Традиційне і альтернативне теплопостачання об'єктів малої теплової потужності

06 Лютого 2009

Энергетический баланс систем генерирования и потребления теплоты и электрической энергии показывает, что 60% энергии теряется с уходящими газами котельных, технологических печей, сушильных и пропарочных камер, а также в тепловых сетях, через стенки общественных и жилых зданий, в системах электроснабжения.

Для выявления причин низкой эффективности полезного использования тепловой и электрической энергии необходимо проводить энергоаудит общественных и жилых зданий, потребителей энергии, технологических установок и котельных /1/. При проведении инструментальных теплоэнергетических обследований предприятий выделяются объекты, которые комплексно обследуются с помощью стационарных или переносных, специализированных, прошедших государственную проверку и аттестованных приборов.
Основным критерием выбора системы теплоснабжения является ее тепловая эффективность, более низкая себестоимость вырабатываемой тепловой энергии как по приведенным затратам, так и с позиций окупаемости инвестиций в реконструкцию (чистый дисконтированный доход).
Для эффективного решения задач энергосбережения, исключения платы за потери в подводящих системах необходимо организовать постоянный учет и контроль расхода энергоносителей /1/. При достаточно сильном износе существующих тепловых сетей и отсутствии необходимого финансирования работ по их замене более короткие тепловые сети от блочных котельных перспективнее и экономичнее (рис.1) /2/.
Блочная котельная — малогабаритная, размещается непосредственно вблизи потребителя либо на крыше. Длина тепловых сетей в этом случае составляет не более 50 м.
В котельной устанавливаются котлы, насосы и теплообменники для приготовления воды на горячее водоснабжение. Кроме того, в котельных целесообразна установка тепловых насосов, утилизирующих теплоту уходящих газов или жидких стоков котельной. С помощью теплового насоса нагревается вода для горячего водоснабжения или генерируется холод для систем кондиционирования.

 Рис.1. Принципиальная компоновка блочной котельной мощностью 2 МВт с котлами КСВа-1,0 Гн и тепловым насосом
K1 — водогрейный газовый котел КСВа-1,0 Гн; K2 — циркуляционный насос контура котла; K3 — циркуляционный насос контура системы отопления; K4 — циркуляционный насос контура котел-теплообменник; K5 — циркуляционный насос системы ГВ; K6 — подпиточный насос системы отопления; K7 — подпиточный насос контура котла; K8 — теплообменник контура котла; K9 — теплообменник ГВ;
K10 — мембранный расширительный бак контура котла; K11 — подпиточный бак контура котла; K12 — подпиточный бак контура котла системы отопления;
K13 — тепловой насос; K14 — циркуляционный насос

Как показано в работе /2/, использование теплового насоса в системах децентрализованного теплоснабжения позволяет повысить коэффициент использования тепловой энергии котельной с 40% до 85%. В летний период тепловой насос может работать за счет утилизации теплоты воды из водоемов, от вторичных теплоносителей промышленных предприятий, гелиоустановок.
Выбор варианта компоновки котельной осуществляется на основе технико-экономического расчета, сопоставления данных энергоаудита существующих котельных (базовый вариант) и расчетных параметров проектируемых котельных /2/.

На рис. 2 приведена графическая зависимость себестоимости выработки 1 МВт теплоты от тепловой мощности источника теплоснабжения.Рис. 2. Зависимость себестоимости тепловой энергии от годовой выработки теплоты котельных
х — типовые существующие котельные;
• — блочные котельные, оборудованные новыми высокоэффективными котлами;
--- — блочные котельные, оборудованные новыми высокоэффективными котлами и тепловым насосом

Из графика видно, что с установкой блочных котельных себестоимость вырабатываемой тепловой энергии снижается на 30-50% за счет более коротких тепловых сетей, а значит, меньших тепловых потерь. При использовании в тепловых схемах тепловых насосов (рис. 3) себестоимость тепловой энергии снижается дополнительно на 25-40 %, так как увеличивается загрузка работы оборудования котельной в течение года /2/.
Перспективна схема теплового насоса с вертикальным грунтовым теплообменником /2/. Грунтовые теплообменники в вертикальных скважинах в последние 10-15 лет широко применяются в качестве низкотемпературного источника тепла для систем отопления и горячего водоснабжения с использованием тепловых насосов /2/. Этот экологически чистый источник теплоты достаточно часто используется, например, в Швейцарии, где в настоящее время эксплуатируется около 4 тыс. таких установок. Вертикальный грунтовой теплообменник размещается в скважине глубиной не более 100 м.

Из альтернативных источников теплоснабжения следует выделить комплексное энергоснабжение, базирующееся на установке блочных котельных и дизель-генераторных установках резервного электроснабжения /3/.

Для получения тепловой энергии в камере сгорания используется дизельное топливо, природный или сжиженный газ. Особенно перспективны мини-ТЭЦ для отдаленных районов сельской местности. В качестве альтернативного топлива в этом случае может использоваться биотопливо (например, метан, полученный в метантенках из отходов сельского хозяйства).

Между подводящими теплоту тепловыми трубами поочередно установлены также тепловые трубы, отводящие теплоту от зернистой массы.
В качестве корпусов тепловых аккумуляторов можно использовать шахтные выемки, заполненные, например горячей водой /4-6/.
К преимуществам использования тепловых труб в качестве теплообменных поверхностей следует отнести простоту компоновки, надежность и стабильность их работы, меньшие гидравлические потери в газовом тракте /4-6/.
К альтернативным источникам тепловой энергии можно отнести также огневую обработку твердых бытовых и производственных отходов (ТБО).