Использование газовых котельных в качестве источника теплоснабжения или электрической энергии

Использование газовых котельных в качестве источника теплоснабжения или электрической энергии

В.И. Ливчак

Начальник отдела Энергоэффективности строительства Мосгосэкспертизы

В энергетике по-прежнему остается наиболее эффективным решением совместная выработка тепловой и электрической энергии. В крупных городах такая выработка осуществляется на ТЭЦ, от которых тепло распределяется по потребителям через систему трубопроводов централизованного теплоснабжения. При таком решении районные котельные (РТС) сооружаются для подготовки подключения отдаленного района теплопотребления к тепловым сетям ТЭЦ. При подходе магистральных теплопроводов этот район переключается на теплоснабжение от ТЭЦ, а РТС становится пиковой котельной в единой системе централизованного теплоснабжения города (как обеспечить работу нескольких источников тепла с качественным регулированием его отпуска на единую тепловую сеть показано в статье "Модернизация российских систем централизованного теплоснабжения", опубликованной в журнале "Энергосбережение", 2000, № 2).

В малых городах и населенных пунктах целесообразно сооружение мини-ТЭЦ на базе газотурбинных или поршневых газодвигательных установок, одновременно вырабатывающих электрическую и тепловую энергию. И только там, где имеется избыток электрической энергии, считалось оправданным для теплоснабжения использовать газовые котельные установки, вырабатывающие только тепловую энергию.

В отношении степени децентрализации теплоснабжения от таких котельний, о чем идет речь в статье директора института "Сантехниипроект" А.Я. Шарипова "Варианты теплоснабжения жилого района Куркино", опубликованной в журнале "Энергосбережение", 2000, № 2, следует внести следующие коррективы.

1. Конечно, ни о каких ЦТП с сетями горячего водоснабжения в варианте с одной РТС на весь район не может быть и речи. Только ИТП в каждом доме или на группу секций дома с полным набором автоматизации регулирования подачи тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение с ограничением максимального расхода теплоносителя на ввод. Это сократит стоимость разводящих тепловых сетей в несколько раз.

2. Такое решение по ИТП также выравнит варианты автономного и централизованного теплоснабжения по энергетической эффективности использования тепловой энергии. Последний вариант будет проигрывать только по потерям тепла в магистральных теплопроводах, которые при современной их изоляции и прокладке не превышают 5-7%. Поэтому, если энергетическая эффективность автономного теплоснабжения принята 0,8, то централизованного должна быть не менее 0,8*0,94=0,75, вместо предлагаемых в статье 0,57.

3. Так называемая нормативная подпитка тепловых сетей, оцениваемая в размере более трети от водопотребления населения, неоправданно завышена. В СНиП "Тепловые сети" величина в 0,0075 от объема трубопроводов сетей означает расчетный расход воды для выбора подпиточного оборудования на станции. В современных теплопроводах, когда автоматически контролируется намокание теплоизоляции, не должно быть утечек совсем, как это имеет место, например, в тепловых сетях Копенгагена.

4. В стоимости системы теплоснабжения от автономных котельных не учтена прокладка по микрорайонам газопроводов к источникам тепла, которая не требуется при теплоснабжении от РТС и электрическом пищеприготовлении в зданиях.

5. Вызывает сомнение соотношение стоимостей РТС и автономных котельных. Стоимость РТС, оказалась на 26% выше, чем все автономные котельные вместе взятые, хотя предыдущий опыт подобных технико-экономических сравнений свидетельствует об обратном соотношении стоимостей. Несмотря на неоправданно завышенную расчетную мощность РТС даже удельная стоимость котельной на установленный МВт для РТС оказалась значительно выше - 1 786 тыс. руб./МВт, против 1 543 тыс. руб. для децентрализованных теплоисточников. В стоимость РТС вошли мазутохранилище и паровые котлы для разогрева мазута, а учтена ли стоимость емкостей для сжиженного газа как резервного топлива при составлении сметы на автономные котельные.

Все вышесказанное ставит под сомнение основной вывод статьи, что рассредоточение источников тепла с максимальным их приближением к теплопотребителям позволяет сэкономить до 48% топлива в год по сравнению с централизованным теплоснабжением от РТС, и подтверждает необходимость выполнения уточняющих расчетов.

Наряду с предложением теплоснабжения нового жилого района от котельных, есть совершенно противоположное - использовать для целей отопления и горячего водоснабжения в качестве энергоносителя только электрическую энергию. Такое решение также применительно к жилому району Куркино выдвинули институт Развития Москвы и фирма "ЭНЭЛЭКО", разрабатывающая и реализующая систему автоматического учета потребления электрической энергии, холодной и горячей воды в квартирах и по дому в целом.

Институтом Развития Москвы (руководитель авторского коллектива - Ю.А. Сарумов) совместно с проф. О.Я. Кокориным проработано решение воздушного отопления жилого здания от центрального кондиционера с покомнатными конвекторами - воздухораспределителями (эжекционными доводчиками), исходной энергией для которых является электрическая энергия, преобразующаяся в электрическом котле в тепловую в виде теплоносителя, подаваемого к конвекторам.

Центральный кондиционер состоит из двух блоков: в первом происходит утилизация тепла вытяжного воздуха для нагрева приточного, во втором - повышение нагрева приточного воздуха за счет более низкого охлаждения удаляемого вытяжного воздуха с использованием теплонасосной установки, которая в летнее время работает на охлаждение приточного воздуха.

Фирма "ЭНЭЛЭКО" (генеральный директор - Е.Б. Казанский) предлагает использовать для отопления электроаккумуляционные приборы. Приготовление бытовой горячей воды в обоих случаях осуществляется в электрических емкостных водонагревателях, устанавливаемых в каждой квартире.

В качестве источника электроэнергии рассматривается строительство мини-ТЭЦ на базе газопоршневых двигателей, а вырабатываемая параллельно тепловая энергия передается в соседние тепловые сети г. Химки. Преимущество такого решения для района Куркино очевидно - отсутствуют дорогостоящие и малонадежные трубопроводные тепловые сети, и авторы доказывают экономическую эффективность электрического теплоснабжения по сравнению с традиционным решением водяного теплоснабжения от газовых котельных.

Еще одним доводом возможности использования электрической энергии для отопления может служить переход с 2000 г. на новые нормы, требующие повышения теплозащиты наших зданий. По новым нормам трансмиссионные теплопотери через наружные ограждения сокращаются в 2,5-3,0 раза по сравнению со зданиями, сооруженными до 1995 г. Удельное теплопотребление на отопление жилого дома типовой серии выше 10 этажей за отопительный период составляет теперь не более 95 кВт*ч на м² общей площади квартир или 35% от общего энергопотребления (на горячее водоснабжение - около 110 кВт*ч/м², электропотребление вместе с общедомовой нагрузкой - около 55 кВт*ч/м²).

А удельное теплопотребление на отопление более эффективного ширококорпусного дома (в нашем примере это 25-этажный жилой дом в основании 26х26 м с приведенным сопротивлением теплопередаче стен 3,2 м²*°С/Вт, построенный в Марьинском парке по проектам Моспроекта-1 и МНИИТЭП) снижается до 65-70 кВт*ч/м².

Однако в среднечасовой нагрузке за расчетные сутки доля отопления остается еще высокой - до 70% (около 50 Вт/м²), на горячее водоснабжение - 15 Вт/м² (максимально часовая нагрузка 150-квартирного дома - 50 Вт/м²), электропотребление - 10 Вт/м² (максимальная получасовая - 15 Вт/м² при среднечасовом за средние сутки года электропотреблении 8 Вт/м²).

Применение утилизации тепла вытяжного воздуха для нагрева приточного, особенно с использованием теплового насоса в дополнение к утилизатору (с эффективностью установки 0,8), еще больше снижает теплопотребление на отопление - в годовом разрезе до 27 кВт*ч (против 66 кВт*ч/м² без утилизации в ширококорпусном доме), а в расчетной часовой нагрузке до 21 Вт/м². Тогда, доля отопления в общем энергопотреблении снизится, соответственно, до 15 и 40% (принимаем по данным проф.О.Я. Кокорина, что утилизация тепла приводит к увеличению потребления электроэнергии на 8,5 кВт*ч/м² в среднем за отопительный период, а вместе с расходом электроэнергии на вращение вентиляторов - 13 кВт*ч/м², и на 5 Вт/м² в час при расчетной температуре наружного воздуха).

Далее, использование электроэнергии для отопления и горячего водоснабжения позволяет выровнять внутрисуточный график электропотребления, а недавнее введение сниженного ночного тарифа - уменьшить затраты на оплату за использованную электроэнергию. Применение электронагревательных приборов электроаккумуляционного типа и автоматики ограничения максимума электропотребления, путем предпочтения осветительной и розеточной нагрузки отоплению и горячему водоснабжению, дает возможность перенести пиковое электропотребление на ночное время, но общее электропотребление здания в морозные сутки возрастет примерно в 5 раз по сравнению с тем, если бы отопление и горячее водоснабжение осуществлялось бы от тепловых сетей.

И последнее преимущество использования электроэнергии для отопления и горячего водоснабжения - это более надежное решение по автоматизации режимов теплопотребления. Хотя современные системы авторегулирования подачи тепла на отопление с теплоносителем в виде перегретой воды (компьютерное управление режимом авторегулирования в местах подключения систем отопления к тепловым сетям, индивидуальное авторегулирование теплоотдачи отопительных приборов и т. д.) позволяют сократить теплопотери на отопление в той же степени, как и при энергоносителе в виде электроэнергии (за исключением бесполезных потерь теплопроводами), но в последнем случае отпадают неприятности, связанные с засорением регулирующих клапанов, коррозией трубопроводов и возможными протечками. Есть основание предполагать, что ограниченная емкость электроводонагревателей горячего водоснабжения дисциплинирует жителей в пользовании горячей водой и снизит ее потребление.

Итак, появление новых условий в нашей стране: повышение теплозащиты зданий, появление оборудования для утилизации тепла вытяжного воздуха, введение сниженного ночного тарифа на электроэнергию, освоение газодвигательных и газотурбинных установок для выработки электрической и тепловой энергии с более высоким КПД, прогрессирующее старение теплопроводов централизованного теплоснабжения - являются основанием для проведения опытного строительства жилого микрорайона на 5-7 зданий без тепловых сетей с домами, для которых энергоносителем на отопление и горячее водоснабжение была бы электрическая энергия. Существующий жилой фонд с традиционными водяными системами отопления еще настолько велик, что он всегда примет тепловую энергию, вырабатываемую в мини-ТЭЦ одновременно с электрической.