15.111-122alternative-1048Research ArticleИННОВАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ В ОБЛАСТИ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ И ЭКОЛОГИИINNOVATIVE SOLUTIONS IN ALTERNATIVE ENERGY AND ECOLOGYОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ МИКРОРАЙОНА НА БАЗЕ ЭЛЕКТРОГЕНЕРИРУЮЩЕЙ УСТАНОВКИ, РАБОТАЮЩЕЙ ЗА СЧЁТ ТЕПЛОТЫ СЕТЕВОЙ ВОДЫENSURING THE ENERGY SECURITY OF A RESIDENTIAL AREA ON THE BASIS OF AN ELECTRIC GENERATING PLANT OPERATING ON THE HEAT OF THE NETWORK WATERСистерВ. Г.SisterV. G.

 д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Процессы и аппараты химической технологии»,

д. 38, ул. Б. Семёновская, Москва, 107023

D.Sc. (engineering), Professor, Head of the Processes and Apparatuses of Chemical Technology Department, 

38 B. Semenovskaya str., Moscow, 107023

nastya831983@mail.ruПоливодаФ. А.PolivodaF. A.

д-р техн. наук, профессор, старший научный сотрудник лаборатории нетрадиционных возобновляемых источников энергии,

д.19, Ленинский пр-т, Москва, 119991

D.Sc. (engineering), Professor, Senior Researcher at the Laboratory of Unconventional Renewable Energy Sources,

19 Leninsky ave., Moscow, 119991

ЩербаковВ. П.ScherbakovV. P.

аспирант,

д. 33, стр.1, ул. Садовническая, Москва, 117997

Postgraduate,

33/1 Sadovnicheskaya str., Moscow, 117997

ЯмчукА. И.YamchukA. I.

старший преподаватель кафедры «Процессы и аппараты химической технологии»,

д. 38, ул. Б. Семёновская, Москва, 107023

Senior Lecturer at the Processes and Apparatuses of Chemical Technology Department, 

38 B. Semenovskaya str., Moscow, 107023

ШатровЛ. А.ShatrovL. A.

аспирант,

д. 33, стр.1, ул. Садовническая, Москва, 117997

Postgraduate,

33/1 Sadovnicheskaya str., Moscow, 117997

НабатчиковаТ. И.NabatchikovaT. I.

магистрант,

д 9, стр. 9, ул. Образцова, Москва, 127994

Magistrate Student,

9/9 Obraztsova str., Moscow, 127994

Московский политехнический университетРоссияMoscow Polytechnic UniversityRussian FederationОАО «ЭНИН им. Г.М. Кржижановского»РоссияJSC “ENIN G.M. Krzhizhanovskogo”Russian FederationРоссийский государственный университет им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство)РоссияKosygin Russian State UniversityRussian FederationМосковский государственный университет путей сообщения Императора Николая IIРоссияMoscow State University of railway engineeringRussian Federation201730062017013-15111122Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20172017Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/1048

В статье рассматривается новая концепция конструирования автономных тепловых пунктов за счёт ис-пользования теплоты сетевой воды для генерации электроэнергии и привода необходимого оборудования, включая электропитание насосов, схем автоматики, водоподготовки, освещения и других потребителей. Новый поход позволит создать условия для безопасного функционирования всей системы энергоснабжения микрорайона в случае аварий или террористических атак. Новая энергоустановка не нуждается в подаче топлива, как, например, дизель электростанция, так как источником для производства электроэнергии служит горячая вода, поступающая на тепловой пункт от магистральных теплопроводов ТЭЦ. В качестве рабочей среды электрогенерирующего паросилового контура предложены низкокипящие пожаробезопасные рабочие тела типа фреонов. В качестве примера реализации данной концепции предлагается установка, включенная в состав центрального теплового пункта. Представлена тепловая схема модернизированного центрального теплового пункта; показаны основные элементы, позволяющие прояснить принцип функционирования установки и способ получения электроэнергии из горячей воды (источником теплоты является горячая вода, поступающая по подающему трубопроводу из теплосети в теплообменник-парогенератор рабочего тела). Дана оценка эффективности новой установки с помощью эксергетической диаграммы. Проведенные расчеты показали высокую эксергетическую эффективность новой энергоустановки.

Показано, что кроме повышения надежности и решения проблемы безопасности энергоснабжения района, новая энергоустановка является экономически выгодной, поскольку стоимость единицы электроэнергии, вырабатываемой для собственных нужд, в 3–4 раза ниже покупной ввиду отсутствия посредников и высокого эксергетического КПД установки.

The paper deals with a new concept for the design of autonomous thermal stations based on the use of the heat of the network water to generate electricity and the drive of necessary equipment, including the power supply of pumps, automation schemes, water treatment, lighting, and other consumers. This creates the conditions for the safe operation of the entire energy supply system of a residential area in case of accidents or terrorist attacks. The new power plant does not need a fuel supply such as a diesel power plant because the source for the production of electric power is hot water, supplied to the heat station from the main heating pipelines of the thermal power station. Low-boiling fire-safe working bodies such as freons are proposed as the working medium of the electric generating steam power circuit. The essence of the new approach is considered in detail with the example of the proposed plant included in the central heating station (CHS): the thermal scheme of the modernized CHS is presented; basic elements are shown that make it possible to clarify the operation principle of the plant and the method for obtaining electricity from hot water (the source of heat is hot water that flows through the supply pipe from the heat network to the heat exchanger-steam generator of the working fluid). The efficiency of the new plant is estimated using an exergy diagram. The calculations showed the high exergetic efficiency of the new power plant, which makes its implementation extremely urgent and necessary.

It is shown that in addition to increasing reliability and solving the problem of security of power supply in the district, a new power plant is economically advantageous, since the cost of a unit of electricity generated for own needs is 3- 4 times cheaper than the purchase because of the absence of intermediaries and high exergy efficiency of the plant. 

центральный тепловой пунктэлектрогенерирующая установкабезопасностьтепловая сетьэффективностьэксергиярабочее телотемпературный графикгорячее водоснабжениеcentral heat stationpower generating plantsafetyheat networkefficiencyexergyworking environmenttemperature schedulehot water supplyРФФИReferencesСоколов, Е.Я. Теплофикация и тепловые сети / Е.Я. Соколов. – 7-е изд. – М.: МЭИ, 2001. – 433 с.Sokolov Е.Ya. Heating and heating networks (Teplofikatsiya i teplovye seti). Moscow: MPEI Publ., 2001, 433 p. (in Russ.).Бродянский, В.М. Термодинамический анализ низкотемпературных процессов / В.М. Бродянский. – М.: МЭИ, 1966. – 177 с.Brodyanskii V.M. Thermodynamic analysis of low-temperature processes (Termodinamicheskii analiz nizkotemperaturnykh protsessov). Moscow: MPEI Publ., 1966, 177 p. (in Russ.).Rant, Z. Exergie, ein Neues Wort für “Technische Arbeitsfähigkeit” [Text] / Z. Rant // Forschung Ing. – 1956. – No. 1. – P. 7–36.Rant Z. Exergie, ein Neues Wort für “Technische Arbeitsfähigkeit”. Forschung Ing., 1956;(1):7–36. (in Germ.).Боняшкевич, Ф. Техническая термодинамика: в 2-х ч. / Ф. Боняшкевич. – М.: Гостехиздат, 1956. – 485 с.Bonyashkevich F. Technical thermodynamics (Tekhnicheskaya termodinamika). Moscow: Gostekhizdat Publ., 1956, 485 p. (in Russ.).Боняшкевич, Ф. Техническая работоспособность термодинамических систем / Ф. Боняшкевич. – М.: Гостехиздат, 1958. – 137 с.Bonyashkevich F. Technical working capacity of thermodynamic systems (Tekhnicheskaya rabotosposobnost' termodinamicheskikh sistem). Moscow: Gostekhizdat Publ., 1958, 137 p. (in Russ.).Воскресенский, К.Д. Прикладная термодинамика и теплопередача / К.Д. Воскресенский, И.И. Новиков. – М: Атомиздат, 1977. – 336 с.Voskresenskii K.D., Novikov I.I. Applied thermodynamics and heat transfer (Prikladnaya termodinamika i teploperedacha). Moscow: Atomizdat Publ., 1977, 336 p. (in Russ.).Янтовский, Е.И. Парокомпрессионные теплонасосные установки / Е.И. Янтовский, Ю.В. Пустовалов. – М.: Энергоиздат, 1982. – 141с.Yantovskii E.I., Pustovalov Yu.V. Steam Compression Heat Pumping Units (Parokompressionnye teplonasosnye ustanovki). Moscow: Energoizdat Publ., 1982, 141p. (in Russ.).Мартынов, А.В. Установки для трансформации тепла и охлаждения / А.В. Мартынов. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 197 с.Martynov A.V. Installations for the transformation of heat and cooling (Ustanovki dlya transformatsii tepla i okhlazhdeniya). Moscow: Energoatomizdat Publ., 1989, 197 p. (in Russ.).Field, A.A. Heat pump progress in Europe / A.A. Field // Heat. and Vent. Eng. – 1978. – Vol. 52. – No. 610. – P. 5–8.Field A.A. Heat pump progress in Europe. Heat. and Vent. Eng., 1978;52(610):5–8. (in Eng.).Jacobowsky, H. Wärmepumpe zum Wärme und Kalteerzeugung / H. Jacobowsky //. Elektrowärme Techn. Aufbau. –1977. – Vol. 35. No. A3. – P. 132–141.Jacobowsky H. Wärmepumpe zum Wärme und Kalteerzeugung. Elektrowärme Techn. Aufbau, 1977;35(A3):132–141 (in Germ.).Wegmann, H. Abwärme. Fernwärme.Wärmepumpen / H. Wegmann // Energie. – 1978. –Wegmann H. Abwärme. Fernwärme.Wärmepumpen. Energie, 1978;30(5):172–173 (in Germ.).Vol. 30. – No. 5. – P. 172–173.Sister V.G., Ivanikova E.M., Polivoda F.A., Velichkina L.A. Autonomous water closed system of district heating (Avtonomnaya vodyanaya zakrytaya sistema tsentralizovannogo teplosnabzheniya). Patent 2484379 Russian Federation, IPC 51 F24D 3/00 (2006.01). Applicant and patent holder LLC “National Innovative Company”, no. 2011139510/12; bulletin 16 (10.06.2013). (in Russ.).Пат. 2484379 Российская Федерация, МПК 51 F24D 3/00 (2006.01). Автономная водяная закрытая система централизованного теплоснабжения / Систер В.Г., Иваникова Е.М., Поливода Ф.А., Величкина Л.А.; заявитель и патентообладатель ООО «Национальная Инновационная Компания» – № 2011139510/12; заявл. 28.09.2011; опубл. 10.06.2013, Бюлл. №16.Polivoda F.A., Shchebakov V.P., Morozova Yu.V., Yamchuk A.I. The concept of an autonomous urban district of power supply with a system of distributed power generation based on low-potential power plants (LPPP) and small hydro turbines (Kontseptsiya avtonomnogo gorodskogo raiona energosnabzheniya s sistemoi raspredelennoi elektrogeneratsii na baze nizkopotentsial'nykh energoustanovok (NES) i malykh gidroturbin). Industrial power engineering (Promyshlennaya energetika). 2013;(7):5–8 (in Russ.).Поливода, Ф.А. Концепция автономного городского района энергоснабжения с системой распределенной электрогенерации на базе низкопотенциальных энергоустановок (НЭС) и малых гидротурбин [Текст] / Ф.А. Поливода, В.П. Щебаков, Ю.В. Морозова, А.И. Ямчук // Промышленная энергетика. – 2013. – № 7. – С. 5–8.Thermodynamic diagrams of i-lgP refrigerants (Termodinamicheskie diagrammy i-lgP khladagentov). Moscow: AVISANKO Publ., 2003, 50 p. (in Russ.).Термодинамические диаграммы i-lgP хладагентов. – М.: АВИСАНКО, 2003. – 50 с.Pyrkov V.V. (Sovremennye teplovye punkty. Avtomatika i regulirovanie). Kiev: II Subsidiary “These things”, 2007, 252 p. (in Ukr.).Пырков, В.В. Современные тепловые пункты. Автоматика и регулирование / В.В. Пырков. – Киев.: ІІ ДП «Такі справи», 2007. – 252 с.Building regulations 2.04.01-85. Internal water supply and sewerage of buildings (Vnutrennii vodoprovod i kanalizatsiya zdanii). Intr. 1986-07-01. Moscow: Stroyizdat Publ., 1986 (in Russ.).СНиП 2.04.01-85. Внутренний водопровод и канализация зданий. – Введ. 1986-07-01. – М.: Стройиздат, 1986.Sister V.G., Ivannikova E.M., Polivoda F.A., Yamchuk A.I. The technology of creating energyefficient thermal networks with devices for generating electricity at waste heat (Tekhnologiya sozdaniya energoeffektivnykh teplovykh setei s ustroistvami generatsii elektroenergii na sbrosnoi teplote). Scientific Herald of the Moscow State Mining University. 2013;(12):30–35 (in Russ.).Систер, В.Г. Технология создания энергоэффективных тепловых сетей с устройствами генерации электроэнергии на сбросной теплоте [Текст] / В.Г. Систер, Е.М. Иванникова, Ф.А. Поливода, А.И. Ямчук // Научный вестник Московского государственного горного университета. – 2013. – № 12. – С. 30–35.Sister, V.G., Ivannikova E.M., Polivoda F.A., Yamchuk A.I., Shcherbakov V.P. Method for calculating and optimizing the efficiency of a two-pipe heat network (Metodika rascheta i optimizatsii KPD dvukhtrubnoi teplovoi seti). Energy security and energy saving (Energobezopasnost' i energosberezhenie). 2012;5(47):18–23 (in Russ.).Систер, В.Г. Методика расчета и оптимизации КПД двухтрубной тепловой сети [Текст] / В.Г. Систер, Е.М. Иванникова, Ф.А. Поливода, А.И. Ямчук, В.П. Щербаков // Энергобезопасность и энергосбережение. – 2012. – № 5 (47). – С. 18–23.Karno S. The second law of thermodynamics. Collection of works (Vtoroe nachalo termodinamiki. Sbornik rabot). GTTI Publ., 1934 (in Russ.).Карно, С. Второе начало термодинамики. Сборник работ / С. Карно. – ГТТИ, 1934.Polivoda A.I., Polivoda F.A., Sokolovskii R.I. Experience in the development of heat insulation made of polyurethane foam “Bion” (Opyt razrabotki teploizolyatsii iz penopoliuretana marki “Bion”). Heat supply news (Novosti teplosnabzheniya). 2009; (5):45–48 (in Russ.).Поливода, А.И. Опыт разработки теплоизоляции из пенополиуретана марки «Бион». [Текст] / А.И. Поливода, Ф.А. Поливода, Р.И. Соколовский // Новости теплоснабжения. – 2009. – № 5. – С. 45–48.Hoven M. Energy Project and Management. The Economic Development Institute of the World Bank, 1993 (in Eng.).Hoven, M. Energy Project and Management / M. Hoven. – The Economic Development Institute of the World Bank, 1993.Hoven, M. Energy Project and Management / M. Hoven. – The Economic Development Institute of the World Bank, 1993.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.