Возможные меры по оптимизации теплосетей и экономии энергоресурсов

• Share

В итоге потребитель может с пользой для себя использовать только 34% от энергии, потенциально содержащейся в теплоносителе, которым, как правило, является газ.

Большие затраты электрической энергии на транспортировку теплоносителя

С целью гарантированной доставки теплоносителя удаленным потребителям закладывается большой перепад давления между подачей и обраткой — не менее 2 кг/см² (на выходе котельной, как правило, еще больше). В то же время для обеспечения циркуляции теплоносителя в сети потребителя достаточно перепада давления 0,2 кг/см². Для балансировки сетей, а также уменьшения избыточного давления применяется шайбирование. Преодоление сопротивления на шайбах приводит к перерасходу механической и, следовательно, электрической мощности насосами ориентировочно в 5–10 раз.
Кроме того, увеличение перепада давления приводит также к увеличению статического давления и более частым повреждениям трубопроводов теплотрасс. Последнее обстоятельство приводит к повышению затрат на текущий ремонт теплотрасс, что закладывается в абонентскую плату и в результате еще увеличивает стоимость поставляемой теплоэнергии.

Состояние теплосетей г. Бердянск на сегодняшний день

Согласно предоставленным данным, в Бердянске насчитывается:

• Share

Кроме того, имеются семь автономных котельных в школах, больницах и детских садах, работающих на газе. Ввиду того, что автономные котельные, как правило, имеют меньшую мощность и меньшую длину теплотрассы, недостатки, существующие у системы централизованного теплоснабжения, выражены у них в меньшей мере. Поэтому основные мероприятия по снижению расхода энергоносителей необходимо проводить именно в системе центрального теплоснабжения (ЦТ). Если, например, для поставки потребителю 117 Гкал/час тепловой энергии требуемая мощность котельных — 291,8 Гкал/час, то потери при транспортировке теплоносителя составляют 174,8 Гкал/час или 59,90% от выходной мощности котельных. Суммарный КПД теплотрасс — 40,10%.
Если учесть реальный КПД теплогенераторов, установленных в котельных, на уровне 82%, и перерасход тепловой энергии у потребителей по причине отсутствия у них погодозависимого регулирования 20%, то полезно используемая энергия у потребителя составит только 27% от потенциально заключенной в энергоносителе. При температуре подачи 105°С и обратки 70°С, принятой в существующих теплосетях, расход теплоносителя составит 941 кг/сек. или 3388 м³/час. Для транспортировки такого количества теплоносителя при напоре на выходе котельных 6 кг/см² и на входе 2 кг/см² требуются насосы суммарной мощностью в районе 502 кВт. Итого, расход газа на нужды отопления в Бердянске составит 84209210 м³ за отопительный сезон при его продолжительности 170 суток. При этом расход электроэнергии насосами — 2048036 кВт.час за отопительный сезон.
Ориентировочно 25% тепловой энергии потребляется бюджетными организациями, для теплоснабжения которых газ отпускается по цене 2,619 грн./м³, остальное количество — населением, цена газа для которого составляет 0,873 грн./м³, а цена электроэнергии — 0,70 грн./м³. Таким образом, суммарные затраты за сезон на газ составляют 110,26 млн. грн., а на электроэнергию — 1,434 млн. грн. Всего — 111,69 млн. грн.

Как можно достичь экономии?

• Share

Утепление теплотрасс достаточно дорого, трудоемко и оправдано только при производстве ремонтных работ после аварии с заменой устаревшего аварийного участка на новый утепленный. А вот снижение температурного графика теплоносителя — наиболее экономически выгодный способ снижения тепловых потерь, не требующий замены трубопроводов.
Абсолютному большинству потребителей не требуется теплоноситель с температурой подачи 105°С и обратки 70°С. Данный график требуется только для работы смесительных узлов. При установке смесительных узлов с собственными насосами у потребителя вполне достаточно температуры подачи 70°С. Охлаждение теплоносителя от 70°С до 40°С возможно произвести непосредственно в отопительных приборах. После чего возможно доохладить теплоноситель до 10°С с помощью тепловых насосов. При использовании входной воды с температурой от +40 до +10°С, отношение производимой тепловой мощности к потребляемой электрической (СОР) может быть в пределах 6–8, при температуре нагреваемой воды 45°С. Средняя температура воды в теплотрассе может быть снижена с 87,5°С до 40°C, а перегрев относительно окружающего грунта с температурой 12°С снизится соответственно с 76°С до 28°С. Потери в теплотрассе снизятся в свою очередь с 174,80 Гкал/час до 64,83 Гкал/час или в процентном выражении с 59,90% до 35,65%
Уменьшение температуры теплоносителя на входе и на выходе котельной позволит использовать конденсационные котлы или же модернизировать существующие, применив конденсационный режим. КПД котлов увеличится при этом от 82 до 110% по низшей теплотворной способности. Установив смесительные узлы с собственными циркуляционными насосами у каждого потребителя, возможно применить индивидуальное погодозависимое регулирование непосредственно на объекте, что дополнительно снизит общее потребление тепловой энергии на 20%.
При совместном использовании перечисленных мероприятий суммарный КПД теплосети составит не менее 70,78%, что в 2,58 раза выше существующего.
Следует упомянуть, что для работы тепловых насосов у потребителя потребуется дополнительный расход электроэнергии. Однако при СОР, равном 7, и отборе с помощью тепловых насосов только половины мощности, отпускаемой теплосетью, расход электроэнергии составит всего 7,1% от тепловой энергии. При стоимости теплоэнергии 400 грн./Гкал в настоящее время и 0,25 грн./кВт.ч за электроэнергию у потребителя снижение стоимости тепловой энергии до 154,84 грн./Гкал и увеличение ее стоимости на 20,30 грн./Гкал за счет дополнительного расхода электроэнергии приведет к результирующей цене 175,14 грн./Гкал, что в 2,3 раза ниже существующей цены.

Кроме того, затраты электроэнергии на привод тепловых насосов возможно производить на стороне потребителя и за его счет, и не включать в затраты теплосети. Указанные мероприятия уменьшают необходимую мощность котельных в системе ЦТ с 291,8 Гкал/час до 181,8 Гкал/час, что позволит безболезненно вывести из эксплуатации наиболее устаревшие котлы. Таким образом, после мер оптимизации получаем следующую экономию:

• Share

• Share

Для расчета точной величины затрат необходимы схема расположения теплотрасс, технические характеристики каждой из котельных и каждого потребителя. Эта информация на данный момент отсутствует. Тем не менее, возможно произвести оценочный расчет для определения порядка стартовых вложений. После предлагаемого вывода маломощных котлов предлагается оставить в эксплуатации котлы мощностью 5–10 мВт, дооснастив их конденсационными блоками мощностью 1,0–2,0 мВт. Количество котлов, остающихся в эксплуатации, — 24 шт. Цена конденсационного блока — 2200000 грн./шт. Кроме того, для защиты котлов от холодной воды на входе необходимо обустроить гидравлические стрелки с набором насосного оборудования. Цена гидравлической стрелки с оборудованием — 130000 грн./шт. Затраты на модернизацию одного котла — 2330000 грн. Затраты на модернизацию всех котельных — 55,92 млн. грн.

• Share

Точное количество потребителей и узлов ввода неизвестно. Если принять, что средним потребителем является 5-этажный 4-подъездный жилой дом общей полезной площадью 3200 м², то необходимую для его отопления мощность принимаем 300 кВт или 0,26 Гкал/час. Поскольку половину мощности предполагается извлекать с помощью теплонасоса, то мощность соответствующего теплонасоса — 150 кВт. Цена такого устройства европейского производства составляет не менее 23000 евро или 236900 грн., украинского производства — около 185400 грн., китайского производства — 154500 грн. Кроме того, установка смесительного узла с собственным циркуляционным насосом и комплектом для погодозависимого регулирования стоит 35000 грн. для одного рассматриваемого потребителя. Всего — около 238940 грн. на один объект. При суммарной мощности потребителей 117 Гкал/час ориентировочное количество объектов составляет 452. Затраты на их оборудование теплонасосами и собственными теплоузлами — 108,1 млн. грн. Общие затраты на переоборудование теплосетей — 164,02 млн. грн., с монтажными и пусконаладочными работами — 196,82 млн. грн. С учетом годовой экономии 62,68 млн. грн. срок окупаемости составит 3,14 года.

Перспективы дальнейшей модернизации теплоснабжения г. Бердянска

Из приведенного расчета следует, что даже после значительного уменьшения расходов на теплоносители, главной их составляющей является стоимость газа, которая в дальнейшем неизбежно еще возрастет. Для уменьшения затрат следует произвести утепление фасадов у потребителей и установку энергосберегающих окон. Данная мера позволит уменьшить расход тепловой энергии потребителями ориентировочно в 2 раза. Средняя мощность, необходимая одному потребителю, уменьшится до 150 кВт, что соответствует мощности теплового насоса, установленного на усредненном объекте. После проведения мероприятий по утеплению предлагается оборудовать грунтовые теплообменники для теплонасосов и отказаться от использования теплоносителя от централизованной системы теплоснабжения, используя в качестве энергоресурса только электроэнергию.
Использование грунта в качестве низкопотенциального источника тепла приведет к понижению СОР тепловых насосов с 7,1 до 4 и увеличению расхода электроэнергии последними с 25,1 млн. кВт.час до 44,82 млн. кВт.час и затрат на нее, соответственно, с 6,27 млн. грн. до 11,21 млн. грн. за сезон в существующих ценах. Тем не менее, это в 10,0 раз меньше существующих затрат и в 4,4 раза меньше затрат после первоначально предлагаемых мероприятий. Однако в связи с более длительным сроком окупаемости в сравнении с указанными, их следует перенести на последующие периоды.

Носов Евгений Владимирович,
ООО «Провитерм-Запорожье»