CC BY
110
Охрана окружающей среды и безопасность труда
231
Обязательным условием построения такой системы является использование акустического канала информации в соотношении к визуальному 1:9, что соответствует реально получаемому человеком объему информации о внешнем мире. Звуковая информация имеет зачастую преимущество перед визуальной, если от человека требуется немедленная реакция на события, а это, как раз, характерно для случаев возникновения опасных ситуаций при выполнении тех или иных видов работ.
4. Заключение
Таким образом, предложенная методика оценки рисков может использоваться для построения эффективной обучающей системы, учитывающей реальную степень опасности выполняемых работником операций.
5. Литература
Примерная программа обучения по охране труда работников организаций. Утверждена первым замминистра труда и социального развития РФ 17.05.2004. - СПб:. Изд. ЦОТПБСП. 2004.
Гмошинский В.Г., Флиорент Г.И. Теоретические основы инженерного прогнозирования. - М.: Наука, 1979.
УДК 658.264
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АККУМУЛЯТОРОВ ТЕПЛОТЫ В СТАЦИОНАРНОЙ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
И.Г. Киселев, О.Л. Попова
Аннотация
Применяемые в зарубежных системах теплоснабжения аккумуляторы теплоты позволяют сохранить значительное количество топливных ресурсов и эффективно использовать электрическую энергию. В статье рассматриваются возможности и целесообразность применения аккумуляторов теплоты на отечественном железнодорожном транспорте.
Ключевые слова: стационарная теплоэнергетика; аккумулятор теплоты
Известия Петербургского университета путей сообщения
2004/2
232
Охрана окружающей среды и безопасность труда
Введение
Существенный рост цен на топливо и электроэнергию, отмечаемый в последнее время, требует пересмотра технологий энергопотребления. Железнодорожный транспорт является крупным потребителем всех видов топливно-энергетических ресурсов. В процессе потребления происходит постоянное загрязнение окружающей среды.
Повышение эффективности потребления энергии возможно за счет снижения энергоемкости используемых технологий, применения альтернативных энергетических ресурсов, выравнивания временных несоответствий между производимой энергией и потребностями в ней посредством ее аккумулирования и т.д.
В Западной Европе, США, Японии в стационарной энергетике и на транспорте стали применяться энерготехнологии с использованием аккумуляторов теплоты. В России эти устройства нашли применение в авиационной и космической технике, на морском и речном транспорте, в автотранспортной технике, на тепловых электростанциях и в радиоэлектронной технике (Куколев М.И., 2001). В статье
рассматриваются возможности применения аккумуляторов теплоты на объектах стационарной теплоэнергетики железнодорожного транспорта.
1. Структура потребления топливно-энергетических ресурсов нетяговыми потребителями
К основным нетяговым потребителям топливно-энергетических ресурсов на железнодорожном транспорте относятся станции, депо, мастерские, аппаратура автоблокировки.
На долю нетяговых потребителей приходится около 62% от всего объема потребления котельно-печного топлива и около 18% от общего количества потребляемой электроэнергии на железнодорожном транспорте.
Основным способом получения тепловой энергии на железнодорожном транспорте остается традиционный - путем сжигания топлива. При этом происходит загрязнение атмосферного воздуха. Выбросы стационарной теплоэнергетики составляют 53,4% от общего количества выбросов на железнодорожном транспорте.
В настоящее время на сети железных дорог России эксплуатируются 6557 котельных, из которых 67% в качестве основного топлива используют уголь. На рис.1 представлена структура потребления топлива на нужды теплоснабжения на железнодорожном транспорте.
2004/2
Известия Петербургского университета путей сообщения
Охрана окружающей среды и безопасность труда
233
□ Дизельное топливо Шуголь S мазут Шгаз природный
Рис.1. Доли потребления основных видов топлива на нужды
теплоснабжения, %
Рост цен на энергоносители значительно опережает снижение их фактического потребления.
В целях сокращения затрат на ТЭР предлагается в стационарной теплоэнергетике железнодорожного транспорта заменить традиционный способ получения тепловой энергии на новый - путем использования тепловых аккумуляторов.
2. Характеристики тепловых аккумуляторов
Тепловой аккумулятор (теплонакопитель) представляет собой устройство, обеспечивающее обратимые процессы накопления, хранения и выработки тепловой энергии. В этих устройствах может быть реализовано прямое аккумулирование теплоты. В таком случае теплоаккумулирующий материал (ТАМ) является одновременно и теплоносителем. При косвенном аккумулировании теплоаккумулирующие и теплопередающие среды различны. Накопление тепловой энергии в аккумуляторе может происходить с повышением температуры ТАМ, а также в процессе фазовых превращений: «твердое тело-жидкость» или «жидкость-пар». В этом случае температуры ТАМ не изменяется. Тепловые аккумуляторы классифицируют по различным параметрам: по способу накопления тепловой энергии, по теплоаккумулирующей и теплообменной среде, массе, объему, давлению в аккумуляторе и другими способами (Левенберг В.Д. и др., 1991).
Использование электрической энергии для накопления теплоты нашло применение в системах энерготеплоснабжения зданий. ТАМ (огнеупорный кирпич) нагревается в периоды минимального потребления электроэнергии. Обогрев помещений происходит воздухом, который нагревается при прохождении через матрицу, образующую ТАМ (рис.2).
Известия Петербургского университета путей сообщения
2004/2
234
Охрана окружающей среды и безопасность труда
От
ки
ный
Холодный
воздух
Рис. 2. Теплонакопитель с твердым теплоаккумулирующим материалом
Тепловые аккумуляторы с плавящимся ТАМ обеспечивают высокую плотность запасаемой энергии и стабильную температуру нагреваемой среды при выходе из них. Большинство высокотемпературных ТАМ в расплавленном состоянии являются коррозионно-активными веществами и изменяют объем при плавлении.
Технические характеристики тяговых аккумуляторов представлены в таблице 1.
ТАБЛИЦА 1. Технические характеристики тепловых аккумуляторов
Наименование параметра Значение для модели
ЭТ-0,5 до ЭТ-3 ЭТ-3,1 до ЭТ-7
1 2 3
Номинальное напряжение, В 220 380
Номинальная частота, Г ц 50
Потребляемая мощность, кВт 0,5-3,0 3,1-7,0
Отдаваемая мощность, кВт 0,22-1,15 1,2-3,0
Время зарядки, ч 8
Рабочий цикл, ч 24
Габаритные размеры, мм Длина Ширина Высота 550-1505 260-305 465-705 1235-1825 260-305 585-1065
2004/2
Известия Петербургского университета путей сообщения
Охрана окружающей среды и безопасность труда
235
Наименование параметра Значение для модели
ЭТ-0,5 до ЭТ-3 ЭТ-3,1 до ЭТ-7
Класс защиты от поражения электрическим током 1
Элементы теплоаккумулирующие, шт. 6-27 27-60
Масса теплового аккумулятора в сборке, кг 50-127 127-380
Необходимая тепловая мощность обеспечивается установкой батареи теплонакопителей.
Недостатки использования тепловых аккумуляторов:
• высокая стоимость потребляемой электроэнергии
• низкая единичная производительность
• низкий коэффициент использования теплоты
Основные преимущества использования теплового аккумулятора по сравнению с традиционными способами получения тепловой энергии следующие:
• специфика эксплуатации позволяет получить значительный экономический эффект при использовании ночного тарифа на электроэнергию;
• полная автоматизация, отсутствие необходимости постоянного присутствия обслуживающего персонала;
• отсутствие прямого процесса сжигания топлива;
• отсутствие выбросов загрязняющих веществ;
• низкий уровень шума при работе;
• не требуется увеличение санитарно-защитной зоны предприятия.
Для использования в качестве источника теплоснабжения малых объектов стационарной теплоэнергетики железнодорожного транспорта предлагаются тепловые аккумуляторы с твердым ТАМ отечественного производства. Данные теплонакопители выполняются на базе твердого теплоаккумулирующего материала - природного камня талькохлорита. Тепловые аккумуляторы работают в режиме зарядки-накопления тепловой энергии в течение 8 часов, что обуславливает экономическую эффективность проведения этого процесса ночью, во время действия более дешевого тарифа на электроэнергию.
Необходимая температура воздуха в помещении задается выносным регулятором температуры, уровень зарядки устанавливается в зависимости от наружных метеорологических условий.
Известия Петербургского университета путей сообщения
2004/2
236
Охрана окружающей среды и безопасность труда
3. Характеристика объекта внедрения
Угольные котельные широко применяются в стационарной теплоэнергетике железнодорожного транспорта.
Большинство угольных котельных, находящихся в эксплуатации построены в конце 60-х гг. прошлого века. Котельные не автоматизированы и эксплуатируются с ручной подачей топлива.
При сжигании угольного топлива в атмосферный воздух поступают следующие загрязняющие вещества: оксиды азота, оксид углерода, бенз(а)пирен, диоксид серы, сажа и угольная зола. При эксплуатации угольной котельной образуются шлак и зола каменноугольная в качестве отходов производства.
Как правило, такие котельные имеют протяженные тепловые сети.
Для замены источника теплоснабжения на базе твердых ТАМ выбрана котельная, предназначенная для отопления помещений.
4. Расчет капитальных и годовых эксплуатационных затрат по каждому из конкурирующих вариантов источников теплоты
Исходные данные для расчета:
1. Расчетная тепловая нагрузка на отопление: ро= 200 кВт= 0,17 Гкал/ч
д _ ? 18 - (-1,8) 24 22() = 403 д2 гкал/год
° 18-(-26)
2. Длительность отопительного сезона: по= 220 дней
3. Основное оборудование по первому варианту - котлы типа «Универсал», 1964 года выпуска.
4. Основное оборудование по второму варианту - аккумуляторы тепловой энергии производства ООО «Онежская промышленная компания».
5. Тарифы на электрическую энергию (включая НДС):
- ночной (23.00-7.00) Цэн= 0,6018 руб./кВт-ч
- дневной (7.00-23.00) Цэд=1,4278 руб./кВт-ч
Расчет выполнялся при следующих допущениях:
- не учитывались изменения цен на топливно-энергетические ресурсы и действующих тарифов
- капитальные вложения являются единовременными
4.1. Оценка капитальных и эксплуатационных затрат на выработку тепловой энергии угольной котельной.
Оценка выполнялась по фактическим данным, полученным по вокзальной котельной ст.Александровская Ленинградской области.
2004/2
Известия Петербургского университета путей сообщения
Охрана окружающей среды и безопасность труда
237
Год постройки котельной - 1964 г.
ТАБЛИЦА 2. Годовые эксплуатационные расходы угольной котельной
мощностью 200 кВт, тыс.руб.:
Фонд оплаты труда Социальное страхование Топливо Электрическая энергия Амортизация Итого
120,9 47,4 68,2 4,15 145,5* 386,15
*В значение амортизационных отчислений по котельной заложена сумма, выраженная в ценах 2004 года.
Основными составляющими в структуре эксплуатационных расходов угольной котельной является фонд заработной платы
Годовые эксплуатационные затраты по данному варианту равны:
С21 =120,9 + 47,4 + 68,2 + 4,15 + 145,5 = 386,15 тыс.руб.
Себестоимость 1 Гкал теплоты составит:
103 =386,15/403,92-103 = 956руб./Гкал
Также получены данные по котельным мощностью 250 кВт, 125 кВт и менее мощным, эксплуатирующимся на Октябрьской железной дороге, Санкт-Петербургском узле. Полученные сведения представлены на рис.4.
4.2. Расчет капитальных и эксплуатационных затрат на выработку тепловой энергии тепловыми аккумуляторами
Капитальные вложения по данному варианту составляют:
К = Коб + Км = Коб + 0,12 Коб = 1,12 Коб = 1,12 • КА
п
тыс.руб
где:
Коб - стоимость устанавливаемого оборудования, тыс.руб.
Км - стоимость монтажа оборудования, принимается 12% от стоимости оборудования, тыс.руб.
Ка1 - стоимость 1 теплового аккумулятора, тыс.руб. n - количество тепловых аккумуляторов.
К = 1,12 • 22,5 • 100 = 2 520тыс.руб.
Известия Петербургского университета путей сообщения
2004/2
238
Охрана окружающей среды и безопасность труда
Годовые эксплуатационные затраты будут равны:
С22 = сэ2 +Ср2 +Сто2 +Са2 +Сзп, тыс.руб.
где:
Сэ2 - годовые эксплуатационные затраты, связанные с потреблением электрической энергии, тыс.руб.
Сэ2=^эжа-Цэн-Ъ-по =500-0,6018-8-220 = 529,58 ТЫС.руб.
где:
Nara - потребляемая электрическая мощность всех тепловых аккумуляторов, кВт
^эта = ^э.та\ ' И = 5 • 1 00 = 500 КВТ
Мэ.та1 - потребляемая электрическая мощность одного теплового аккумулятора, кВт
Ср2 и Сто2 - затраты, связанные с ремонтом и техническим обслуживанием источников теплоснабжения, приняты в размере 1% от суммарных капитальных затрат, тыс.руб.
Ср2 + Сто2 = 0,01 • К = 0,01 ■ 2520 = 25,2 тыс.руб
Са2 - амортизационные отчисления, тыс.руб.
Са2=к/Т = 2520/20 = 126 ТЫС.руб где Т - срок службы оборудования, 20 лет;
Сзп - годовой фонд заработной платы ремонтного персонала, включая социальное страхование, тыс.руб.
Принят в размере 42,1тыс.руб.
Годовые эксплуатационные затраты по данному варианту равны:
С22 = 529,58 + 25,2 +126 + 42,1 = 722,88 тыс.руб.
Себестоимость 1 Г кал теплоты составит:
Ю3 =722,88/403,92-Ю3 =1789,7руб./Гкал
Аналогичным образом был выполнен расчет для объектов меньшей тепловой мощности. Результаты расчета представлены на рис.4 - график «Тепловые аккумуляторы, вариант А».
2004/2
Известия Петербургского университета путей сообщения
Охрана окружающей среды и безопасность труда
239
Основную долю затрат в эксплуатационных расходах в данном варианте составляют затраты на электроэнергию, технические особенности тепловых аккумуляторов позволяют использовать их в режиме потребления электроэнергии только в ночное время, когда тарифная ставка минимальна. Поэтому расчет был произведен по ночному тарифу, действующему в данном регионе. На графике «Тепловые аккумуляторы вариант Б» показан рост эксплуатационных расходов при использовании в расчете дневного тарифа на электроэнергию.
Рис.4 График зависимости эксплуатационных затрат на выработку тепловой энергии по каждому из вариантов
В случае нормальной теплоизоляции условным расчетным коэффициентом определения тепловой энергии для отопления помещения принимается величина, равная 53 Вт на м . Из рис. 4 видно, что для Ленинградской области эксплуатационные расходы источника
теплоснабжения меньше при использовании аккумуляторов теплоты при мощности источника теплоснабжения до 70 кВт. Такой мощности достаточно для отопления помещений суммарной площадью до 1320,8 м .
На рис. 5 представлен график, на котором показана зависимость рекомендуемой мощности источника теплоснабжения на базе тепловых аккумуляторов от величины ночных тарифов на электроэнергию.
Известия Петербургского университета путей сообщения
2004/2
240
Охрана окружающей среды и безопасность труда
ллп . ,5
X
S 120 ■ ц, S aj 1ПП .
1 й on .
1 о «и 1 S - К
н Iя лп .
ф 40 5 О £ 9П -
0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 Ночн 5 0 эй тар 6 0 иф н 7 0 а элек 8 0 троэн ■S «э S I N. 1, 3, руб 11, 21 31, 41
Рис. 5 Зависимость экономически эффективной мощности тепловых аккумуляторов от ночного тарифа на электроэнергию.
5. Заключение
1. Расчеты показали, что использование тепловых аккумуляторов в стационарной теплоэнергетике выгодно в случае низкого тарифа на электрическую энергию в ночное время. Конкретная мощность по замене котельной определяется расчетным путем для каждого региона. Так, для Ленинградской области она составляет 70 кВт. Получена такая оценка для объектов Московского региона - 135кВт.
2. Эффективность использования тепловых аккумуляторов можно повысить путем изменения коэффициента полезного использования теплоты аккумулятора, по предварительным расчетам эта величина может быть увеличена на 20-25%.
6. Литература
Куколев М.И. Основы проектирования тепловых накопителей энергии. - Петрозаводск: Из-во Петрозаводского Гос.Университета., 2001.
Левенберг В.Д., Ткач М.Р., Гольстрем В.А. Аккумулирование тепла. - Киев: Тэхника. 1991.
Киселев И.Г. Способы и устройства для экономии топлива на железнодорожном транспорте. - СПб: ЛИИЖТ.1991.
Кистьянц Л.К., Юдаева Е.М. Экономия топлива на предприятиях железнодорожного транспорта. - М.: Транспорт, 1984.
2004/2
Известия Петербургского университета путей сообщения
