Influence of pressure in the turbine condenser on heat supply efficiency of NPP with heat pump

Abstract

Використання теплового насосу для теплопостачання дозволяє практично припинити теплове забруднення довкілля взимку при роботі теплових та атомних електростанцій. Якщо у якості низько потенційного джерела енергії теплового насосу (ТН) використати конденсатор парової турбіни, кількість відпущеної теплової енергії буде дорівнювати сумі теплової потужності конденсатора АЕС та потужності компресорів теплового насосу. З точки зору екологічної безпеки теплопостачання за рахунок комбінування електростанцій з тепловим насосом є актуальною задачею. Але відомо, що додаткова електрична потужність ТЕЦ через відсутність теплофікаційних відборів буде менша за потужність компресорів ТН. Таким чином з точки зору термодинамічної ефективності використання теплового насосу програє традиційній теплофікаційній установці (ТФУ). Метою роботи є визначення впливу кінцевого тиску в конденсаторі на термодинамічну ефективність атомної ТЕЦ з тепловим насосом. Розроблено математичну модель теплової схеми турбоустановки АЕС К-1000-5,8/1500 при роботі літом та взимку з ТФУ. При відпуску теплоти взимку у кількості 230 МВт електрична потужність блоку знижується на 43,5 МВт. Розроблено математичну модель теплового насосу, низько потенційним джерелом енергії для якого використовується конденсатор парової турбіни. Для забезпечення відпуску 230 МВт теплоти потужність компресору ТН має бути 48,4 МВт. Таким чином, якщо замінити ТФУ на ТН тієї ж потужності, електрична потужність знизиться на 4,8 МВт. Проведено розрахунки відносно впливу кінцевого тиску в конденсаторі на ексергетичний ККД АТЕЦ з ТН, який використовує всю потужність конденсатору турбіни. Аналіз отриманих результатів показав, що з підвищенням кінцевого тиску в конденсаторі ексергетичний ККД через підвищення відпущеної електричної потужності збільшується. Це пояснюється збільшенням коефіцієнта перетворення енергії теплового насосу.

The use of a heat pump for heat supply makes it possible to practically stop thermal pollution of the environment during the operation of thermal and nuclear power plants in winter. If a steam turbine condenser is used as a low-potential energy source for heat pump, the amount of released thermal energy will be equal to the sum of the thermal power of the NPP condenser and the power of the heat pump compressors. From the point of view of environmental safety, heat supply by combining power plant with a heat pump is an urgent task. But it is known that the due to the lack of steam extraction for water heating, the additional electrical power of the cogeneration heat and power plant will be less than the capacity of the heat pump compressors. Thus, in terms of thermodynamic efficiency, the use of a heat pump loses to a traditional cogeneration plant. The purpose of the work is to determine the influence of the final pressure in the turbine condenser on the thermodynamic efficiency of a nuclear power plant with a heat pump. A mathematical model of the thermal scheme of the K-1000-5.8/1500 NPP turbo-plant during summer and winter operation with heating plant has been developed. With the heating plant capacity of 230 MW, the electric capacity of NPP unit decreases by 43.5 MW. A mathematical model of a heat pump has been developed, for which a steam turbine condenser is used as a low-potential energy source. To ensure the release of 230 MW of heat, the power of the heat pump compressor must be 48.4 MW. Thus, if the heating plant is replaced with a heat pump of the same capacity, the electric power will decrease by 4.8 MW. Calculations were made regarding the influence of the final pressure in the condenser on the exergetic efficiency of the NPP with heat pump, which uses the entire capacity of the turbine condenser. The analysis of the obtained results showed that the exergetic efficiency due to the increase in electric power released in winter increases with the increase of the final pressure in the condenser. This is explained by an increase in the heat pump coefficient of performance.