Анализ перспективных систем теплоснабжения

В этом докладе рассмотрены вопросы, связанные с переходом систем централизованного
теплоснабжения на децентрализованное. Рассмотрены положительные и отрицательные
стороны обеих
систем. Представлены результаты проведенного сопоставления этих систем.

Ориентация российской энергетики на теплофикацию и централизованное теплоснабжение
как основной способ удовлетворения тепловых потребностей городов и промышленных
центров технически и экономически себя оправдали. Однако в работе систем централизованного
теплоснабжения и теплофикации имеется много недостатков, неудачных технических
решений, неиспользованных резервов, которые снижают экономичность и надежность
функционирования таких систем [1].

Производственный характер структуры систем централизованного теплоснабжения
(СЦТ) с ТЭЦ и котельными, необоснованность масштабов подключения потребителей
и практическая
неуправляемость режимами работы СЦТ (источники — тепловые сети – потребители)
во многом обесценили преимущества централизованного теплоснабжения. Если
источники тепловой энергии еще сопоставимы с мировым уровнем, то анализ в целом
СЦТ показывает,
что:

  • техническая оснащенность и уровень технологических решений при строительстве
    тепловых сетей соответствуют состоянию 1960-х годов, в то время как
    резко увеличились радиусы теплоснабжения, и произошел переход на новые типоразмеры
    диаметров
    труб;
  • качество металла теплопроводов, теплоизоляция, запорная и регулировочная
    арматура, конструкции и прокладка теплопроводов значительно уступает
    зарубежным аналогам,
    что приводит к большим потерям тепловой энергии в сетях;
  • плохие условия теплогидроизоляции теплопроводов и каналов тепловых
    сетей способствовали повышению повреждаемости подземных теплопроводов,
    что привело
    к серьезным проблемам
    замены оборудования тепловых сетей;
  • отечественное оборудование крупных ТЭЦ соответствует среднему зарубежному
    уров ню 1980-х годов, и в настоящее время паротурбинные ТЭЦ характеризуются
    высокой
    аварийностью, так как практически половина установленной мощности
    турбин выработала расчетный ресурс;
  • на действующих угольных ТЭЦ отсутствуют системы очистки дымовых
    газов от NOх и SOх, а эффективность улавливания твердых частиц
    часто не достигает
    требуемых значений;
  • конкурентоспособность СЦТ на современном этапе можно обеспечить
    только внедрением специально новых технических решений, как
    по структуре систем,
    так и по схемам,
    оборудованию энергоисточников и тепловых сетей.

Кроме того, принимаемые на практике традиционные режимы работы
централизованного теплоснабжения имеют следующие недостатки:

  • практическое отсутствие регулирование отпуска теплоты на
    отопление зданий в переходные периоды, когда особенно
    большое влияние на
    тепловой режим
    отапливаемых помещений оказывают ветер, солнечная радиация,
    бытовые тепловыделения;
  • перерасход топлива и перетоп зданий в теплые периоды отопительного
    сезона;
  • большие потери теплоты при его транспортировке (около
    10%), а во многих случаях — намного больше;
  • нерациональный расход электроэнергии на перекачку теплоносителя,
    обусловленный самим принципом центрального качественного
    регулирования;
  • длительная эксплуатация подающих трубопроводов теплосети
    в неблагоприятном режиме температур, характеризующимся
    нарастанием коррозионных процессов
    и др.

Современная система децентрализованного теплоснабжения
представляет сложный комплекс функционально взаимосвязанного
оборудования,
включающего автономную
теплогенерирующую
установку и инженерные системы здания (горячее
водоснабжение, системы отопления и вентиляции).

В последнее время многие регионы России проявляют
интерес к внедрению энергоэффективной технологии
поквартирного
теплоснабжения многоэтажных
домов, представляющего
собой вид децентрализованного теплоснабжения,
при котором каждая
квартира в многоквартирном
доме оборудуется автономной системой обеспечения
теплотой и горячей водой. Основными элементами
системы поквартирного
отопления
являются
отопительный
котел, отопительные
приборы, системы подачи воздуха и отвода продуктов
сгорания. Разводка выполняется с применением
стальной трубы или
современных теплопроводных
систем — пластиковых
или металлопластиковых.

Объективными предпосылками внедрения автономных
(децентрализованных) систем теплоснабжения
является:

  • отсутствие в ряде случаев свободных мощностей
    на централизованных источниках;
  • уплотнение застройки городских районов
    объектами жилья;
  • кроме того, значительная часть застройки
    приходится на местности с неразвитой
    инженерной инфраструктурой;
  • более низкие капиталовложения и возможность
    поэтапного покрытия тепловых нагрузок;
  • возможность поддержания комфортных
    условий в квартире по своему
    собственному желанию,
    что в
    свою очередь
    является более привлекательным
    по сравнению
    с квартирами при централизованном
    теплоснабжении, температура в которых зависит
    от директивного
    решения о начале и окончании
    отопительного периода;
  • появление на рынке большого количества
    различных модификаций отечественных
    и импортных (зарубежных)
    теплогенераторов
    малой мощности.

Теплогенераторы могут размещаться
на кухне, в отдельном помещении
на любом
этаже (в
том числе
чердачном
или подвальном) или
в пристройке.

Наиболее распространенная схема
автономного (децентрализованного)
теплоснабжения
включает в себя: одноконтурный
или двухконтурный котел, циркуляционные
насосы для отопления и горячего
водоснабжения, обратные клапаны,
закрытые расширительные
баки, предохранительные клапаны.
При одноконтурном котле для
приготовления горячего водоснабжения
применяется емкостной или пластинчатый
теплообменник.

Достоинствами децентрализованного
теплоснабжения являются:

  • отсутствие необходимости
    отводов земли под тепловые
    сети и котельные;
  • снижение потерь теплоты
    из-за отсутствия
    внешних тепловых
    сетей, снижение
    потерь сетевой воды,
    уменьшение затрат
    на водоподготовку;
  • значительное снижение
    затрат на ремонт
    и обслуживание оборудование;
  • полная автоматизация
    режимов потребления.

В автономных системах
теплоснабжения
не рекомендуется использовать
неподготовленную
воду
из водопровода
в виду ее агрессивного
воздействия на
элементы котла, что вызывает
необходимость в
фильтрах и
других устройствах
водоподготовки.

Среди экспериментальных
зданий, построенных
в российских
регионах, есть как элитные
дома, так
и дома массовой
застройки.

Квартиры в них
стоят дороже
аналогичного
жилья с централизованным
теплоснабжением.
Однако
уровень комфорта
дает им преимущества
на
рынке
недвижимости.
Их владельцы
получают
возможность
самостоятельно решить,
сколько им
нужно теплоты и горячей
воды; исчезает
проблема
сезонных и
других перебоев в теплоснабжении.
Децентрализованные
системы
любого вида
позволяют исключить
потери энергии
при ее транспортировке
(в результате
снижается
стоимость теплоты
для
конечного потребителя),
повысить
надежность
систем отопления и горячего
водоснабжения,
вести жилищное
строительство
там, где нет
развитых тепловых
сетей.

При всех этих
достоинствах
децентрализованного
теплоснабжения
имеются и
негативные стороны. У
мелких котельных,
в
том
числе и «крышных»,
высота дымовых
труб,
как правило,
значительно
ниже, чем
у крупных.
При суммарном
равенстве
тепловой мощности
величины
выбросов не
изменяются,
однако резко
ухудшаются
условия рассеивания.
Кроме
того,
небольшие
котельные располагаются,
как правило,
вблизи
жилой
зоны.

 

Показатели Центр-ное теплоснабж. Децентр-ное теплоснабж.
1. Экономические
1)
Приведенные затраты
ПЗ=Ен*К+И (кап. влож.):
а) источник тепловой и электроэнергии +
б) котел + +
в) тепловые и электрические сети +
г) ЦТП (МТП, ИТП, ТП) +
д) насосы + +
е) теплообменники +
ж) баки аккумуляторы + +
з) местные системы теплоснабжения + +
и) газовая сеть +
2) Эксплуатационные расходы
а) ежегодные отчисления на амортизацию,
текущий ремонт и ТБ.
+

б) расход топлива

+

+

в) тепловые потери +
г) перекачка теплоносителя +
д) теплоноситель (вода) + +
е) ХВО подпиточной воды + +
ж) обслуживание систем теплоснабжения + +
з) отчуждение земли +
и) зарплата работникам +
2. Экологические
1) Количество вредных веществ (СО2, NO2, зола)
удаляемые в атмосферу
+ +
2) // удаляемые в водоем + +
3) потребность в невозобновляемых (природных)
энероресурсах
+ +
3. Надежностные
1) Надежность систем + +
4. Комфортные
1) Колебания внутренней температуры воздуха
в течение суток
+
2) Среднесуточные затраты времени населения на
обслуживание
+
3) Безопасность (последствия аварий) + +
5. Металлоемкость + +
6. Площадь здания занимаемая оборудованием + +
7. Срок строительства систем теплоснабжения до
ввода в эксплуатацию
+ +
8. Срок службы основного оборудования
до полной замены
+ +
9. Годовой расход топлива + +
10. Расход электроэнергии
1) На перекачку теплоносителя в тепловой сети +

 

В пользу
централизованного
теплоснабжения
следует
также рассматривать
комбинированную
выработку
тепловой
и электрической
энергии
на ТЭЦ. Дело
заключается
в том,
что рост
количества
автономных
котельных
однозначно
не приведет
к снижению
потребления
топлива
на ТЭЦ
(при условии неизменной
выработки
электроэнергии).
Это говорит
о
том,
что в
целом
по городу
возрастает
потребление
топлива,
и
уровень
загрязнения воздушного
бассейна
увеличивается
[1].

При сравнении
вариантов
одними
из основных
показателей
являются
следующие
виды
затрат.
Они
наглядно
представлены
в таблице
1 [2].
В качестве
подтверждения
вышеизложенного
нами
был произведен
расчет
двух
вариантов систем
с централизованным
и децентрализованным
теплоснабжением
одного
квартала.
Рассматриваемый
квартал
представляет
собой
четыре 3-х
секционных
5-и
этажных
жилых
здания. На этаже
каждой
секции
расположены
по четыре
квартиры
общей
площадью 70 м2.

 

Рис.1. Зависимость удельной стоимости котлов от установленной мощности

 

Допустим,
что
данный район
отапливается
котельной
с 3-я
котлами
КВГМ-4
на
природном газе
(I—
вариант). В
качестве
II
варианта
— индивидуальный
газовый
котел
со
встроенным
проточным
теплообменником
для
приготовления горячей
воды.

Зависимость
удельной
стоимости
котла
(DM/кВт)
от
установленной
мощности
приведена
на
рис
1.

Расчет
нами
был
произведен
в
соответствии
с
[3].

При

анализе зависимостей

использовались данные

для импортных

котлов.

 

Рис.2. Годовой расход топлива при централизованном
(1— без тепловых потерь; 2–4 — соответственно при 10%-, 20%-, 30%-ных
тепловых потерях) и децентрализованном (соответственно минимальные и
максимальные тепловые потери) теплоснабжении

 

Котлы

российского производства

на 20–40

% дешевле,

в зависимости

от фирмы-производителя

и фирмы

посредника. При

определении основных

технико-экономических показателей

для

децентрализованных систем

теплоснабжения необходимо

учитывать расходы,

связанные с

увеличением величины

диаметров газопроводов

низкого давления,

так как

в этом

случае возрастают

потери газа.

Но в

этом есть

положительный фактор,

выступающий в

пользу децентрализованного

теплоснабжения: отпадает

необходимость в

прокладке тепловых

сетей.

Расчетные

данные наглядно

представлены на

рис 2,

3, из

которых видно,

что:

  • годовой расход

    топлива при

    децентрализованном теплоснабжении

    снижается

    в среднем

    на 40–50

    %;

  • снижаются затраты

    на обслуживание

    примерно в

    2,5–3 раза;

  • затраты на

    электрическую энергию

    в 3

    раза;

  • эксплуатационные

    расходы

    при децентрализованном

    теплоснабжении

    также

    меньше, чем

    при централизованном

    теплоснабжении.

Применение

поквартирной

системы

теплоснабжения

многоэтажных

жилых домов

позволяет

полностью

исключить потери

тепла в

тепловых сетях

и при

распределении

между

потребителями,

и

значительно

снизить

потери на

источнике. Позволит

организовать

индивидуальный

учет и

регулирование

потребления

теплоты в

зависимости

от

экономических

возможностей

и физиологических

потребностей.

Поквартирное

теплоснабжение

приведет

к снижению

единовременных

капитальных

вложений и

эксплуатационных

затрат,

а также

позволяет экономить

энергетические

и

сырьевые ресурсы

на выработку

тепловой энергии

и как

следствие

этого,

приводит к

уменьшению нагрузки

на экологическую

обстановку.

 

Рис.3. Суммарные расходы при центплизованном
(1— без тепловых потерь; 2–4 — соответственно при 10%-, 20%-, 30%-ных
тепловых потерях) и децентрализованном (соответственно минимальные и
максимальные тепловые потери) теплоснабжении

 

Поквартирная

система

теплоснабжения

является экономически,

энергетически,

экологически

эффективным

решением

вопроса

теплоснабжения

для многоэтажных

домов.

И

все-таки,

необходимо

проводить

всесторонний

анализ

эффективности

применения

той

или иной

системы теплоснабжения,

принимая

во

внимание множество

факторов.

Виктор Жила,
Юлия Маркевич,
Московский государственный
строительный университет
(МГСУ), Россия

Предыдущая статьяИнтернет-приколы
Следующая статьяЧиллеры CLIVET. Система кондиционирования с чиллером ELFO ENERGY

Решение года