Размещено на http://www.allbest.ru/

Децентрализованные системы теплоснабжения малых и средних населенных пунктов Иркутской области

В.В. Хан, В.А. Кот,

А.А. Манукян, Н.П. Деканова

Аннотации

Жители таких домов зачастую прибегают к сливам теплоносителя в канализацию в целях обеспечения минимально необходимой циркуляции. Это приводит к дополнительным потерям тепловой энергии с теплоносителем. Для повышения перепада давления в сетях персонал подкачивающих насосных станций прибегает к подмешиванию обратного теплоносителя. Фактический температурный график в микрорайонах составляет в лучшем случае 85/65 ?C.

Очень велики потери тепловой энергии в тепловых сетях. На рис.2 представлены фотография и термограмма участка тепловой сети. При температуре наружного воздуха минус 8 градусов температура грунта в зоне тепловой сети составляет +4 ?С.

Дополнительным фактором, влияющим на параметры теплоснабжения жилых и административно-бытовых зданий, является техническое состояние абонентских вводов и способ их присоединения к тепловым сетям. Внутренние системы отопления зданий - двухтрубные с непосредственным присоединением к сетям при отсутствии каких-либо органов регулирования температуры и давления. Кроме того, почти повсеместное отсутствие средств учета и контроля параметров и расхода теплоносителя также не способствует наладке гидравлического режима. При рассмотрении схемы теплоснабжения важнейшим является выбор теплоисточника.

а б

Рис.2. Фото (а) и термограмма (б) участка тепловой сети

Серьезную проблему представляет теплоисточник. В настоящее время централизованное теплоснабжение осуществляется от ТЭЦ бывшего Байкальского целлюлозно-бумажного комбината (БЦБК). Этот источник в первую очередь был предназначен для обеспечения технологическим теплом производства целлюлозы. Мощности теплоэлектроцентрали не являются оптимальными для теплоснабжения города Байкальска, особенно в летнем режиме. ТЭЦ оборудована большими котлами производительностью 160 тонн пара в час. Проектная мощность теплоэлектроцентрали - 583 Гкал/час. После закрытия комбината такая мощность более чем избыточна. Максимальный объем теплопотребления города в настоящее время составляет около 72 МВт (62 Гкал/час). Оборудование ТЭЦ не позволяет эффективно регулировать нагрузки в таком широком диапазоне. Поэтому котлы работают с более высокой производительностью, и, соответственно, потребляют большее количество топлива, чем требуется для города. Инфраструктура ТЭЦ (помещения, системы водоподготовки, топливоподачи и пр.) рассчитана на проектные мощности, и это приводит к высокому уровню расходов на собственные нужды. Перерасход топлива в сочетании с высоким уровнем потерь тепловой энергии в сетях (более 30 %) ложится тяжелым бременем на областной бюджет.

Важной особенностью г. Байкальска является его расположение на берегу оз. Байкал, в зоне с особым экологическим режимом. В частности, в настоящее время здесь вводятся жесткие ограничения на угольные котлы.

С учетом всех факторов видно, что необходимы принципиально иные подходы к схемам теплоснабжения. Варианты подходов могут быть следующие:

реконструкция котлов на существующем теплоисточнике;

замена котлов с использованием экологически чистых видов топлива (газ, пеллеты);

использование теплоисточников, работающих на электрической энергии.

Возможна реконструкция котлов с переводом их на пониженные параметры и устройством муфельных горелок, что позволит понизить порог их эффективной работы и, соответственно, снизить перерасход топлива. Это мероприятие можно рассматривать как временное до ввода в эксплуатацию нового теплоисточника.

При выборе нового теплоисточника важным ограничением является экологическое, не допускающее установку котлов, работающих на угле. Из экологически чистых вариантов возможно применение котлов, работающих на природном газе, сжиженном природном газе (СПГ), сжиженном углероводородсодержащем газе (СУГ), биогазе, на пеллетах, а также теплоисточников, использующих электрическую энергию.

В данной работе рассмотрен вариант применения автономных теплоисточников на базе воздушных теплонасосных установок (ВТНУ). С инвестиционной точки зрения установка воздушного теплового насоса является достаточно привлекательной. Требуется немногим больше капитальных затрат, но это компенсируется, по меньшей мере, техническим обслуживанием и недорогой эксплуатацией системы отопления. Воздушные тепловые насосы можно устанавливать на крышах зданий. Совершенное инверторное управление позволяет наиболее существенно снизить затраты на электроэнергию. В качестве теплогенератора ВТНУ становится отличной альтернативой электрическому котлу, у которого мощность теплоотдачи при отоплении здания равна мощности электропотребления. На рис.3 представлена зависимость коэффициента преобразования (КОП - англ. СОР) от температуры наружного воздуха.

В климатических условиях г. Байкальска среднее значение КОП составляет 3, то есть на 1 затраченный кВт электроэнергии тепловым насосом вырабатывается 3 кВт тепла. В дальнейших расчетах принята нижняя оценка КОП = 2,5.

децентрализованная система теплоснабжение

Температура наружного воздуха, ?С

Рис.3. Зависимость коэффициента преобразования (СОР) от температуры наружного воздуха: блок ТНУ - 7,5 кВт; красная линия соответствует характеристикам ТНУ VRVIII-C, производства фирмы Daikin - Europe N. V.

К системе централизованного теплоснабжения подключено 504 объекта различного назначения общей площадью 420780 мІ, что составляет 97,2 % всего строительного фонда города, или 97,8 % суммарной тепловой нагрузки потребителей. При рассмотрении схемы теплоснабжения г. Байкальска необходимо учитывать в перспективном балансе теплоснабжения то, что в данном городе планируется создание особой экономической зоны (ОЭЗ) для развития туризма, состоящей из районов ОЭЗ "Подгорная" и ОЭЗ "Прибрежная". Это также требует учета при разработке перспективных планов развития системы теплоснабжения.

Стоимость монтажа воздушного ТНУ рассчитывается индивидуально, исходя из технических параметров помещения и других факторов. Срок службы оборудования составляет не менее 20 лет. Установленное оборудование самоокупается уже через 3-5 отопительных сезонов в зависимости от интенсивности эксплуатации. Основным преимуществом эксплуатации воздушно-водяных тепловых насосов является полная независимость от централизованных систем теплоснабжения. Также не требуются разрешения на ввод в эксплуатацию.

В г. Байкальске в настоящее время около 510 абонентов системы централизованного теплоснабжения (табл.1).

Таблица 1. Площадь и тепловая нагрузка групп потребителей

Средняя нагрузка на объект составляет, таким образом, Q_ср = 62/510 = 0,12 Гкал/ч = 141 кВт при среднем значении КОП = 2,5. Это означает, что необходимая электрическая мощность ТНУ на один объект составляет 60 кВт. То есть при стоимости установленного 1 кВт электрической мощности теплонасосной установки 15 тыс. руб. средний уровень капиталовложений на оснащение одного объекта воздушной ТНУ составит около 900 тыс. руб. Всего для оснащения теплонасосными установками 510 объектов г. Байкальска потребуется 460 млн руб.

Для обеспечения надежности и живучести систем теплоснабжения зданий целесообразно в каждой квартире установить пленочные или другие автономные электронагреватели для покрытия пиковых нагрузок и резервирования. В настоящее время средняя стоимость пленочных нагревателей составляет не более 1,3 тыс. руб. /кВт. Общая стоимость установки пленочных нагревателей составит Z = 72 тыс. кВт* 1,5 тыс. руб. /кВт = 102 млн руб.

Кроме того, потребуется коренная реконструкция сетей электроснабжения в целях обеспечения автономных систем теплоснабжения зданий электроэнергией. Стоимость реконструкции системы электроснабжения г. Байкальска можно оценить примерно в 1,2 млрд руб.

При использовании ТНУ исключаются необходимость затрат на реконструкцию теплосетей, а также потери в теплосетях, которые в условиях г. Байкальска в настоящее время выше 30 %. В то же время потери в электрических сетях оцениваются на уровне 7 %.

По сравнению с централизованной системой теплоснабжения теплонасосная установка экологически безвредная. С инвестиционной точки зрения установка воздушного теплового насоса является достаточно привлекательной. Требуется немногим больше капитальных затрат, но это компенсируется минимальным техническим обслуживанием и недорогой эксплуатацией системы отопления.

Исходя из этого, можно сделать вывод, что во многих случаях в населенных пунктах выгоднее устанавливать децентрализованные системы, судя по состоянию нынешних ценовых факторов на тарифы электроэнергии и тепловой энергии.

В табл.2 представлена сравнительная характеристика различных вариантов схем теплоснабжения г. Байкальска. Сопоставляются схемы теплоснабжения с газовыми, угольными теплоисточниками и предлагаемый вариант теплоснабжения с распределенными воздушными ТНУ.

Таблица 2. Сравнительная характеристика вариантов схем теплоснабжения г. Байкальска

Таким образом, результаты работы показывают, что при учете основных факторов, влияющих на эффективность системы теплоснабжения в условиях г. Байкальска, с учетом динамики изменения условий функционирования и перспективного развития объекта более удачным является вариант с распределенными децентрализованными теплоисточниками на основе воздушных тепловых насосов.

Библиографический список

1. Вайнзихер Б. Как регулирование рынка тепла побеждает законы физики [Электронный ресурс]. URL: http://www.forbes.ru/mneniya-column/konkurentsiya/255219-kak-regulirovanie-rynka-tepla-pobezhdaet-zakony-fiziki (19.04.2017).

2. План мероприятий ("дорожная карта")"Внедрение целевой модели рынка тепловой энергии": утв. распоряжением Правительства Российской Федерации от 02.10.2014 № 1949-р.

3. Хан В.В., Деканова Н.П., Романова Т.А., Шараева С.А. Комплексный анализ эффективности энергосберегающих мероприятий для объектов социальной сферы Восточной Сибири на основе системного подхода // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2017. Т.7, № 1. С.84-93.

4. О ценообразовании в сфере теплоснабжения: постановление Правительства РФ от 22.10.2012 № 1075 (ред. от 22.11.2016).

5. Деканова Н.П., Хан В.В. Подходы теории нечетких множеств в задачах диагностики тепловых сетей и объектов теплопотребления // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2011. № 4 (32). С.96-101.

6. Хан В.В., Деканова Н.П., Романова Т.А. Разработка и технико-экономическое обоснование мероприятий по повышению энергетической эффективности систем энергопотребления рекреационных объектов Прибайкалья // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2016. № 4 (19). С.146-156. DOI: 10.21285/2227-2917-2016-4-147-156

7. Примеры установок с использованием воздушных тепловых насосов De Dietrich KALIKO ESSENTIEL [Электронный ресурс]. URL: http://teplovoy-nasos. baltcomfort.ru/teplovoj-nasos/vozdushnye-teplovye-nasosy/vozdushnye-teplovye-nasosy-de-dietrich/primery-ustanovok-s-ispolzovaniem-vozdushnykh-teplovykh-nasosov-de-dietrich-kaliko-essentiel.html (19.04.2017).

8. Возобновляемые источники энергии (опыт компиляции) [Электронный ресурс]. URL: www.conf. obozrevatel.com/conference/1501 (24.11.2016).

Размещено на Allbest.ru