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 NO_х и SO_х, 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 , 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) энергоресурсах + + 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 централизованном (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

Предоставлено журналом Мир климата

Статья о строительстве получена: VashDom.ru