Децентрализованное отопление как фактор энергосбережения
Энергосбережение относится к числу высших приоритетов государственной региональной энергетической политики. Вместе с тем Энергонадзор не рассматривает электроэнергию как возможный источник тепла. Человек, желающий получить разрешение на использование электроэнергии для отопления, сталкивается с большими трудностями. Он должен доказать Энергонадзору, что у него нет возможности использовать другой энергоноситель и что при этом будет осуществляться экономия условного топлива.
Существует острая необходимость в нормативно-правовой базе, которая будет регулировать использование электроэнергии для отопления в тех регионах, где для этого существуют объективные предпосылки.
Необходимость перехода в этих регионах от централизованной системы теплоснабжения к децентрализованным электрическим системам подтверждалась материалами центра «Инновации высоких технологий». Предложение центра было подготовлено на основе результатов мониторинга тепловых сетей Мурманской области — региона, где был наработан большой опыт внедрения энергосберегающих систем электрического отопления.
В качестве примера можно привести один из объектов муниципальной тепловой сети в Мурманской области, на котором в 1999 г. был проведен энергоаудит. Он показал, что общий к. п. д. всей тепловой сети составил всего 8 %. Старая котельная передавала тепло до объекта по старой теплотрассе протяженностью несколько километров. Таким образом, для получения в квартире 8 кВт тепла сжигали топлива на 100 кВт! Понятно, каковы были экономические показатели системы и тариф на тепло, отражающий издержки за тепло, произведенное котельной. В такой ситуации любая децентрализованная система, даже на самом дорогом энергоносителе, будет экономически выгодна.
Срок окупаемости объектов, переведенных в этом регионе на электрическое отопление, составил не более одного отопительного сезона. Речь идет не только об административно-бытовых зданиях и частных домах, но и о крупных промышленных объектах с установленной тепловой мощностью более 1 МВт. Это инфракрасное электрическое отопление цехов Мурманской судоверфи мощностью 1,2 МВт и электрическое отопление подземного рудника «Расвуммчорр» АО «Апатит» тепловой мощностью 6 МВт.
При осуществлении проектов была доказана их экономическая целесообразность: присутствуют экономия условного топлива и экономия эксплуатационных затрат. Покажем на конкретном примере, как возникает экономия.
К. п. д. ТЭЦ (при преобразовании энергии топлива в тепловую энергию) не превышает 45 %. Аудиторские фирмы указывают на потери в теплотрассах 35–40 %. Кроме того, при значительных длинах традиционных теплотрасс зачастую возникает необходимость в промежуточном подогреве, т. е. установке промежуточных бойлерных. Следовательно, процент тепла, который доходит до потребителя, — 9,9 % (табл. 1).
Таблица 1
|
Технологическая операция |
Полезное тепло, т у. т. |
Потери тепла, т у. т. |
|
Завезено на ТЭЦ |
100 |
- |
|
Переработано на тепло 45 % |
45 |
55 |
|
Потери на передачу бойлеру 30 % |
31,5 |
68,5 |
|
Потери в бойлере 55 % |
14,1 |
85,9 |
|
Потери при доставке потребителю 30 % |
9,9 |
90,1 |
Если использовать ТЭЦ только для выработки электроэнергии, можно повысить коэффициент использования топлива в них до 55–60 %. Также можно заменить промежуточные бойлеры на топливе электрическими, запитанными по ЛЭП от ТЭЦ. При этом разводка тепла от бойлеров до потребителя сохраняется в прежнем варианте — по теплотрассе. В такой схеме при сокращении длины трасс наполовину потери топлива снизились с 90,1 до 61,3 т у. т., т. е. на 28 % (табл. 2). К. п. д. такой системы возрос с 9,9 до 38,7 %. При этом электрические бойлеры не создают экологических проблем.
Таблица 2
|
Технологическая операция |
Полезное тепло, т у. т. |
Потери тепла, т у. т. |
|
Завезено на ТЭЦ |
100 |
- |
|
Переработано на электроэнергию 60 % |
60 |
40 |
|
Потери в ЛЭП до бойлера 3 % |
58,2 |
41,8 |
|
Потери в электробойлере 5 % |
55,3 |
44,7 |
|
Потери в теплотрассе при доставке потребителю 30 % |
38,7 |
61,3 |
И, наконец, посмотрим схему при полном отказе от тепловых магистралей и при переводе потребителей на индивидуальные электрические генераторы тепла. В этом случае потери на линиях электропередач составят всего 3 %. Электроэнергия преобразуется в тепло с к. п. д. преобразования 95–98 % — это коэффициент мощности любого резистивного нагревателя. В результате потери происходят только на ТЭЦ. К. п. д. такой схемы составляет уже 58,2 % (табл. 3).
Таблица 3
|
Технологическая операция |
Полезное тепло, т у. т. |
Потери тепла, т у. т. |
|
Завезено на ТЭЦ |
100 |
- |
|
Переработано на электроэнергию 60 % |
60 |
40 |
|
Потери в ЛЭП до потребителя 3 % |
58,2 |
41,8 |
Таким образом, если в качестве основного энергоносителя для тепла будет использоваться электроэнергия, то без ввода новых энергетических мощностей появляются резервные запасы топлива (50–52 %). Эта цифра справедлива для ТЭЦ с использованием горючего топлива. А представьте себе, что электроэнергия на отопление получается из возобновляемых источников, таких, как гидроэлектростанции, приливные и ветровые электростанции и даже от АЭС (условно можно сказать, что атомное топливо — это тоже возобновляемый источник энергии, т.к. его теплотворная способность поистине колоссальна). Такое использование электроэнергии — это абсолютно экологически чистый вид энергетики для отопления. Именно такая «зеленая» энергетика построена в Норвегии. Там нет даже малой доли ТЭЦ для отопления. Топливо сжигается, в основном, только в технологических целях. Электроэнергия как энергоноситель имеет ряд неоспоримых пре-имуществ: малые потери на передачу до потребителя, быстрое преобразование электроэнергии в тепло, и главное — данный вид топлива экологически безопасен. Использование электричества является также одним из вариантов разрешения проблем, связанных как с жилищно-коммунальной, так и с промышленной тепловой энергетикой в целом, тем более, что технические средства для этого на рынке есть в избытке — электрические котлы, электроконвекторы, инфракрасные системы отопления, аккумулирующие водонагреватели.
В вышеуказанном примере простого расчета к. п. д. на ступенях генерации и распределения тепла мы показали эффективность децентрализованной системы отопления, когда самый дорогой энергоноситель оказался более экономичным только благодаря тому, что мы ушли от потерь на транспортировку тепла. Эта система отопления (заметьте, на дорогом теплоносителе) стала энергосберегающей.
Что такое энергосберегающая система? Ответ лежит в самом названии. Это система отопления, которая производит и передает тепло с наиболее высоким коэффициентом полезного действия. И самый простой способ сделать систему отопления энергосберегающей — приблизить энергоагрегат, производящий тепло, к потребителю этого тепла. Этот принцип по-другому называют принципом децентрализации.
Можно определить, при каких условиях применение децентрализованных систем выгодно:
- плохие показатели существующей системы (как комфортные, так и экономические),
- необходимость реконструкции или ремонта системы ввиду физического износа.
Как правило заказчик понимает, что желательно выбрать систему, имеющую меньшие эксплуатационные затраты, чем та, которая была до нее. Если он решается на модернизацию (применение современных технологий), то, конечно же, его интересует энергосбережение. И как правило заказчик сам приходит к выводу, что ему нужна децентрализованная система. Зачем терять тепло при передаче? Надо тепло производить на месте его потребления. Вполне разумное решение. Даже при условии отсутствия всех экономических сравнительных расчетов по стартовым и эксплуатационным затратам, критерий выбора системы отопления по принципу децентрализации вполне достаточен, чтобы понять, насколько такая система экономичней. В рамках этой статьи невозможно подробно остановиться на всех прочих аспектах сравнительного экономического анализа затрат различных систем отопления — это дело экономистов от энергетики, которые обладают инструментами и методикой современного энергоаудита. Кратко можно указать вопросы, которые необходимо рассматривать при сравнительном анализе, — это всё потери при производстве и передаче тепла, регулируемость системы по заданной температуре в «зоне обитания», само собой, стартовые затраты, прямые затраты на отопление (суммы, выплачиваемые за потребленное тепло), эксплуатационные затраты на содержание системы (плановые ремонты и заработная плата обслуживающего персонала), легкость перевода системы отопления на дежурный режим (поддерживающий минимальный температурный режим в нерабочее время). Как результат, любая децентрализованная система при анализе вышеперечисленных параметров будет иметь неоспоримые преимущества перед централизованной и с полной уверенностью уже может считаться энергосберегающей системой.
Простейший пример децентрализованной системы воздушного отопления — газовая система воздушного отопления. Тепло сгоревшего газа нагревает теплообменник, который принудительно обдувается потоком воздуха от вентилятора — просто и эффективно. Такие системы оснащаются температурными регуляторами, установленными на рабочем месте. По заданной температуре работает генератор теплого воздуха, который установлен прямо по месту потребления тепла. Децентрализация и легкость регулирования по температуре, заданной в зоне обитания, — это те самые характеристики, которые обозначают такую систему как энергосберегающую.
Компании, работающие около 10 лет на рынке малой теплоэнергетики (на поставках децентрализованных систем) за это время вполне могут сэкономить более 1 млн. т условного топлива. Естественно, благодаря принципу децентрализации системы отопления.
Предприятия, обслуживаемые централизованными системами теплоснабжения, уже давно, и не по своей воле, включены в кампанию по возобновлению основных фондов теплоснабжающих организаций. Осуществляется это посредством установления тарифов на отпускаемую предприятиям тепловую энергию. Если в былые времена поставщик тепла мог претендовать на 20–30 % наценки к топливной составляющей тарифа, то сегодня эта наценка возросла до 60–70 %, а иногда и более. Но и этот поток дополнительных средств, поступающих поставщику тепла, все равно недостаточен, и тарифы на тепловую энергию, надо полагать, будут продолжать расти вне зависимости от стоимости топлива.
Не лучше положение производственных предприятий — владельцев собственных котельных. Спад производства привел к тому, что доля затрат на тепловую энергию в себестоимости выпускаемой ими продукции возросла от 0,5–5 % до 20–50 %, делая их продукцию неконкурентоспособной. Да и состояние этих котельных таково, что в любой момент предприятие может оказаться на грани замерзания. Большинство котлов, установленных в заводских котельных, уже давно пора списать в металлолом вместе с заводскими тепловыми сетями. К тому же затраты на их постоянный ремонт растут из года в год, вынуждая владельцев все чаще задумываться о предстоящих переменах.
И здесь у предприятия есть два пути:
Первый — заменить изношенное оборудование котельных и тепловых сетей (последнее особенно важно, т.к. работа новой котельной на полуразрушенную тепловую сеть никакого эффекта не принесет) и, сохранив затраты на теплоснабжение на прежнем уровне, избавиться, наконец, от бесконечных ремонтов.
Второй — начиная с цехов, «висящих на хвостах» тепловых сетей, поэтапно перейти на новые системы децентрализованного теплоснабжения на основе прямого использования природного газа. И за счет резкого снижения затрат на теплоснабжение этих цехов, окупить затраченные средства.
Первый путь чреват значительными единовременными капитальными вложениями, т. к. требует комплексной реконструкции всей системы теплоснабжения, включая котельную, тепловые сети и системы отопления и вентиляции. Да и существенного улучшения положения он принести не может. Ведь затраченные деньги лягут дополнительным бременем на себестоимость продукции, увеличив и без того высокие цены на нее.
Второй путь требует значительно меньших денежных затрат. Ведь реконструкции подвергаются только сами системы отопления и вентиляции. Необходимость в дальнейших затратах на реконструкцию тепловых сетей и котельную либо исключается полностью, либо сводится до минимума, достаточного для теплоснабжения административных помещений предприятия и функционирования технологических линий. Окупаемость затрат на реконструкцию в этом случае осуществляется за счет снижения затрат на теплоснабжение предприятия. Более того, после завершения срока окупаемости вложенных средств, экономия затрат на теплоснабжение превращается в существенную дополнительную прибыль предприятия.
Но всё вышесказанное относилось, в основном, к предприятиям, пользующимся собственными источниками тепла. А как же быть тем, кто получает тепло «со стороны»? Как подсказывает жизненный опыт, намного перспективней тратить деньги на свое собственное развитие, а не на развитие другого коммерческого предприятия, являющегося, как правило, монополистом. А экономический эффект при отключении предприятия от централизованных сетей теплоснабжения значительно выше, чем в случае, когда предприятие пользуется центральным источником тепла. Ведь заводская себестоимость тепла практически повсеместно значительно ниже цены тепла, покупаемого «со стороны».
По опыту применения инфракрасного (ИК) отопления, именно на этой категории предприятий и наблюдался наибольший экономический эффект. Стоимость гигакалории тепла после внедрения ИК отопления снижалась в несколько раз.
Не менее, а может быть и более, важен вопрос децентрализации систем теплоснабжения в малом бизнесе. Ни для кого не секрет, что вопрос централизованного теплоснабжения малых, вновь создаваемых производств способен утопить любое начинание. В тех случаях, когда производство разворачивается на условиях аренды уже существующих производственных помещений, автономность его теплоснабжения — это вопрос финансовой независимости малого предприятия. И для таких случаев применение лучистых нагревателей тоже является экономически целесообразным.
Во-первых, низкие стартовые затраты на поставку и монтаж (по опыту — в два раза меньше, чем затраты на строительство котельной); во-вторых, низкая стоимость и тепла, и эксплуатационных расходов. Все эти экономические эффекты связаны с особой физикой энергообмена при инфракрасном отоплении. В энергообмене совершенно отсутствует какой-либо материальный промежуточный теплоноситель. Даже краткое описание принципа работы может занять не одну страницу.
Можно сказать о принципе инфракрасного отопления одной фразой: это работает, как наше солнце. Системы местного инфракрасного лучистого отопления могут работать на природном и сжиженном газе, на электроэнергии. Эти системы способны обеспечить достаточно комфортные условия производства буквально в чистом поле, вне помещений или на отдельно взятой части неотапливаемого помещения.
Стоит упомянуть об опыте энергосбережения в системах горячего водоснабжения (ГВС). Сегодня энергосбережение в ГВС на основе аккумулирующих водонагревателей, установленных децентрализованно (т. е. рядом с потребителем горячей воды) — наиболее распространенный метод.
Если кратко обозначить базисный принцип энергосберегающего подхода в решениях задач по ГВС, то он звучит так: точный расчет необходимой накопленной воды с применением «бесплатного» или «низкотарифного» тепла.
Если точный расчет накопления горячей воды более менее знаком людям, которые занимаются аккумулирующими бойлерами, то вторая часть, касающаяся применения бесплатного или низкотарифного тепла для нагрева воды — это редко применяемая методика, когда энергоносителя хватает. Надолго ли? Уже давно не слышно прогнозов Мирового энергетического совета по поводу запасов топлива. Смеем надеяться, что это не закрытые для общества данные. И всё же знать — значит быть предупрежденным, уметь — значит быть вооруженным. Быть вооруженным — это иметь возможность при необходимом случае применить имеющиеся в распоряжении знания и имеющиеся под рукой средства.
Диаграмма 1. Типичное решение выбора мощности системы ГВС («консервативное решение»)
Какими средствами, методиками расчетов мы пользуемся? Как правило, до сих пор пользуются методиками, которые базировались на расчете обеспечения максимального часового расхода при прямом нагреве (диаграмма 1). Выбор мощности нагрева при этом показан красным пунктиром. Это мощность водонагревателя (электронагревателя или теплообменника), которая обес-печивает максимальный часовой расход. В данном случае это мощность, обеспечивающая 12 куб. м/час. Обычно для выбора нагревательной части аккумулятора дают именно эту цифру. Хорошо, если расчетный объект имеет такие лимиты по энергоносителю. При подобной энергообес-печенности объекта в аккумуляторных бойлерах нет нужды. Необходимую мощность подсчитать несложно. Каждый теплотехник знает, что количество тепла при подогреве 1 литра воды на 1 0С — это 1 кКал. Перевести 1 кКал в любую другую единицу мощности тоже не составляет труда.
Но мы решаем задачу ГВС на аккумулирующих системах, которые могут к пиковой нагрузке накопить необходимое количество горячей воды, причем накопить в ночное время, когда тариф на электро-энергию ниже в 3 раза (если мы используем накопительные бойлеры с электрической частью). Понятно, насколько дешевле будет стоить горячая вода.
Еще раз подчеркну: если есть энергоноситель (тепло от сетей, газ, электричество) в нужном объеме и есть средства для оплаты таких мощностей горячей воды, то можно решать задачу и такими консервативными методами. Если же вы хотите высвободить мощности для дополнительных целей, то лучше всего поручить эту задачу специалистам, обладающим методикой и опытом ее применения. Для решения задач ГВС с использованием аккумулирующих (накопительных) бойлеров рекомендуем использовать достаточно простую методику.
Не обязательно знать подробно график потребления горячей воды, достаточно знать время пиковых потреблений горячей воды, максимальный расход в этот период и средний «внепиковый» расход. Тогда мощность нагревательной части должна обес-печивать средний расход воды во внепиковый период плюс дополнительный нагрев для накоп-ления горячей воды для подготовки пикового расхода.
Диаграмма 2. Гарантированный выбор мощности системы ГВС с аккумуляцией
На диаграмме 2 красным пунктиром показан уровень мощности, обеспечивающий тот же самый график потреб-ления горячей воды. Все, что выше пунктирной линии, должно быть накоплено во «внепиковый период» времени. Выбранная мощность гарантирует средний «внепиковый расход» и накопление горячей воды к периоду пика нагрузки. Поднимая уровень мощности по графику вверх, мы снижаем объем накопительных баков, но увеличиваем мощность их нагревательной части. Необходимо только выбрать, что предпочтительней для вас из этих условий.
И в заключение необходимо сказать о распространенных методиках энергосбережения, которыми пользуются специалисты OSO в схемах ГВС. Достаточно широко используется «бесплатное тепло»: это теплая вода от систем охлаждения кондиционеров, рекуперационное тепло использованной «дренажной воды», тепло горячей воды от солнечных батарей, тепловые насосы.
На хорошо энерговооруженном объекте как правило можно всегда найти «бросовое тепло», которое можно использовать для частичного подогрева воды. Для предварительного подогрева на первой ступени ГВС можно использовать накопительные бойлеры с встроенным теплообменником, в которых подогрев осуществляется от рекуперации тепла других потребителей, а дальше подогревать его основным энергоносителем (тепловые сети, газ, электричество). Точно так же решаются и задачи по обеспечению горячей водой небольших жилых или коммерческих объектов.
| Автор: В. М. Пшеничников Дата: 11.08.2005 Журнал Стройпрофиль 5-05 Рубрика: энергосбережение Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |