ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫЕ ВОДОПОТРЕБЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ЭНЕРГОУСТАНОВОК

ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫЕ ВОДОПОТРЕБЛЯЮЩИЕ
СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ЭНЕРГОУСТАНОВОК
ECOLOGICAL SAFETY WATER EXPLORE COOLING SYSTEMS
OF POWER PLANTS

Федоровская Надежда Константиновна( Fedorovskaya Nadia
Kostantinovna)
Город Севастополь, Российская Федерация ( Sevastopol, Russian Federation)
 Секция: Нука о Земле и рациональное природопользование.
Научный руководитель: Ничкова Лариса Александровна, к.т.н.
ФГАОУ ВО "Севастопольский государственный университет"

              Рассмотрены вопросы сохранения рыбных ресурсов морей и водоемов
за счет использования замкнутых технологий охлаждения тепловых
энергетических 
установок 
различного 
назначения. 
Представлены
результаты экспериментальных исследований тепловой эффективности
систем. Выполнена оценка их экономической эффективности. The problems
of conservation of sea fish resources due to the use of closed cooling systems of
heat power plants for various purposes. The results of experimental research of the
heat efficiency such systems. Calculated  economical-effectiveness of this systems

Ключевые 
слова: 
экологическая 
безопасность; 
биоресурсы 
морей;
энергоустановки; системы охлаждения; ecological safety; marine bioresourses;
power plants; cooling systems;

Моря и внутренние водоемы являются местом сосредоточения

значительных биоресурсов, в частности  рыбных. В настоящее время

наблюдается тенденция их снижения, что определяется негативным

воздействием промышленных объектов. К их числу, среди прочего, относятся

энергоустановки тепловых электростанций (при их расположении на берегу

водоема), судов, разнообразных морских технических средств (плавучие,

стационарные и полупогружные буровые платформы  и т.д.). Для береговых

электростанций наиболее часто используется паровые или парогазовые

установки. Для судов наибольшее распространение получили дизельные

энергетические установки.

В соответствие с фундаментальными законами термодинамики

выработка 
механической 
энергии, 
в 
частности 
с 
дальнейшим 
ее

преобразованием в электрическую, связана с необходимостью обязательного

отвода части теплоты подведенной с топливом. Для дизельных установок эта

доля соответствует примерно 30% , а для паротурбинных – около 50%.

Существует проблема эффективного отвода теплоты. В случае если рядом с

энергоустановкой имеется водоем, то наиболее рациональным способом

отвода теплоты является ее сброс в этот водоем.  С учетом значительных

мощностей рассматриваемых объектов количество отводимой теплоты

оказывается весьма существенной. В большинстве случаев с этой целью вода

забирается из водоема, прокачивается через охлаждаемое энергетическое

оборудование и затем сбрасывается обратно в водоем.

С учетом этого необходимо рассмотреть механизм отрицательного

экологического воздействия на биологические ресурсы водоемов. На слайде 3

показаны соответствующие данные, на примере Черного моря, которое, как

видно, располагает достаточно большими рыбными ресурсами. Основой

пищевой цепочки является фито- и зоопланктон, которые располагаются

преимущественно в верхних слоях моря на глубинах до 50м. Ясно, что

уничтожение планктона приводит к соответствующими снижению рыбной

продуктивности. Именно с этих глубин берут охлаждающую воду тепловые

электростанции и суда.

В 
настоящее 
время 
наибольшее 
распространение 
получили

разомкнутые системы охлаждения, предусматривающие потребление воды.

Рассмотрим этот вопрос на примере охлаждения судовой энергетической

установки. Вода из окружающей акватории всасывается и прокачивается

насосом через фильтр, теплообменник и арматуру, после чего сбрасывается

обратно в акваторию. Используемые фильтры имеют размеры проходных

отверстий до 4,5мм. Размер же планктона измеряется микронами и более, а

большинство икринок имеют размер 1-2 мм. Таким образом, все они

попадают в систему охлаждения и, пройдя перечисленные выше элементы

системы, под воздействием теплового и механического факторов либо

погибают, либо существенно повреждаются.

 Оценки, выполненные при участии сотрудников Института биологии

южных морей Академии наук,  применительно для морской буровой

платформы с суммарной мощностью энергоустановки 4000кВт, показали, что

в результате действия указанных выше факторов уничтожается примерно

200т промысловых видов рыб. При этом учитывалось естественная гибель

икринок и рыбной молоди.

Актуальность 
исследования
определяется 
существенным

экологическим ущербом, оказываемым водопотребляющими системами

охлаждения энергоустановок на рыбные ресурсы морей и внутренних

водоемов, в условиях наблюдаемой тенденции их снижения.

Целью исследования является создание экологически безопасных

систем 
охлаждения 
энергоустановок, 
обеспечивающих 
сохранение

биологических ресурсов морей и внутренних водоемов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие

задачи исследования:

1)
Определить возможные пути создания экологически безопасных

систем охлаждения энергоустановок.

2)
Разработать 
конструктивные 
схемы 
конечных 
устройств

теплоотвода систем

3)
Оценить тепловую эффективность указанных систем и их

элементов

4)
Оценить технико- экономическую эффективность систем;

Решение проблемы может быть найдено в создание замкнутых систем

охлаждения, исключающих прием охлаждающей воды из акватории. Для

обеспечения обязательного отвода теплоты могут быть использованы

специальные теплообменники, совмещенные с обшивкой корпуса судна,

через 
которую 
теплота 
отводится 
в 
забортную 
воду. 
Имеются

немногочисленные примеры таких устройств, которые были созданы

исключительно с целью обеспечения работоспособности судна в условиях

чрезвычайно загрязненной (песком, илом и т.д.) забортной воды. В таких

условиях есть угроза прекращения циркуляции охлаждающей воды, что

приведет к аварийной остановке энергоустановки и, как следствие, судна в

целом.

Для морских платформ для отвода теплоты могут быть использованы

различные элементы корпуса платформ или же выносные пластинчатые

теплообменные аппараты.

Для тепловых электростанций, расположенных на берегу водоемов,

предлагается также перейти на замкнутые схемы. Для обеспечения

охлаждения целесообразно в этом водоеме разместить погружное устройство

теплоотвода (пластинчатые или трубные теплообменные аппараты), к

которым будет транспортироваться требующего охлаждения пресная вода и

возвращаться обратно на тепловую станцию.

Для 
оценки 
тепловой 
эффективности 
предлагаемых 
устройств

теплоотвода были применены методы экспериментального исследования с

использованием  специально созданной теплогидравлической установки и

модели устройства (  слайд 10).  Модель имела высоту 0,8м и ширину 0,5м.

Модель размещалась в емкости с водой объемом 17м3. Подогретая вода

прокачивалась через каналы модели и отдавала теплоту воде в емкости.

Установка была оснащена необходимыми средствами измерения расхода

воды, ее температуры и температуры поверхности модели.

В результате выполненных исследований определены показатели

тепловой эффективности устройства теплоотвода замкнутой системы

охлаждения. 
В 
частности 
получены 
зависимости 
коэффициента

теплопередачи К от температурного напора ∆t и от угла наклона поверхности

φ. Наглядно видно, что в таких устройствах необходимо создавать

максимальные температурные напоры и обеспечить их вертикальную

ориентацию, что приведет к снижению их массы и габарита.

Полученные данные по тепловой эффективности позволили оценить

массогабаритные 
характеристики 
устройств 
теплоотвода 
и 
систем

охлаждения в целом. Это, в свою очередь, позволяет выполнить технико
экономические оценки эффективности таких систем. На слайде 12 показаны

соответствующие 
результаты 
применительно 
для 
морской 
буровой

платформы 
проекта 
10170. 
В 
качестве 
интегрального 
показателя

эффективности ИП было использовано отношения суммарных затрат С∑,

связанных с созданием и эксплуатации системы  к полезному результату СТ,

определяемому передаваемой системой теплотой Q. На базе такого подхода

удалось 
проанализировать 
различные 
составляющие 
интегрального

показателя ИП, представленные в таблице. При этом учитывались стоимость,

затраты на собственные энергетические нужды, затраты на техническое

обслуживание и ремонт и т.д. Экономико- экологическая составляющая

определялась исходя из данных по концентрации планктона, икринок и

рыбной молоди с учетом производительности насосов забортной воды

морской платформы и естественной гибели этих организмов в природе, в

случае их перехода от икринок до промыслового возраста. В случае

замкнутой системы данный показатель был равен нулю.

Как видно из общих принципов показания эффективности ИП чем

меньше его значение, тем более совершенна система. Из рассмотрения

таблицы 
следует, 
что 
в 
случае 
разомкнутой 
системы 
охлаждения

интегральный показатель составляет 0,7332 , а экологическая составляющая

при этом равна 0,5651, в несколько раз превышая суммарную техническую

составляющую, равную 0,1681. Сопоставление интегральных показателей для

разомкнутой (ИП = 0,7332 ) и замкнутой (ИП = 0,1586) систем однозначно

указывает 
на 
высокую 
эффективность 
замкнутых 
систем 
и 
их

перспективность.

В заключение следует отметить, что рассмотренные варианты

устройств теплоотвода замкнутых систем охлаждения  могут быть

усовершенствованы в результате проведения дополнительных исследований.

Имеются предпосылки, говорящие о том, что в случае использования

специальных методов интенсификации теплоотвода можно существенно

снизить массогабаритные характеристики таких систем. Реализация данных

решений  обеспечит  их более широкое внедрение практику экологически

безопасных систем и сохранение рыбных ресурсов страны.

ВЫВОДЫ:

•
замкнутые системы охлаждения, в отличие от широко используемых

разомкнутых систем охлаждения, обеспечивают сохранность рыбных

ресурсов морей и внутренних водоемов;

•
замкнутые системы охлаждения обеспечивают более высокую

эффективность по сравнения с существующими системами;

•
внедрение замкнутых технологий работы энергетических объектов

соответствуют современным передовым тенденциям мировой науки и

техники;

•
Необходим дальнейший поиск и разработка методов повышения

эффективности теплоотвода систем, что обеспечит снижение их

массогабаритных 
характеристик 
и 
способствует 
их 
широкому

внедрению в практику.

Использованная литература:

1. Федоровский К.Ю. Повышение эффективности систем охлаждения
судовых двигателей//Двигатели внутреннего сгорания. 2007г. № 1. С.109-113.
2. Климова Т.Н., Вдович И.В., Аннинский Б.Е. Состояние ихтиопланктона в
западном секторе Черного моря в октябре 2005 г. // Вопросы ихтиологии.
2010.   Т.50. №3.  С. 349-355.
3. Загородняя Ю. А. Зоопланктон как кормовая база промысловых
пелагических рыб / Ю. А. Загородняя, В. К. Морякова // Промысловые
биоресурсы Черного и Азовского морей / Ред. Еремеев В. Н., Гаевская А. В.,
Шульман Г. Е., Загородняя Ю. А.; Институт биологии южных морей НАН
Украины. – Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2011. С. 257-269.