Technical Potential of Thermal Energy Accumulation in District Heating Networks
The conducted analysis made it possible to obtain analytical expressions for the temperatures of the coolant in the supply and return pipelines of the network in the process of thermal energy accumulation. The technical potential of the accumulation and its dependence on influencing fac...
Gespeichert in:
| Datum: | 2015 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
2015
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/51 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | System Research in Energy |
| Завантажити файл: |  |
Institution
System Research in Energy| _version_ | 1871103101358833664 |
|---|---|
| author | Derii V.O. |
| author_facet | Derii V.O. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Derii V.O.",
"institution": null
}
] |
| author_sort | Derii V.O. |
| baseUrl_str | https://systemre.org/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T12:57:30Z |
| description | The conducted analysis made it possible to obtain analytical expressions for the temperatures of the coolant in the supply and return pipelines of the network in the process of thermal energy accumulation. The technical potential of the accumulation and its dependence on influencing factors were evaluated. The maximum temperatures of the coolant in the supply pipeline were determined, which ensure the reliability of the heat network. |
| doi_str_mv | 10.15407/pge2015.01.034 |
| first_indexed | 2026-03-24T02:00:48Z |
| format | Article |
| fulltext |
34 ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2015, вип. 1 (40)
УДК 621.643.053 В.О. ДЕРІЙ, канд. техн. наук
Інститут загальної енергетики НАН України,
вул. Антоновича, 172, м. Київ, 03680, Україна
ТЕХНІЧНИЙ ПОТЕНЦІАЛ АКУМУЛЯЦІЇ ТЕПЛОВОЇ ЕНЕРГІЇ В МЕРЕЖАХ
Проведений аналіз дозволив отримати аналітичні вирази для температур теплоносія в
подавальному та зворотному трубопроводах мережі в процесі акумуляції теплової енер-
гії. Оцінено технічний потенціал акумуляції та його залежність від впливових факторів.
Визначено максимальні температури теплоносія в подавальному трубопроводі, які
забезпечують надійність роботи теплової мережі.
К л ю ч о в і с л о в а: теплові мережі, акумуляція, теплове навантаження, температурний
графік, теплова енергія, температура теплоносія, потенціал.
Постановка проблеми. Одним із можливих
варіантів регулювання частоти та активної
потужності об’єднаної енергосистеми України
є використання електротеплових споживачів-
регуляторів (ЕТСР) в системах централізовано-
го теплопостачання. При скиданні ЕТСР вели-
кої кількості теплової енергії в мережі (період
«нічного провалу»), неминуче виникне
необхідність в її акумуляції.
На даний час теоретична база акумуляції
теплової енергії ЕТСР в теплових мережах
напрацьована в недостатній мірі, що може
бути перешкодою для їх масового впроваджен-
ня в централізованих системах теплопостачан-
ня.
Дослідженню акумуляції теплової енергії в
мережах присвячено низку робіт [1–4], в яких
розглянуто режими роботи теплоспоживаючо-
го обладнання при акумуляції теплової енергії в
мережах, питання підвищення надійності теп-
лових мереж [1], обмежуючі технічні та інститу-
ційні фактори [2]. Проведено аналіз повного
потенціалу акумуляції теплової енергії в мере-
жах [3], наведені результати технічних випро-
бовувань [4]. В цих роботах не досліджувався
технічно можливий потенціал акумуляції та
його залежність від впливаючих факторів.
Метою роботи є визначення технічно мож-
ливого потенціалу акумуляції теплової енергії в
мережах.
Одним із обмежень, які зумовлюються
забезпеченням надійності системи централізо-
ваного теплопостачання, є не перевищення
максимальних температур теплоносія в пода-
вальному та зворотному трубопроводах. При
визначенні теоретичного потенціалу [3], ці
обмеження не розглядалися в плані можливої
технічної реалізації.
Проаналізуємо температуру у зворотному
трубопроводі j-го вузла системи акумуляції
теплової енергії, схема якого показана на рис.1.
Нехтуючи витоками теплоносія і втратами
тепла через ізоляцію в зоні j-го вузла та виходя-
чи із першого закону термодинаміки темпера-
туру t2j у зворотному трубопроводі j-го вузла,
після змішування потоків, можна визначити за
формулою
© В.О. ДЕРІЙ, 2015
(1)
35ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2015, вип. 1 (40)
Технічний потенціал акумуляції теплової енергії в мережах
де t2j – температура теплоносія у зворотному
трубопроводі j-го вузла;
T1j, gj – температура та витрати теплоносія
на вході j-го вузла;
g
вj, gjн – витрати теплоносія через вентиль
перепуску та теплове навантаження j-го спожи-
вача;
t2н
– температура теплоносія у зворотному
трубопроводі після теплового навантаження
j-го споживача.
Для витрат теплоносія на вході j-го вузла
можна записати
gj = g
в
+ g
н
. (2)
Коли температура теплоносія на вході j-го
вузла T1j є нормативною (згідно з температур-
ним графіком), перепускний вентиль закритий
і через теплове навантаження споживача про-
ходить ввесь потік теплоносія gjn. При цьому
температура t2н
буде рівною температурі на
виході вузла T2j. І потужність, яка покриває
теплове навантаження, визначається
формулою
Pнt = gjρC(T1t – T22), (3)
де Pнt – потужність на тепловому навантаженні;
T1t , T22 – температура теплоносія на вході
та виході теплового навантаження;
ρ,C – густина та питома теплоємність тепло-
носія.
При акумуляції теплової енергії температура
в подавальному трубопроводі буде більшою,
ніж згідно з температурним графіком.
Відповідно до цього спрацює система автома-
тичного регулювання подачі теплоносія спо-
живача, яка зменшить потік теплоносія через
теплове навантаження. Це призведе до зро-
стання тиску в точці А (рис.1), при цьому спра-
цює система регулювання перепаду тиску (або
температури) і частина теплоносія пройде
через перепускний вентиль, що забезпечить
акумуляцію теплової енергії у зворотному тру-
бопроводі. Температура на виході теплового
навантаження не зміниться. Потужність, яка
покриває теплове навантаження, буде
дорівнювати
Pнa= gjнρC(T1a – T22), (4)
Враховуючи те, що потужність, яка покри-
ває теплове навантаження без акумуляції та з
нею, однакова, то праві частини виразів (3) та
(4) можна прирівняти. Вирішуючи це рівняння
відносно gjн, отримуємо
Виходячи із виразів (2) та (5), визначимо
потік теплоносія через вентиль перепуску:
Далі, підставивши значення потоків тепло-
носія через теплове навантаження і перепуск-
ний вентиль у формулу (1), згідно із виразами
(5) та (6), та проводячи необхідні перетворення,
отримаємо
Рис.1. J-й вузол системи акумуляції теплової енергії
(5)
(6)
36 ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2015, вип. 1 (40)
В.О. ДЕРІЙ
Згідно з виразом (7) була змодельована тем-
пература у зворотному трубопроводі для всього
діапазону температур температурного графіка
150/70 °С (при розрахунковій температурі
мінус 22 °С). Результати розрахунків наведено у
вигляді графіка на рис. 2.
Як видно із рис.2, температура у зворотному
трубопроводі перевищує максимальну робочу
(70 °С) у всьому діапазоні температурного гра-
фіка та максимальну допустиму (90 °С), почи-
наючи із температури зовнішнього повітря
–12 °С. Перевищення температур у зворотно-
му трубопроводі приведе до зменшення його
надійності та може спричинити аварійну ситуа-
цію, що не допустимо.
При стабілізації температури у зворотному
трубопроводі (що реально відбувається на
практиці) за допомогою автоматичної системи
регулювання подачі теплоносія будуть зміню-
ватися витрати на вході вузла перепуску.
Максимальну температуру теплоносія в пода-
вальному трубопроводі при проведенні акуму-
(7)
Рис. 3. Температура теплоносія в подавальному трубопроводі при акумуляції
Рис. 2. Температура у зворотному трубопроводі j-го вузла системи перепуску теплоносія
ляції можна знайти виходячи із виразу (7). Для
цього задамо фіксоване значення температури
теплоносія у зворотному трубопроводі та вирі-
шимо рівняння (7) відносно T1a.
На рис. 3 наведено значення температур
теплоносія в подавальному трубопроводі у
всьому діапазоні температур температурного
графіка 150/70 °С при трьох фіксованих зна-
ченнях температури теплоносія у зворотному
трубопроводі: 70 °С, 80 °С, 90 °С. Для порів-
няння наведена також температура теплоносія
в подавальному трубопроводі T1t згідно з тем-
пературним графіком.
Як видно із графіків, при акумуляції темпера-
тура теплоносія в подавальному трубопроводі не
буде величиною сталою, вона зворотно пропор-
ційна температурі навколишнього повітря. Для
підтримки температури теплоносія у зворотному
трубопроводі на рівнях 80 °С та 90 °С необхідно
вводити примусове обмеження температури теп-
лоносія в подавальному трубопроводі на рівні
150 °С, при температурах зовнішнього повітря
починаючи з –12 °С та –17 °С, відповідно. При
цьому температура у зворотному трубопроводі
буде лінійно зменшуватися до рівня 70 °С, як це
показано на рис. 4. Там само, для порівняння,
показані температури у зворотному трубопрово-
ді згідно з температурним графіком T2t.
Кількість акумульованої теплової енергії в
мережах можна знайти виходячи із виразу
Q = KρCV[(T1a – T1t)+(T2j – T2t)], (8)
де K – поправковий коефіцієнт, який враховує
акумуляційну здатність матеріалів теплових
мереж;
С, ρ – питома теплоємність та густина теп-
лоносія відповідно;
V – об’єм заповнення подавального/зворот-
ного трубопроводу.
Зменшення технічного потенціалу в порів-
нянні із теоретично-можливим визначалося як
відношення теоретично-можливої величини
акумульованої теплової енергії в мережах до
енергії, яка акумульована при обмеженнях, що
розглянуті вище:
(9)
де γ – відносне використання теоретичного
потенціалу;
Qaтм
– теоретична кількість акумульованої
теплової енергії в мережах;
Qaт
– технічно можлива кількість акуму-
льованої теплової енергії в мережах.
Розрахунок кількості акумульованої тепло-
вої енергії виконувався згідно з формулою (8)
при трьох допустимих значеннях температури
теплоносія у зворотному трубопроводі: 70 °С,
80 °С і 90 °С. Результати розрахунків наведені у
вигляді графіків на рис. 5.
Як видно із рис. 5, технічний потенціал аку-
муляції значно менший, ніж теоретичний, і він
буде зростати зі збільшенням температури теп-
лоносія у зворотному трубопроводі.
37ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2015, вип. 1 (40)
Визначення оптимальних режимів процесу електростатичного золоочищення
Рис. 4. Температура теплоносія у зворотному трубопроводі при акумуляції
ВИСНОВКИ
Проведений аналіз показав, що для забезпе-
чення надійності функціонування системи теп-
лопостачання, температура теплоносія в пода-
вальному трубопроводі під час акумуляції теп-
лової енергії, не може мати максимальне зна-
чення у всьому діапазоні температур навко-
лишнього повітря, вона повинна зменшуватися
пропорційно збільшенню його температури.
Технічний потенціал акумуляції теплової
енергії в мережах на 35–50% менший від теоре-
тичного (залежно від температури теплоносія у
зворотному трубопроводі).
Причиною зменшення технічного потенціа-
лу є неможливість одночасно підтримувати
максимально допустиму температуру теплоно-
сія в подавальному та зворотному трубопрово-
дах в процесі акумуляції теплової енергії в
мережах.
1. Подобед В.С. Аккумулирование тепло-
вой энергии в водяных тепловых сетях //
Энергетическая стратегия. – Минск, 2011. –
№5(23). – С.22–26.
2. Дерій В.О. Технічні та інституційні фак-
тори впровадження споживачів-регуляторів
у системах централізованого теплопостачан-
ня // Проблеми загальної енергетики. –
2014. – №2(37).
3. Derii V.O. Potential of thermal energy
accumulation in district heating systems
networks // Проблеми загальної енергетики.
– 2014. – №4(39).
4. Яковлев Б.В. Маневренность ТЭЦ при
использовании аккумулирующей способно-
сти транзитных теплостей. – Режим доступу:
http://www.combienergy.ru/stat1142.html.
Надійшла до редколегії 26.02.2015
38 ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2015, вип. 1 (40)
В.О. ДЕРІЙ
Рис. 5. Відношення технічного потенціалу акумуляції до теоретичного
|
| id | systemreorg-article-51 |
| institution | System Research in Energy |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:02:51Z |
| publishDate | 2015 |
| publisher | General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | systemreorg/35/f7583bd12d1c552bfb61d44700786435.pdf |
| spelling | systemreorg-article-512026-07-18T12:57:30Z Technical Potential of Thermal Energy Accumulation in District Heating Networks Технічний потенціал акумуляції теплової енергії в мережах Derii V.O. heat networks, accumulation, heat load, temperature chart, thermal energy, coolant temperature, potential. теплові мережі, акумуляція, теплове навантаження, температурний графік, теплова енергія, температура теплоносія, потенціал. The conducted analysis made it possible to obtain analytical expressions for the temperatures of the coolant in the supply and return pipelines of the network in the process of thermal energy accumulation. The technical potential of the accumulation and its dependence on influencing factors were evaluated. The maximum temperatures of the coolant in the supply pipeline were determined, which ensure the reliability of the heat network. Проведений аналіз дозволив отримати аналітичні вирази для температур теплоносія в подавальному та зворотному трубопроводах мережі в процесі акумуляції теплової енергії. Оцінено технічний потенціал акумуляції та його залежність від впливових факторів. Визначено максимальні температури теплоносія в подавальному трубопроводі, які забезпечують надійність роботи теплової мережі. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2015-05-19 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/51 10.15407/pge2015.01.034 System Research in Energy; No. 1 (40) (2015): The problems of general energy; 34-38 Системні дослідження в енергетиці; № 1 (40) (2015): Проблеми загальної енергетики; 34-38 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/51/42 Copyright (c) 2015 Derii V.O. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0 |
| spellingShingle | heat networks accumulation heat load temperature chart thermal energy coolant temperature potential. Derii V.O. Technical Potential of Thermal Energy Accumulation in District Heating Networks |
| title | Technical Potential of Thermal Energy Accumulation in District Heating Networks |
| title_alt | Технічний потенціал акумуляції теплової енергії в мережах |
| title_full | Technical Potential of Thermal Energy Accumulation in District Heating Networks |
| title_fullStr | Technical Potential of Thermal Energy Accumulation in District Heating Networks |
| title_full_unstemmed | Technical Potential of Thermal Energy Accumulation in District Heating Networks |
| title_short | Technical Potential of Thermal Energy Accumulation in District Heating Networks |
| title_sort | technical potential of thermal energy accumulation in district heating networks |
| topic | heat networks accumulation heat load temperature chart thermal energy coolant temperature potential. |
| topic_facet | heat networks accumulation heat load temperature chart thermal energy coolant temperature potential. теплові мережі акумуляція теплове навантаження температурний графік теплова енергія температура теплоносія потенціал. |
| url | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/51 |
| work_keys_str_mv | AT deriivo technicalpotentialofthermalenergyaccumulationindistrictheatingnetworks AT deriivo tehníčnijpotencíalakumulâcííteplovoíenergíívmerežah |