Ренессанс централизованного отопления

calendar_today
2 декабря 0002
query_builder
visibility
793
К сожалению, на сегодняшний день наблюдается явный упадок централизованного теплоснабжения в Украине. Коммунальные энергетики довольно продолжительное время ищут пути преодоления кризиса, и уже есть конкретные идеи и разработки для решения данной проблемы.

Как известно, потери тепловой энергии при ее генерации в коммунальной системе теплоснабжения и транспортировке к потребителю составляют в среднем 45ѕ60%, в том числе:
— при сжигании в котлах — 20...25%;
— при транспортировке по тепловым сетям — 8...25%;
— в доме потребителя — 25...30%.

В результате КПД отопления или горячего теплоснабжения потребителей составляет в среднем от 39% при теплотрассах с некачественной тепловой изоляцией и до 55% при теплотрассах с очень хорошей изоляцией.
Но это средние цифры. Если учесть, что потери тепла при его транспортировке пропорциональны расстоянию перемещения, то можно считать, что для потребителей, находящихся вблизи с котельной или ТЭЦ, они близки нулю. А при транспортировке на периферию тепловой сети потери будут вдвое больше средних и составят 16ѕ50%. Поэтому при средних значениях КПД системы коммунального теплоснабжения, указанных выше, коэффициент полезного действия теплоснабжения “близких” потребителей составляет 52...60%, а для теплоснабжения потребителей, подключенных к периферии тепловой сети — 26...50%.
То есть для получения 1 Мкал тепла потребителем, находящимся вблизи ТЭЦ с качественной теплотрассой, в ее котлах необходимо сжечь 0,238 кг условного топлива (кг у.т.), а если теплотрасса некачественная — 0,274 кг у.т. Потребитель, находящийся на периферии качественной теплотрассы получит 1 Мкал тепла при сжигании в котлах ТЭЦ 0,286 кг у.т., а если теплотрасса некачественная, то необходимо будет сжечь 0,549 кг у.т.
Это и является основной причиной невысокого качества и высоких энергозатрат коммунального теплоснабжения. Если потребителю доходит только четвертая часть тепловой энергии использованного топлива, то обеспечение нормальных температурных условий в помещениях является крайне проблематичным при любом более или менее серьезном похолодании.
В результате низкого качества централизованного теплоснабжения появилась необходимость децентрализованного отопления, в том числе, внедрение поквартирных систем отопления. При этом потребители тепла в качестве источника энергии в основном используют газ. Так как это привычный, достаточно доступный в городах и пока что еще дешевый энергоресурс. При этом инициаторами этого направления выступают обеспеченные слои населения, которые могут позволить себе реконструкцию системы теплоснабжения собственной квартиры. Но они идут на эти затраты в первую очередь не для экономии, а для улучшения комфорта собственного жилья, т.е. его постоянного обеспечения теплом и горячей водой. Обсуждение ситуации с поквартирным отоплением было проведено журналом “О.В.В.+к” № 4/2004 в рамках круглого стола, посвященного поквартирным системам газового отопления в многоэтажных домах.
На основании имеющейся информации о положении и перспективах теплоэнергетики, а также анализа материалов круглого стола хотелось бы выделить такие аспекты этой проблемы:

  • Каждый гражданин имеет право на обеспечение теплом, но при этом он имеет право и на чистый воздух. При внедрении же газовых установок с выбросом продуктов сгорания, воздух загрязняется (выступление Авдиенко А.П., Скрыпника А.П.).
  • Экономическое преимущество индивидуального отопления может быть явлением временными, так как с развитием рыночных отношений цена на газ значительно вырастет, особенно для населения (выступление Сигала А.И., Овдиенко А.А.). Для оптовых покупателей, которые не используют газораспределительную сеть (ТЭЦ и котельные), цена вырастет значительно меньше, чем для населения. Кроме того у них остается возможность перехода на уголь, стоимость которого будет в 3-4 раза ниже, чем на газ для населения.
  • Увеличение стоимости энергоносителей будет стимулировать проведение работ по улучшению тепловой изоляции коммунальной системы теплоснабжения, как на участке теплотрасс, так и внутри домов. Это даст возможность поднять среднее значение КПД теплоснабжения до уровня 66%.
  • Уже разработаны новые принципы и решения для теплоснабжения городов, которые дадут возможность увеличить энергоэффективность коммунальной теплоэнергетики. Они обеспечат комфортабельность централизованного теплоснабжения на таком же уровне, как и при индивидуальном отоплении.

    Одно из таких принципиальных решений в области централизованного отопления разработано институтом “УкрНДИинжпроект” совместно с группой независимых специалистов в области теплоснабжения. Оно состоит в том, что централизованное отопление квартир происходит от двух энергосистем — тепловой и электрической сетей, но при этом источник энергии один — коммунальная ТЭЦ.
    Для комбинированного электроотопления используется электроэнергия, произведенная ТЭЦ в период провала, то есть в то время, когда нет сбыта электроэнергии или он усложнен. До сегодняшнего дня по правилам энергорынка при сбыте электроэнергии в период провала ТЭЦ имели преимущества перед другими электростанциями, за исключением атомных. Но наращивание мощности атомных электростанций, которое произошло в Украине, поставило вопрос об отключении в период провала нагрузки также и коммунальных ТЭЦ.
    ТЭЦ, которая не производит электроэнергию, имеет энергоэффективность значительно ниже, чем котельная, и поэтому ее использование в таком режиме будет крайне невыгодным для коммунального хозяйства. Если такую ТЕЦ загрузить и производством электроэнергии, то затраты топлива на производство каждого такого дополнительного киловатт-часа электроэнергии составят всего 0,14ѕ0,2 кг у.п., в серднем 0,17 кг у.п./кВт-час. При производстве этой электроэнергии технологические затраты электростанции составляют около 8%, потери же при ее транспортировке в черте города в наиболее отдаленную точку могут составить до 10%, а в пределах
    Украины — 15,8% (нормативные потери). Для поучения 1 Мкал путем электронагрева необходимо потребить 1,163 кВт-час. Таким образом при электроотоплении от коммунальной ТЭЦ в период провала нагрузки в электросети городской потребитель получает 1 Мкал тепла при сжигании 0,202 кг у.п. (0,17 і 1,08 і 1,1), а потребитель, проживающий в отдаленном населенном пункте — при сжигании 0,213 кг у.п.
    То есть энергетическая эффективность электроотопления при использовании электроэнергии, произведенной путем когенерации во время провала нагрузки в электросети, значительно выше, чем при отоплении путем использования когенерационного тепла при распределении его через теплосеть.
    Для обеспечения комбинированного централизованного отопления в каждой квартире устанавливаются электронагревательные кабели с терморегулятором, которые объединяются в общую систему электроотопления квартиры. В основном они монтируются во внутренние перегородки, а также при необходимости — в капитальные стены и пол. Управление такой системой по времени потребления электроэнергии осуществляется с диспетчерского пункта системы отопления, а температура помещения задается потребителем при помощи терморегулятора.
    Управление потреблением и учет потребляемой электроэнергии проводится устройством, которое представляет собой комбинацию многотарифного счетчика с карточным вводом и контактора, помещенного внутри этого счетчика.
    Магнитная карточка, вставленная в счетчик, содержит информацию о предоплате за потребление определенного количества электроэнергии, а также о предоплате услуг по теплоснабжению в течение определенного времени. До того времени, пока оплачена услуга по теплоснабжению или же пока не будет использована оплаченная электроэнергия, контактор счетчика каждую ночь в периоды провала подает напряжение в систему электроотопления. После завершения периода электричество на нее перестает подаваться.
    Во время потребления электроэнергии нагреватели выделяют тепло, которое преимущественно поглощается материалом строительных конструкций, в которых они размещены. Затем тепло выделяется в помещение и нагревает его. Температура нагрева помещения и количество энергии, аккумулированной в строительных конструкциях, связаны между собой соотношениями, величина которых определяется как разницей температур догрева, так и конструктивными особенностями нагревательных кабелей и самих строительных конструкций. Благодаря этому регулирование количества аккумулированной тепловой энергии реализуется путем отключения нагревателей после получения определенной температуры в помещении, которая устанавливается потребителем на терморегуляторе.
    Тепловая энергия, которая накопилась в материале строительных конструкций, постепенно переходит в помещение, поддерживая в нем температуру, приближенную к комфортной с отклонением на 1,5-2°С в течение суток. Тепла, аккумулированного во внутренних стенах квартиры при их прогревании до 40°С, достаточно, чтоб поддерживать в помещениях температуру на 10-15°С выше температуры внешнего воздуха. И при этом управление температурным режимом можно осуществлять при помощи изменения температуры срабатывания терморегулятора при аккумуляции тепла.
    В то же время на тепловом вводе в дом устанавливается смеситель, который оборудован датчиком температуры внешнего воздуха. Его работа состоит в обеспечении на вводе в дом такой температуры теплоносителя, при которой водяная система отопления будет поддерживать в помещении температуру +8ѕ+10°С при любой погоде и неработающей системе электроотопления. Смеситель находится в отдельном помещении с ограничением доступа для всех, кроме работников организации-поставщика тепла.
    В результате работы двух систем отопления в помещениях поддерживается температура в пределах 18-25°С с отклонением ± 1,5-2°С в течение суток при любых погодных условиях. Уровень температуры в этих пределах задается потребителем.
    Когда оплаченная электроэнергия или же оплаченное время теплоснабжения заканчивается, система электроотопления включаться не будет. Но благодаря смесителю температура воздуха в квартире будет не ниже установленного на входе системы значения — т.е. 8-10°С. Такая температура не приведет к тяжелым последствиям, но заставит потребителя своевременно платить за потребление тепла и электроэнергии, а также задуматься об их рациональном использовании.
    При таком отоплении забор тепла в теплосети ограничивается, что снижает нагрузку на нее в среднем на 50%. Это дает возможность снизить и энергетические параметры теплоносителя с одновременным снижением теплопотерь при его транспортировке приблизительно в 2 раза. То есть потери в теплотрассах с низкокачественной теплоизоляцией без какой-либо их реконструкции снизятся с 20% до 10%, в теплотрассах с качественной теплоизоляцией — с 8% до 4%, а в сети дома — с 25ѕ30 до 12ѕ15%. Тем самым обеспечивается КПД централизованного теплоснабжения до уровня 64% для “близких” потребителей, подключенных к теплотрассам низкого качества, и 48% для потребителей, подключенных к периферийным участкам этих теплотрасс. Для теплотрасс с качественной теплоизоляцией КПД составит 70% и 65 % соответственно.


    Рис. 1. Затраты топлива на генерацию 1 Мкал тепла в помещении потребителя

    Средняя температура отопительного сезона в большей части Украины близка 0°С. Система электроотопления при комбинированном централизованном отоплении догревает помещение на 10°С. Учитывая эти два фактора, можно считать, что одна половина энергии на отопление помещений подается по теплосети, а другая — по электросети. В связи с повышением КПД теплоснабжения, 1 Мкал тепла в помещении может быть обеспечен при сжигании 0,211 кг у.т. при его подключении в начале низкокачественной теплотрассы и 0,251 кг у.т. при его подключении на периферии этой трассы, а также 0,201 и 0,211 кг у.т. при подключении в начале и в конце теплотрассы с качественной теплоизоляцией соответственно.
    Сравнение энергетической эффективности традиционного теплоснабжения, комбинированного централизованного теплоснабжения с использованием когенерационного тепла и когенерационной электроэнергии, а также теплоснабжения за счет сжигания газа в системе индивидуального теплоснабжения с КПД 90% показано в графиках (рис. 1 и рис. 2). Из графика 1 видно, что увеличение затрат тепловой энергии на отопление помещений потребителя с его отдалением от источника тепла есть в любой системе централизованного отопления, но в комбинированной системе эта величина значительно меньше. Кроме того видно, что энергоэффективность поквартирного газового отопления близка к комбинированному централизованному отоплению при качественной теплоизоляции системы распределения тепла. Из графика 2 можно увидеть, что наиболее эффективным является использование нового метода отопления для потребителей, находящихся на периферии теплотрасс с низкокачественной теплоизоляцией, при этом экономия топлива превышает 50%. Использование такого отопления при качественной изоляции теплотрасс тоже эффективно, поскольку экономия топлива превышает 26%.


    Рис. 2. Экономия топлива при использовании технологии комбинированного централизованного отопления

    Но будет ли такое отопление эффективным экономически? В обществе бытует мнение о том, что электроотопление является достаточно дорогим источником тепла. Кроме того, учитывая долгосрочность инвестиций в централизованные системы отопления, необходимо иметь представление о том, как эта экономическая эффективность будет меняться в соответствии с прогнозированными изменениями цен на энергоносители.
    Нормы затрат тепла на отопление жилья в 5-этажных и выше домах, например, для Винницкой области составляют 150 Мкал/кв.м за сезон. Эту величину в приблизительных расчетах затрат на отопление можно принять как среднюю для Украины. Поскольку половина тепла в квартиру будет подаваться через тепловую, а половина — через электрическую сеть, то тепловой энергии будет потреблено 75 Мкал, а электрической — 87,2 кВт-час.
    Действующий на сегодняшний день тариф на электроэнергию составляет 5,2 коп/кВт-час для населения в период провала нагрузки в электросети, а средняя стоимость 1 Гкал тепла в сумме 100 грн. Так что отопление квадратного метра жилья только от тепловой сети обойдется в 7,5 грн за сезон, а комбинированное отопление — 8,28 грн., то есть на 10% дороже.
    Текущие затраты на индивидульное газовое отопление с КПД 90% в расчете на квадратный метр жилья составляют 3,65 грн, то есть на 51% дешевле централизованного отопления. Но избыток мощностей в объединенной энергосистеме в период провала нагрузки требует сбыта электроэнергии в ночное время. Исследовав особенности теплоаккумулирующего электроотопления, которое потребляет электроэнергию преимущественно в период провала нагрузки, а также его влияние на уменьшение потерь от ночной разгрузки электростанций, было предложено для таких потребителей в ближайшей перспективе установить ночной тариф на электроэнергию в размере 1 коп/кВт-час (О.Д. Светелик, А.Г. Баталов, А.И. Замулко, А.В. Праховник, В.Ф. Находов. Пути обеспечения баланса производства и потребления электроэрнергии и мощности ОЕС Украины. В сборнике “Стан і майбутнє енергетики України. Погляд громадськості” НТСЕУ, ОЕП “ГРІФРЕ”, — К.: 2005, — с. 285ѕ294). С учетом такого тарифа стоимость комбинированного централизованного отопления квадратного метра жилья составит 4,62 грн, то есть на 39% дешевле традиционного централизованного отопления и на 27% дороже индивидуального при ценах на газ, которые сегодня в нашей стране пока существенно ниже мировых.
    В недалеком будущем, когда Украина вступит в СОТ и энергоносители на ее территории будут продаваться по мировым ценам, уголь будет стоить $50 за тонну условного топлива, а газ — $100ѕ110 за тысячу кубометров в оптовой и $120-130 — в розничной газораспределительной сети. ТЭЦ безусловно перейдут на использование угля. При нынешний цене газа — 400 грн за тысячу м3 тонна условного топлива для ТЭЦ стоит $67. То есть будущий переход на уголь не приведет к увеличению затрат на энергоносители, а заставит коммунальных энергетиков уделять больше внимания энергосбережению, ресурсы для которого в отечественной энергетике очень велики. Поэтому не следует ожидать резкого подорожания тепла, полученного из системы центрального отопления. Оно возрастет максимум на 50%. По этим же причинам не следует опасаться и значительного повышения тарифа на электроэнергию, которая будет потребляться теплоаккумулирующим отоплением — он вообще не должен измениться.
    В то же время повышение стоимости газа для бытовых потребителей в 3,4ѕ3,7 раз приведет к такому же увеличению стоимости индивидуального газового отопления квартир. Так что с учетом капиталовложений и стоимости обслуживания оно станет в 1,7...2 раза дороже централизованного.


    Рис. 3. Стоимость отопления квадратного метра квартиры сегодня, в ближайшем будущем и после установления мировых цен на энергоносители

    Сравнение стоимости отопления квадратного метра квартиры в многоэтажном доме при сегодняшней стоимости энергии и энергоносителей, их стоимости в ближайшем будущем и после установления в Украине мировых цен показано на диаграмме рис. 3. Из диаграммы видно, что в нынешних условиях индивидуальное отопление значительно дешевле, а комбинированное централизованное — незначительно дороже централизованного. В ближайшее же время после введения тарифа на потребление электроэнергии теплоаккумулирующим электроотоплением, комбинированное централизованное отопление станет значительно дешевле, и соответственно незначительно дороже поквартирного газового. В случае, если в Украине установятся мировые цены на энергоносители, комбинированное централизованное отопление будет ощутимо дешевле двух других видов отопления, стоимость которых будет почти одинаковой. Но нужно учесть, что в стоимость обоих видов централизованного отопления включены все затраты на эксплуатацию, ремонт и обслуживание оборудования. А в стоимость поквартирного газового отопления включены только затраты на поставку газа. Если при такой разнице затрат на отопление дома комбинированное централизованное отопление обеспечит потребителям приблизительно такие же комфортные условия, как и индивидуальное отопление, то и проблема упадка централизованного отопления наконец-то разрешиться.
    Правда, для этого коммунальным энергетикам необходимо заранее готовиться к работе в условиях мирового рынка, внедряя энергоэффективные технологии, а также технологии отопления, которые дадут возможность потребителю регулировать температуру помещения, соразмеряясь со своими финансовыми возможностями, а коммунальным энергетикам своевременно получать платежи за отпущенное тепло. Именно такой технологией и является комбинированное централизованное отопление с использованием когенерационного тепла и когенерационной электроэнергии во время провала напряжения.


    Кшановский В. Й., глава правления ЗАО “Информационно-маркетинговая служба”
    Власюк А. В., глава правления ОАО “УкрНДИинжпроект”.
    Мельниченко О. В., заведующий лабораторией института “УкрНДИинжпроект”.

  • Комментарии
    Loading
    E-Mail:
    следить за ответами