Возможные меры по оптимизации теплосетей и экономии энергоресурсов

 1 926
В данной статье рассматривается предложения по улучшению технико-экономических показателей работы местных теплосетей на примере г. Бердянска.

В настоящее время техническое состояние котелен и теплосетей существующей системы теплоснабжения является неудовлетворительным. Низкая экономическая эффективность и высокие затраты на функционирование теплосетей и поддержание их в работоспособном состоянии влекут за собой высокую стоимость тепловой энергии для конечного потребителя.

Низкая энергетическая эффективность, в свою очередь, обусловлена следующими причинами:

  • Большими потерями тепла при его транспортировке на большие расстояния по плохо изолированным теплотрассам. Указанные потери достигают 50% от тепловой энергии, отпускаемой котельными.
  • Низким КПД самих котельных — по причине того, что они должны обеспечивать график с завышенной температурой подачи на выходе котельной, достигающей 105°С. В таких условиях КПД котлов, как правило, не превышает 82%.
  • Недостаточной возможностью погодозависимого регулирования у конечного потребителя тепла, что приводит к перерасходу тепловой энергии ориентировочно еще на 20%.


    Носов Евгений Владимирович,
    ООО «Провитерм-Запорожье»

    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:

  • котельных в системе централизованного теплоснабжения — 12;
  • диапазон мощностей указанных котельных — от 0,88 до 150 Гкал/час;
  • суммарная мощность указанных котельных — 291,8 Гкал/час;
  • подключенная к указанным котельным мощность у потребителей — 117 Гкал/час;
  • население г. Бердянска — 117 тыс. чел.

    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?

      

    Снижение тепловых потерь в теплотрассах

    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.

    Дополнительная экономия может быть получена за счет сокращения расхода электроэнергии для доставки теплоносителя от котельной к потребителю за счет следующих факторов:

  • Увеличение разницы температур между подачей и обраткой с 35 до 60°С и уменьшение потерь в теплотрассе позволят уменьшить расход теплоносителя в 2,75 раза или на 63,7%.
  • Расход механической мощности и, соответственно, расход электроэнергии насосами для преодоления сопротивления магистральных трубопроводов возможно снизить в 20,82 раз.
  • Применение смесителей с насосами у потребителей позволит уменьшить перепад давления у потребителя и отказаться от использования шайб и регулирующих вентилей. Отбор теплоносителя из сети будет осуществляться насосами с частотным приводом.
  • В таком случае возможно уменьшить напор с 2,0 кг/см2 до 0,2 кг/см2, а расход энергии насосами котельной ориентировочно в 24 раза до 84745 кВт.ч за сезон.
  • Уменьшение напора позволяет также уменьшить статическое давление в сети с 6 до 1–2 бар. (Потребители, находящиеся в высотных зданиях, могут использовать собственные смесительные узлы для доставки теплоносителя на верхние этажи.)
  • Уменьшение статического давления вместе с уменьшением скорости теплоносителя сокращает вероятность порыва и других аварий на трубопроводах, что сокращает затраты на ремонтные работы.

  • 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:

  • Расход газа на нужды отопления в Бердянске составит 32596531 м3 за отопительный сезон, а расход электроэнергии циркуляционными насосами — 84745 кВт.час.
  • Суммарные затраты за сезон на газ составят 42,68 млн. грн., на электроэнергию (в котельных) — 59322 грн.
  • Дополнительные затраты электроэнергии (возможны у потребителя) — 25099329 кВт.час на сумму 6,27 млн. грн.
  • Общие затраты за сезон — 49,01 млн. грн. против существующих 111,69 млн. грн.
  • Экономия на энергоносителях — 62,68 млн. грн. или 56,1%.
  • В дальнейшем при неизбежном росте цен на газ величина экономии будет еще выше. Конкретная цифра будет зависеть от точной цены каждого энергоносителя.


    Одна из котелен г. Бердянск

      

    Затраты на проведение энергосберегающих мероприятий

    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.

      

    Установка теплонасосного оборудования у потребителей

    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.

    Положительный аспект предлагаемого варианта экономии ресурсов:

  • Возможность поэтапного введения оборудования в эксплуатацию, начиная с единичного объекта у потребителя или в котельной с небольшой стартовой суммой, например, 5 млн. грн.
  • В дальнейшем, по мере введения в эксплуатацию оборудования, появляющиеся в результате экономии средства можно направлять на модернизацию остальных объектов.
  • При наличии в первый год суммы в 20 млн. грн. всю модернизацию возможно произвести без дальнейшего дополнительного привлечения средств, только за счет нарастающей экономии.
  • В случае увеличения цены на газ срок окупаемости будет еще меньше.

  • 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.

    Дополнительные преимущества рассмотренного перспективного направления:

  • возможность полного отказа от использования теплосетей, их обслуживания и ремонта, что серьезно облегчает городской бюджет, а потребителя избавляет от неизбежной абонентской платы;
  • уменьшение техногенных рисков, связанных с утечками и авариями в теплосетях и представляющих опасность городскому хозяйству;
  • возможность использования теплонасосов с грунтовыми теплообменниками в летнее время для более экономичного по сравнению с обычными кондиционерами охлаждения зданий.

  • Носов Евгений Владимирович,
    ООО «Провитерм-Запорожье»

  • Найдите все свои архитектурные решения через TRUBA.ua: Нажмите здесь чтобы зарегистрироваться. Вы производитель и хотите наладить контакт с клиентами? Кликните сюда.

    Новое и лучшее