 |
Тезисы докладов Всероссийской научно-практической конференции "Энергоресурсосбережение в строительстве и жилищно-коммунальном комплексе"-2004 (Ярославль, 20 - 21 октября 2004 г.):
Проблемы и перспективы снижения затрат на теплоснабжение объектов в сфере ЖКХ за счет применения теплонасосных технологий
Закиров Данир Галимзянович, заведующий отделом энергосберегающих технологий и природоохранного оборудования (ЭТПО) Межотраслевого Научно-Исследовательского Института Экологии Топливно-Энергетического Комплекса (МНИИЭКО ТЭК), генеральный директор Ассоциации энергетиков Западного Урала, д.т.н.;
Полежаев Андрей Викторович, инженер МНИИЭКО ТЭК (Пермь)
Острие решения проблем энергосбережения тепловой энергии на сегодняшний день сосредоточено в жилищно-коммунальном секторе.
На отопление и горячее водоснабжение, вентиляцию и электроснабжение гражданских зданий расходуется в России около 30% всего добываемого топлива в стране.
Системами централизованного теплоснабжения, являющимися локальными монополиями вырабатывается около 1,4 млрд. Гкал тепла в год. В жилищно-коммунальном хозяйстве страны в настоящее время эксплуатируется порядка 68 тыс. (включая ведомственные) котельных, которые вырабатывают около 600 тыс. Гкал тепловой энергии в год. В большинстве городов РФ сложилась крайне неблагоприятная обстановка с содержанием энергетического хозяйства, где свыше 40% бюджета города расходуется на теплоснабжение.
Около 50% объектов и инженерных сетей требует замены, не менее 15% находится в аварийном состоянии. На каждые 100 км тепловых сетей ежегодно регистрируется в среднем 70 повреждений. Потери в тепловых сооружениях и сетях достигают свыше 30%, а с утечками теплоносителя ежегодно теряется более 250 млн. м3 воды. Главные резервы экономии ТЭР сосредоточены не только у потребителя, но и в инженерных сетях, в том числе 25–60% по теплу.
Причин такого состояния коммунальной энергетики много. Это и дефицит финансов, износ оборудования и тепловых сетей, и слабое разграничение зон полномочий в коммунальной энергетике, а также отсутствие перспективных схем развития систем теплоснабжения с разработкой и внедрением высокоэффективных технологий использования вторичных энергетических ресурсов (ВЭР).
В существующих условиях требуются новые подходы к решению проблемы снижения затрат на теплоснабжение: разработка комплексной программы теплоснабжения, ориентированного на реализацию потенциала экономии ТЭР; совершенствование тарифной политики и стимулирования потребителей энергоресурсов; повышение эффективности использования тепловой энергии; создание действенного механизма, стимулирующего снижение затрат на теплоснабжение в сфере ЖКХ; новые научные разработки, широкий круг исследований; разработка новых энергосберегающих технологий и оборудования, основанных на вовлечение в процесс получения тепловой энергии ВЭР, обеспечивающих снижение себестоимости тепла, его потерь при выработке и транспортировке.
Существенное улучшение экономических и экологических характеристик производства тепловой энергии достигается с помощью теплонасосоных установок (ТНУ), позволяющих трансформировать низкопотенциальную теплоту ВЭР и возобновляемых природных источников до более высоких температур, пригодных для целей теплоснабжения. Кроме того, применение ТНУ дает возможность приблизить тепловые мощности к местам потребления, минимизировать протяженность тепловых сетей, рассредоточить выбросы в регионе и получать в системах отопления 3-8 кВт эквивалентной тепловой энергии в зависимости от температуры низкопотенциальных источников, затрачивая при этом 1 кВт электрической энергии.
Важнейшей особенностью ТНУ является универсальность по отношению к виду первичной энергии, возможность использования практически всех видов энергии, поскольку компрессор ТНУ может приводить в действие механическим, электрическим и любым тепловым двигателем. Это способствует оптимизации топливного баланса с замещением дефицитных энергоресурсов менее дефицитными видами.
Крупным преимуществом схем теплоснабжения ТНУ с электрическим приводом является их высокая экологическая эффективность. ТНУ расходуют в 3–4 раза меньше топлива. По сравнению с электроотоплением расход электроэнергии сокращается на 50–70%. Благодаря полной автоматизации ТНУ не требует постоянного обслуживания.
Как свидетельствует мировой опыт, ТНУ довольно интенсивно вытесняют традиционные схемы теплоснабжения, основанные на сжигании органического топлива. ТНУ могут использоваться в качестве квартирных, домовых, квартальных и районных источников теплоснабжения. Они не требуют больших сроков строительства. ТНУ могут размещаться вблизи потребителей, что позволяет минимизировать протяженность тепловых сетей, практически исключив потери тепловой энергии при транспортировке.
Согласно прогнозам МИРЭК к 2020 году в развитых странах 75% теплоснабжения (коммунального и промышленного) будет осуществляться с помощью тепловых насосов.
Массовое производство и внедрение ТНУ осуществляется в США, Японии, ФРГ, Швеции, Канаде, Франции, Дании, Австрии, Норвегии, Нидерландах и других странах.
Россия пока существенно отстает в этой сфере, хотя имеется огромный потенциал низкотемпературных ресурсов, которые можно использовать для теплоснабжения. Между тем с учетом более жестких климатических условий и более продолжительного отопительного периода экономическая и экологическая эффективность от применения ТНУ у нас будет намного выше, чем в странах Европы, США и Канады.
В современных условиях факторами, способствующими повышению роли теплонасосной техники и стимулирующие ее развитие, являются: рост стоимости топлива, ужесточение экологических требований; повышающий конкурентоспособность ТНУ; необходимость усовершенствования и снижения топливо- и капиталоемкости теплоснабжения.
Отдел энергосберегающих технологий и природоохранного оборудования МНИИЭКО ТЭК проблемой использования вторичных энергоресурсов и низкопотенциального тепла занимается с 1986 г. В данном направлении достигнуты значительные теоретические и практические результаты.
В 1988 г. впервые в СССР была разработана и внедрена технология утилизации тепла оборотной воды компрессоров на шахте "Ключевская" ПО "Кизелуголь" (Пермская область) с применением тепловых насосов для улучшения охлаждения процесса сжатия воздуха и отопления промплощадки шахты.
В 1994 г. на основе результатов исследований был выполнен рабочий проект технологического комплекса утилизации низкопотенциального тепла шахтной воды для шахты "Зенковская" АО "Прокопьевскуголь". С помощью данной теплонасосной установки мощностью 2,4 МВт проектом предусмотрено покрывать круглогодичную нагрузку системы горячего водоснабжения и базовую нагрузку отопления.
В 1995 г. был выполнен рабочий проект, предусматривавший применение тепловых насосов для шахты "Степановская" АО "Ростовуголь" по утилизации низкопотенциальной теплоты хозяйственно-бытовых стоков с целью улучшения температурного режима их очистки.
В последние годы выполнен большой объем научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию эффективных технологий, получено около 10 патентов. Разработана опытная технология утилизации низкопотенциального тепла сбросных шахтных вод с применением компрессионных тепловых насосов.
В 2001 году на шахте "Осинниковская" ОАО "Кузнецкуголь" в Кемеровской области впервые в России была испытана опытно-промышленная установка по утилизации низкопотенциального тепла шахтных вод, которая полностью покрывает потребности горячего водоснабжения шахты и позволяет отключить шахтную котельную в летнее время года.
Опытная эксплуатация показала высокие технико-экономические и экологические показатели: снижение себестоимости вырабатываемой 1 Гкал тепловой энергии в 2,5 раза, по сравнению с теплом, получаемым от угольной котельной шахты; полное исключение вредных выбросов в атмосферу, образующихся при сжигании угля, и штрафов за эти выбросы.
Значительным тепловым потенциалом располагают хозяйственно-бытовые стоки в коммунальном хозяйстве, используя которые можно значительно снизить себестоимость тепловой энергии.
Для снижения затрат на теплоснабжение была разработана технология утилизации низкопотенциального тепла неочищенных сточных вод с помощью тепловых насосов, что позволяет использовать бросовое тепло канализационных стоков для отопления канализационной насосной станции (КНС). Осенью 2000 года на РНС-3 "Гайва" МП "Пермводоканал" указанная технология внедрена; в течение 4-х отопительных сезонов она полностью обеспечила потребности насосной станции в отоплении и горячем водоснабжении. В сравнении с электроотоплением себестоимость 1 Гкал тепла снизилось в 4,6 раза. Срок окупаемости проекта составил 1 год.
Кроме того, по заказу Госстроя РФ в 2003 году в рамках НИР "Разработка методических рекомендаций по применению теплонасосных технологий и методики расчета технико-экономической эффективности ее применения в сфере ЖКХ" нами была произведена оценка экономической эффективности применения теплонасосных технологий в ЖКХ в соответствии с разработанной институтом МНИИЭКО ТЭК методике оценки эффективности применения теплонасосных технологий. Расчеты были произведены в случае замещения теплонасосными технологиями традиционных источников тепловой энергии в системах теплоснабжения, и в случае использования во вновь строящихся системах теплоснабжения. В качестве источников тепловой энергии для систем теплоснабжения рассматривались котельные, работающие на газе, угле, мазуте и отопление электрокотлами. Мощность сравниваемых источников тепловой энергии была принята 1 Гкал/час. Продолжительность работы в году составляет 5496 часов, что соответствует продолжительности отопительного периода для г. Перми.
Полученные данные показывают, что эксплуатационные затраты при использовании теплонасосных технологий в качестве источника тепловой энергии в 3,7 раза меньше, чем при использовании электрообогрева, в 1,3 раза меньше, чем при использовании газовой котельной, в 2,4 раза меньше, чем при использовании мазутной котельной и в 1,9 раза меньше, чем при использовании угольной котельной.
В прошлом году по заказу Минэнерго РФ нами были проведены научно-исследовательские работы по определению потенциала использования низкопотенциального тепла.
Наибольший потенциал использования имеют шахтные воды. Загрязненные и очищенные хозбытовые стоки, техническая вода тепловых и атомных электростанций, тепловые сбросы промышленных предприятий для использования которых в условиях рыночной экономике становится актуальным проведение научно-исследовательских работ и разработка эффективных теплосъемников, теплообменников работающих в загрязненных и агрессивных средах и соответствующих технологий с применением тепловых насосов.
Согласно проведенных расчетов за счет отбора теплоты нетрадиционных источников и использования ВЭР можно снизить теплопотребление в России примерно на 30% , а в жилищно-коммунальном секторе до 40%, сэкономив за счет использования вторичных энергетических ресурсов - более 30 млн. т.у.т.
Тепловые насосы в перспективе найдут широкое применение в жилом и общественном секторах.
Эффективность систем теплоснабжения с применением тепловых насосов во многом определяется наличием источника низкопотенциальной теплоты. Источниками низкотемпературной теплоты для ТНУ в коммунальном хозяйстве могут служить грунтовая вода, наружный воздух, тепло грунта, теплота канализационных стоков, загрязненных и очищенных хозбытовых стоков, а также водопроводная вода.
Для систем теплоснабжения индивидуальных домов необходимо наличие постоянного температурного потенциала. Этим требованиям отвечают грунт и грунтовые воды.
Используя температуру сбрасываемой горячей воды в квартирах, теплоту вытяжного воздуха систем вентиляции, кондиционирования можно снизить на 30-40% потребление тепловой энергии в жилом секторе.
Теплоснабжение объектов водопроводно-канализационного хозяйства городов и муниципальных образований осуществляется, как правило, от собственных источников теплоснабжения, сжигающих органическое топливо или электрокотельных. Для теплоснабжения этих объектов можно использовать низкотемпературное тепло перекачиваемых ими очищенных или загрязненных хозбытовых стоков, а также водопроводной воды.
Как показывают исследования, температура сточных канализационных вод составляет 20–30°С и изменяется в малых пределах в течение года. При использовании ТНТ, даже при температуре канализационных стоков 18–22°С, затрачивая 1 кВт-ч электрической энергии, можно получить 5–6 кВт-ч утилизированной тепловой энергии.
Опыт внедрения и 4-х летняя эксплуатация технологии утилизации загрязненных хозбытовых стоков, разработанной институтом МНИИЭКО ТЭК в МП "Пермводоканал" (г. Пермь) показывает что, при сложившихся на рынке ценах на тепловую и электрическую энергию себестоимость 1 Гкал тепла выработанного тепловым насосом ниже стоимости централизованного теплоснабжения в 2,5 раза и в 4,6 раза ниже, по сравнению с электроотоплением.
В рамках федеральной целевой программы "Энергоэффективная экономика" раздела "Энергоэффективность ЖКХ" проведены работы по разработке рекомендаций по применению ТНТ и методики расчета технико-экономической эффективности ее использования в сфере ЖКХ. Разработанные рекомендации подтверждают широкие возможности использования ТНТ для повышения эффективности коммунальной энергетики и существенного снижения затрат в коммунальном энергохозяйстве на выработку тепловой энергии. В дальнейшем необходимо, разработать и реализовать отраслевую программу по созданию и внедрению высокоэффективных технологий и оборудования с применением ТНУ для снижения затрат на теплоснабжение объектов жилищно-коммунального хозяйства.
В настоящее время широкое внедрение ТНТ по утилизации низкопотенциальной теплоты сдерживается из-за перекоса цен на тепловую и электрическую энергию, отсутствия необходимых нормативно-законодательной базы и инвестиционного климата, а самое главное — недостаточного внимания и поддержки государственных и региональных органов власти к данной проблеме. Для широкого внедрения энергосберегающих высокоэффективных технологий с использованием тепловых насосов необходимо:
- создать законодательно-нормативную базу, способствующую внедрению технологий с применением ТНУ в жилищно-коммунальной сфере;
- разработать до 2010 г. государственную Программу, предусмотрев объемы научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию новых технологий; конструкций экономичных и эффективных тепловых насосов для теплоснабжения и горячего водоснабжения объектов социальной сферы и индивидуальных домов; экологически чистых хладагентов, а также необходимые финансовые ресурсы для их активного внедрения;
- Федеральной энергетической комиссии разработать и предложить эффективные меры по устранению перекоса цен на тепловую и электрическую энергию позволяющую использовать ВЭР;
- в государственных научно-технических программах по линии Министерства образования и науки РФ ввести раздел по исследованию, созданию и внедрению новых энергосберегающих технологий с применением тепловых насосов для теплоснабжения объектов социальной и коммунальной сферы;
- для предприятий, внедряющих ТНУ, установить налоговые льготы, а также тарифы на оплату электроэнергии, потребляемой приводами тепловых насосов.
|
|
|
