Способ теплоснабжения города и комплекс для его реализации

 

Изобретение относится к области атомной энергетики и решает задачу теплоснабжения в первую очередь городов-мегаполисов теплофикационной водой и горячей водой для бытовых нужд. Сущность способа теплоснабжения состоит в том, что горячий теплоноситель получают в подземных сетевых теплообменниках группы атомных энергетических модулей (АЭМ). Затем горячий теплоноситель накапливают в подземном искусственном геотермальном горизонте, который расположен выше горизонта расположения АЭМ. По мере необходимости горячий теплоноситель подают по трубопроводам с запорными устройствами в наземные городские магистрали теплопотребления. Сущность комплекса теплоснабжения города состоит в том, что в его состав включено не менее двух автономных подземных теплопроизводящих АЭМ, в которых вырабатывается горячий теплоноситель. Сетевые теплообменники АЭМ соединены с искусственным геотермальным горизонтом для накопления горячего теплоносителя, который выполнен в виде отдельных коллекторов-накопителей. Коллекторы-накопители горячего теплоносителя трубопроводами с запорными устройствами соединены между собой, с АЭМ и наземными городскими магистралями теплопотребления. Такое размещение и объединение элементов комплекса позволяет оперативно осуществлять накопление и перераспределение горячего теплоносителя по потребителям города. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области атомной энергетики и касается теплоснабжения и горячего водоснабжения в первую очередь городов-мегаполисов, расположенных на больших площадях застройки.

В большинстве случаев города-мегаполисы, расположенные на больших территориях, имеют комплексы теплоснабжения, основанные на способах сжигания в ТЭЦ и котельных органического топлива: газа, мазута, угля, сланцев. Это приводит к выбросу в атмосферу большого количества окислов серы и азота, тяжелых металлов и тепличных газов, что, в свою очередь, ведет к ухудшению экологического состояния города. Для теплоснабжения таких городов используется до 80% всего органического топлива, необходимого для их энергообеспечения (электро- и теплоснабжения).

В настоящее время широко известны способы и комплексы теплоснабжения, основанные на использовании различных вариантов атомных станций теплоснабжения, например станций типа АСТ.

Известен вариант способа электротеплоснабжения от атомной станции, в которой один реакторный блок с теплообменным оборудованием первого-второго контуров расположен в подземном пространстве, а машинный зал, где вырабатывается теплоноситель для теплоснабжения, - на дневной поверхности. Из машинного зала горячая вода с температурой 75 -120^oC подается по трубопроводам непосредственно к тепловым потребителям. Для обеспечения надежного теплоснабжения в состав станции включена пиковорезервная мазутная котельная, которая вступает в работу при необходимости покрытия пиковых нагрузок или при аварии на реакторном блоке. Данный вариант способа теплоснабжения является комбинированным ("атомно-мазутным") и не может обеспечить постоянное, полное и надежное теплоснабжение потребителей при аварии атомного блока (см. "Атомная теплофикация в районах Севера", И.Р. Степанов, Ленинград, "Наука", 1987, с. 33 "Атомная ТЭЦ Агеста").

Наиболее близким аналогом предлагаемых способа и комплекса является способ и комплекс теплоснабжения потребителей горячей водой от атомных станций теплоснабжения типа АСТ, в частности АСТ-30Б, принятой за прототип, описанной в статье "Реакторная установка АСТ-30Б для атомных станций малой мощности", авторы Г.М. Антоновский, Ю.К. Панов и др. (см. сборник докладов научного семинара ЯО СССР, Москва, 15 -18 октября 1991 г).

Установка АСТ-30Б включает ядерный реактор, в котором вырабатывается тепло, теплообменное оборудование первого-второго контуров, сетевой теплообменник теплоносителя второго контура и сетевой воды (горячего теплоносителя), поступающей непосредственно к потребителям тепла.

Все оборудование установки АСТ-30Б, кроме трубопроводов к потребителям тепла, заключено в защитную оболочку, установленную на дневной поверхности. В установке АСТ-30Б отсутствует резерв горячего теплоносителя, необходимый для использования в случае аварийных ситуаций на самой установке, т.е. подача горячего теплоносителя в наземные городские магистрали теплопотребления осуществляется только и непосредственно при нормальной работе установки АСТ-30Б, что заставляет иметь резервные тепловые мощности иного типа.

По такому же способу теплоснабжения работают и иные варианты станций типа АСТ (АСТ-500, АСТ-300 и др.).

Техническим результатом, достигаемым при реализации изобретения, является повышение надежности теплообеспечения потребителей при любых событиях, обеспечение накопления и оперативного перераспределения горячего теплоносителя в случае необходимости и улучшение экологической обстановки города за счет исключения выбросов в атмосферу продуктов сжигания органического топлива.

Для этого в известном способе теплоснабжения города, заключающемся в выработке горячего теплоносителя путем нагрева "холодного" теплоносителя в сетевом теплообменнике атомного энергетического модуля и подаче его в наземные городские магистрали теплопотребления, откуда "холодный" теплоноситель возвращают обратно в сетевой теплообменник, горячий теплоноситель вырабатывают в подземных сетевых теплообменниках группы в составе не менее двух автономных атомных энергетических модулей. Подачу горячего теплоносителя в городскую наземную магистраль теплопотребления осуществляют, по мере необходимости, из искусственного подземного горизонта-накопителя, в котором аккумулируют горячий теплоноситель в процессе его выработки в сетевых теплообменниках, создавая тем самым его запас. Причем искусственный геотермальный горизонт располагают выше уровня расположения атомных энергетических модулей.

В комплексе теплоснабжения города, имеющем в своем составе теплопроизводящее оборудование, включающее атомный энергетический модуль и сетевые теплообменники, соединенные гидравлически с наземными городскими магистралями теплопотребления, теплопроизводящее оборудование состоит из группы не менее двух автономных подземных атомных энергетических модулей с сетевыми теплообменниками. В состав комплекса включен искусственный подземный геотермальный горизонт-накопитель для аккумулирования горячего теплоносителя, выполненный в виде отдельных коллекторов-накопителей, которые трубопроводами через запорные устройства соединены между собой, с атомными энергетическими модулями и наземными городскими магистралями теплопотребления. При этом коллекторы-накопители расположены в подземном пространстве выше уровня размещения атомных энергетических модулей и ниже наземных городских магистралей теплопотребления.

Предлагаемые способ и комплекс теплоснабжения города обеспечивают надежность и повышенную защищенность комплекса от внешних и внутренних воздействий, а значит, и повышенную надежность теплоснабжения.

Накопление горячего теплоносителя в искусственном геотермальном горизонте позволяет иметь постоянно необходимое количество горячего теплоносителя и перераспределять его в случае необходимости между потребителями, т.к. коллектора-накопители соединены между собой.

Расположение коллекторов-накопителей в подземном пространстве выше горизонта расположения атомных энергетических модулей позволяет снизить энергозатраты на прокачку горячего теплоносителя в системах за счет наличия естественной циркуляции в комплексе из-за разницы температур теплоносителей. Подземное размещение коллекторов-накопителей позволяет также использовать в процессе эксплуатации комплекса принцип "термоса" для уменьшения теплопотерь из них в окружающее пространство после первоначального заполнения комплекса горячим теплоносителем и установления в нем стационарного состояния. Кроме того, расположение коллекторов-накопителей ниже наземных городских магистралей теплопотребления также снижает энергозатраты на прокачку горячего теплоносителя за счет образования естественной циркуляции между горячим коллектором-накопителем, наземными потребителями и коллекторами сбора "холодного" теплоносителя. Выработка горячего теплоносителя в группе атомных модулей обеспечивает надежное и устойчивое теплоснабжение города при любых ситуациях.

Отличительный от прототипа существенный признак изобретения - подачу горячего теплоносителя к наземным потребителям осуществляют из искусственного геотермального горизонта, образованного группой связанных между собой гидравлически коллекторов-накопителей, расположенных в подземном пространстве выше теплопроизводящего оборудования и ниже наземных потребителей тепла. Такие способ и комплекс теплоснабжения позволяют иметь надежную, гибкую, устойчивую и безопасную систему для городов-мегаполисов, расположенных на значительных территориях.

Предлагаемые способ и комплекс теплоснабжения одновременно обеспечивают получение и других технических результатов, заключающихся в улучшении экономических характеристик теплоснабжения и экологической обстановки города в целом.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и 2, где на фиг.1 показана принципиальная гидравлическая схема и взаимное расположение элементов комплекса, обеспечивающих способ теплоснабжения; на фиг. 2 показан вариант плана взаимного расположения автономных атомных энергетических модулей и группы коллекторов-накопителей горячего теплоносителя в пределах площади застройки города.

Комплекс теплоснабжения города (фиг. 1) состоит из автономных атомных энергетических модулей 1, расположенных в подземном пространстве на глубине "H", включает в свой состав атомный реактор 2, теплообменник 3 первого-второго контуров теплоносителей, сетевой теплообменник 4 второго контура, вырабатывающий горячий теплоноситель для теплоснабжения города. Сетевой теплообменник 4 трубопроводом 5 соединен с коллектором-накопителем горячего теплоносителя 6, который размещен в подземном пространстве на глубине "h", причем "h" меньше "H". Коллектор-накопитель 6 трубопроводом 7 через запорные устройства 8 соединен с наземными городскими магистралями теплопотребления 9, которые трубопроводом 10, через коллектор сбора 11 "холодного" теплоносителя, трубопровод 12, циркуляционный насос 13 и трубопроводы 14 соединены с сетевыми теплообменниками 4. На различных участках комплекса установлены запорные устройства 15, 16 и 17, которые обеспечивают работу комплекса при различных режимах использования горячего теплоносителя для теплоснабжения, например, объекта 18.

Способ теплоснабжения города горячим теплоносителем с использованием комплекса теплоснабжения осуществляется следующим образом. В сетевых теплообменниках 4 атомных энергетических модулей 1 вырабатывают горячий теплоноситель для теплоснабжения города, который по трубопроводам 5 подают в коллектора-накопители 6. Из коллекторов-накопителей 6 горячий теплоноситель по трубопроводам 7 подают в наземные городские магистрали теплопотребления 9, где он отдает тепло. Из систем теплопотребления 9 обратно "холодный" теплоноситель по трубопроводам 10 подают в коллектора сбора 11 "холодного" теплоносителя и далее по трубопроводам 12, через циркуляционный насос 13 и трубопроводы 14 "холодный" теплоноситель возвращается в сетевые теплообменники 4 атомных энергетических модулей 1, где он вновь нагревается, замкнув цикл циркуляции.

Запорные устройства 8, 15, 16 и 17 позволяют гибко регулировать поступление в коллектора-накопители 6 и распределение из них горячего теплоносителя в зависимости от теплопотребления на различных объектах города.

Одновременно указанная группа запорных устройств позволяет, в случае необходимости, отключить несколько или один коллектор-накопитель от общей системы теплоснабжения.

Например, отключение коллектора-накопителя 6, от которого производят теплоснабжение объекта 18, осуществляют закрытием устройств 8, 15 и 17. Объект 18 подключают к другому коллектору-накопителю (на фиг. 1 дополнительные системы не показаны).

Таким образом, введение в способ и комплекс теплоснабжения города-мегаполиса подачи горячего теплоносителя от теплопроизводящего агрегата (атомного энергетического модуля) через искусственный геотермальный горизонт - отличительного от прототипа существенного признака заявляемого изобретения - обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в том, что достигается повышение надежности и экономичности теплообеспечения потребителей при любых событиях, осуществляется оперативное перераспределение горячего теплоносителя по потребителям в случае необходимости, достигается улучшение экологической обстановки города за счет исключения выбросов в атмосферу продуктов сжигания органических видов топлива, а также обеспечивается получение и другого технического результата, заключающегося в гарантированной полной безопасности населения города-мегаполиса при использовании ядерной энергии для целей теплообеспечения.

Формула изобретения

1. Способ теплоснабжения города, заключающийся в выработке горячего теплоносителя путем нагрева "холодного" теплоносителя в сетевом теплообменнике атомного энергетического модуля и подаче его в наземные городские магистрали теплопотребления, откуда "холодный" теплоноситель возвращают обратно в сетевой теплообменник атомного энергетического модуля, отличающийся тем, что процесс выработки горячего теплоносителя ведут в подземных сетевых теплообменниках группы не менее двух автономных энергетических модулей, а подачу горячего теплоносителя в городскую наземную магистраль теплопотребления осуществляют по мере необходимости из искусственного подземного геотермального горизонта-накопителя, в котором аккумулируют горячий теплоноситель, создавая запас последнего в процессе выработки горячего теплоносителя в сетевых теплообменниках, расположив горизонт-накопитель выше атомных энергетических модулей.

2. Комплекс теплоснабжения города, имеющий теплопроизводящее оборудование, включающее атомный энергетический модуль, сетевые теплообменники которого соединены гидравлически с городской магистралью теплопотребления, отличающийся тем, что теплопроизводящее оборудование выполнено из группы не менее двух автономных подземных атомных энергетических модулей, а в комплекс теплоснабжения включен искусственный подземный геотермальный горизонт-накопитель для аккумулирования горячего теплоносителя, выполненный в виде отдельных коллекторов-накопителей, гидравлически сообщенных трубопроводами через запорные устройства с атомными энергетическими модулями, с городской наземной магистралью теплопотребления и между собой и расположенных при этом выше уровня размещения атомных энергетических модулей и ниже городской наземной магистрали теплопотребления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2