Автономные источники теплоснабжения

Автономные источники теплоснабжения

В настоящее время в качестве автономных источников используются не только традиционные отдельно стоящие котельные, которые сегодня сооружаются в вариантах блочных и модульных, но и встроенные, пристроенные к зданиям, подвальные котельные, запрещённые к устройству до недавнего времени Госгортехнадзором РФ, но широко применяемые в западной Европе, а также крышные котельные, наиболее часто используемые в условиях крупных городов США и Канады. Следует отметить, что проекты современных крышных котельных также осуществляются в блочных и модульных решениях.

Блочные и модульные варианты автономных котельных значительно сокращают сроки монтажа, т.к. они представляют собой сборки высокой заводской готовности, не требующие значительного времени для устройства и пуска котельной в работу.

Крышный вариант автономных источников теплоснабжения широко применяется в Северной Америке. В районах плотной городской застройки таких мегаполисов, как Чикаго, Детройт, Сиэтл (США), Торонто и Ванкувер (Канада), на долю крышных котельных приходится до 80% общего производства тепловой энергии. Североамериканский опыт строительства и эксплуатации таких котельных насчитывает уже много десятков лет. Преимуществами этих котельных, по сравнению с другими типами являются: отсутствие необходимости в отводе дорогостоящего земельного участка, как в случае с отдельностоящей котельной в центре мегаполиса (где земля стоит очень дорого); отсутствие необходимости в дымоотводящих трубах большой высоты; котельная группа находится в благоприятных гидравлических условиях (отсутствие статического давления столба воды на котлы и арматуру); идеальные естественные условия для подачи первичного и вторичного воздуха к котлам; отсутствие опасности в случаях аварийного поступления природного газа или дымовых газов в помещение котельной (постоянное проветривание); благоприятные условия для развеивания дымовых газов котельной, расположенной на крыше высотного здания (экологический фактор);

В России крышные котельные получили распространение лишь в последние годы. В настоящее время в Москве и ряде других российских городов в течении ряда отопительных сезонов работают несколько десятков автономных котельных в крышном варианте, оборудованных котлами различных производителей. В России существует как положительный, так и отрицательный опыт применения различных котлов в крышных котельных. При этом выработан ряд критериев выбора основного оборудования для котельных в крышном варианте: низкие показатели по шуму и вибрации; ремонтоприодность и простота сервиса, минимальный вес, в т.ч. вес теплоносителя в котле; габаритные размеры. Этим условиям идеально удовлетворяют гидронные котлы Mighty Therm и RHEOS производства корпорации LAARS Heating systems (США), которые будут рассмотрены в следующем разделе.

Эти котлы предназначены для работы в полностью автоматизированном режиме и не требуют присутствия постоянного обслуживающего персонала. Так, работа котельных, расположенных в Москве по ул.Новослободская, д.2/1, проезду Нансена, владение 3, и ещё более 10 котельных, оборудованных котлами Mighty Therm контролируются в режиме реального времени, посредством модемной связи, компьютером, установленным в диспетчерском центре компании “ТГВ-Комплекс” на ул.Дубнинская, 79А. При этом осуществляется контроль тепловых параметров как отопления, так и ГВС зданий, а также осуществляется учёт потреблённого тепла.

Следует ещё раз подчеркнуть, что, учитывая исторически сложившуюся и весьма развитую централизованную систему теплоснабжения в Москве и других регионах России, автономные источники следует рассматривать как дополнение, а не как полную альтернативу централизованным источникам. Накопленный опыт показывает, что разумное и экономически целесообразное сочетание централизованного и автономного теплоснабжения в условиях России, является одним из ключевых направлений в области повышения эффективности использования тепловой энергии.

К началу 50-х годов прошлого века в Советском Союзе была создана система теплоснабжения, характеризующаяся высокой степенью централизации. Для своего времени это была достаточно передовая система. В настоящее время многие страны Европы, такие, как Дания, также идут по пути централизации выработки тепловой энергии. Этот путь, с учётом современных достижений в применяемых материалах, технологиях и средствах автоматизации, имеет свои преимущества. Около 80% тепловой энергии в России сегодня производится за счет централизованных источников. И с этим нельзя не считаться. Развитая сеть централизованного теплоснабжения, а также теплопроводов предъявляют определённые требования к выбору источника тепла. Преимуществами централизованных источников называют: меньшие затраты на выработку единицы энергии при её массовом производстве; более высокие экологические параметры при её выработке, хотя, при нынешней ситуации в состоянии централизованной системы теплоснабжения в России (в отличие от стран западной Европы) , эти положения являются весьма спорными (см. ниже).

Централизованная система, при всех её преимуществах и недостатках, требует значительных затрат на эксплуатационные расходы и модернизацию, связанную с уменьшением теплопотерь. Кроме того, централизованная система требует значительных затрат на регулирование теплоснабжения для конечных потребителей. Именно системы централизованного теплоснабжения, ориентированные на ресурсо- и энергосбережение, оснащённые высокой степенью автоматизации и регулирования на всех ступенях, вплоть до поквартирного, применяются сегодня в ряде стран западной и центральной Европы.

Рекомендуемые материалы

В том виде, в котором централизованная система создавалась в нашей стране, она была не регулируемой изначально (по температурным параметрам) для конечного потребителя. Эта тенденция имеет место и сегодня.

Следует учитывать, что за последние десятилетия, в эксплуатацию централизованных сетей, а также в их модернизацию, не вкладывалось, да и не вкладывается сейчас достаточных средств. Следствием этого является на сегодняшний день почти 80% износ сетей, нарушение их теплоизоляции, другие негативные факторы, и, как результат, весьма значительные потери производимого тепла (до 30-50% - в зависимости от региона). Так, в соответствии с данными по Саратовской области, наиболее характерными потерями в тепловых сетях являются:

1.

1. потери через некачественную изоляцию теплопроводов, из-за чего у конечных потребителей от ТЭЦ-2 и ТЭЦ-5 температура теплоносителя на 8-10°С ниже прямой сетевой воды с ТЭЦ;

2. утечки через дренажи в системах потребителей и несанкционированный открытый водоразбор. Так, только по г.Саратову безвозвратно теряется по этим причинам около 1500 т/ч воды (Тср=45°С) или примерно 70 Гкал/ч;

3. утечки из-за неплотности арматуры и теплопроводов;

4. затопление теплопроводов в каналах водопроводными и грунтовыми водами.

Эти данные взяты из Областной программы по энергосбережению Саратовской области. В программе намечены меры по исправлению ситуации: перекладка физически изношенных участков теплосети, восстановление теплоизоляции теплопроводов, ремонт и замена дефектной арматуры и компенсаторов тепловых сетей, осушка камер и каналов теплосети, внедрение группового регулирования отпуска тепла, диагностика состояния металла и тепловой изоляции теплопроводов – т.е. это те самые режимные мероприятия, применяемые при нормальной эксплуатации сетей, на которые из года в год в стране не хватает средств.

Дефицит централизованных средств на содержание тепловых сетей, как правило, перекладывается на плечи конечного потребителя, что, в свою очередь, приводит к росту тарифов, а конечный потребитель тепловой энергии, исходя из реальных общих доходов населения России, в состоянии оплачивать сегодня не более 50% существующих тарифов на коммунальные услуги.

Наряду с групповым регулированием отпуска тепла (отражённым выше, в мероприятиях по Саратовской области), необходимо также предусматривать регулирование тепловых параметров по каждому потребителю в отдельности – т.е. контроль теплового режима конкретного здания, а также поквартирное регулирование теплопотребления.

При проектировании энергоэффективных систем отопления, согласно требованиям общероссийских и региональных норм, следует предусматривать комплексное автоматическое регулирование параметров и адекватную этим задачам конструкцию систем отопления. Комплексное автоматическое регулирование включает в себя несколько базовых принципов. Один из них – индивидуальное автоматическое регулирование на каждом отопительном приборе термостатом, обеспечивающем поддержание заданной жильцом температуры помещения. Другой важный принцип энергосбережения – применение устройств автоматического регулирования параметров теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха, параметров теплоносителя в тепловой сети и изменяющихся в процессе работы теплогидравлических характеристик системы отопления. Такими устройствами являются индивидуальные тепловые пункты (ИТП), используемые при непосредственном подключении здания к тепловой сети, или их разновидность –автоматизированные узлы управления (АУУ), применяемые при подключении здания к ЦТП.

ИТП – часть тепловых сетей, входящая в зону ответственности теплоснабжающих организаций и принимаемая ими на баланс. ИТП освоены производством, в т.ч. компанией Функе-ТКМ и применяются при проектировании и строительстве. АУУ – составная часть системы отопления, входящая в зону ответственности владельца здания и не подлежащая приёму на баланс теплоснабжающей организацией.

Рис.1 Схема централизованного теплоснабжения здания с автоматизированным узлом управления

Рис.2 Схема централизованного теплоснабжения здания через индивидуальный тепловой пункт (ИТП). При этом ЦТП, в отличие от системы АУУ, не требуется.

Сравнение двух систем центрального отопления.

Сравним систему с ИТП и систему АУУ .

Система с ИТП (см Рис.2) определяется следующими качествами:

· не требуется устройство ЦТП;

· легче осуществлять ремонт трасс, котлов и других компонентов системы;

· отопительная система здания замкнутая, вода тепловой сети не циркулирует по её трубопроводам. В отопительной системе здания находится предварительно обработанная вода, что исключает коррозию и уменьшение сечений труб системы вследствие образования накипи. В случае аварии в теплосети, отсутствуют проблемы удаления воздуха.

· в отопительной системе здания вода циркулирует с помощью насоса отопительной системы, который обеспечивает необходимое давление и поток, а в случае аварии исключает замораживание системы.

· габариты теплоузла значительно меньше, чем в системе с открытым присоединением.

· уменьшаются потери тепла в обратных трубопроводах вследствие снижения температуры обратной воды.

· постоянная циркуляция воды обеспечивает возможность быстрого потребления горячей воды.

· исключается насыщение теплоносителя кислородом в закрытой системе дома, тем самым уменьшается коррозия труб.

· приборы автоматики работают эффективнее, что связано с большей чувствительностью теплообменников.

· ввиду того, что вода не циркулирует в трубопроводе здания, котельные реагируют гораздо быстрее на внешнюю температуру, разница давлений в теплосетях увеличивается – это возможность более широкого потребления тепла.

· давление в отопительной системе здания не более 6 бар, что позволяет использовать более дешёвые и малого диаметра трубы, фитинги, радиаторы и т.п.

Система открытого подсоединения (Рис.1) характеризуется следующими качествами:

· стоимость тепловых узлов меньше, но требуется ЦТП на группу зданий.

· вода из тепловой сети непосредственно поступает в систему отопления здания.

· давление в сети влияет на давление в системе, что требует выбора неэффективных нагревательных приборов

· процесс температурного регулирования имеет значительную инерцию.

Блочный индивидуальный тепловой пункт (ИТП), для обеспечения отопления и ГВС, выпускаемый ООО «ТеплоКомплектМонтаж», гВологда, рассчитанный на тепловые нагрузки от 50 кВт до 4 МВт, максимальную температуру воды первичного контура 150°С и рабочее давление до 1,6 Мпа, состоит из двух модулей – отопления и горячего водоснабжения (Рис.2). Модуль горячего водоснабжения может быть одноступенчатым или двухступенчатым, в зависимости от подключения к тепловым сетям.

Теплоноситель через фильтр и счётчик подаётся к пластинчатому теплообменнику отопления и ГВС. Теплоноситель после теплообменника отопления направляется в первую ступень теплообменника ГВС, откуда, вместе с теплоносителем из второй ступени, возвращается в тепловую сеть. Регулирующий клапан отопления поддерживает заданную температуру в системе отопления в зависимости от температуры наружного воздуха. Регулирующий клапан поддерживает заданную температуру горячей воды на постоянном уровне.

Блочные ИТП позволяют экономить тепловую энергию, осуществлять её учёт (при необходимости), значительно снижают площади для монтажа и сроки монтажных работ.

В цитируемой выше Областной программе по энергосбережению Саратовской области, одним из основных направлений совершенствования систем теплоснабжения является использование децентрализованных теплогенераторов малой и средней мощности.

В последнее время неблагоприятная экономическая ситуация предъявляет жесткие требования к экономии энергетических ресурсов.

Увеличение стоимости энергоносителей становится серьезным тормозом при реали­зации различных хозяйственных планов.

Сегодня как никогда остро стоит вопрос эффективного использования тепла и электро­энергии. Один из путей решения этой проблемы - это создание децентрализованных систем тепло и энергоснабжения.

В этой области разработан и применяется достаточно широкий перечень современ­ного надежного оборудования, с высокой степенью автоматизации и экологическими параметрами, позволяющими обеспечить защиту окружающей среды от вредного влияния на здоровье людей.

В практике проектирования и строительства приобретают распространение варианты крышных и блочно-модульных котельных с использованием оборудования, не требую­щих присутствия постоянного обслуживающего персонала.

Известно, что для ввода в действие 10 тыс.кв.м. жилой площади, необходимо иметь резерв тепловой мощности около 0.8 Гкал, что связано с большими капитальными и эксплуатационными затратами. А строительство крупных энергетических объектов при массовом строительстве, помимо крупных единовременных капитальных вложений, порождает еще серьезные экологические проблемы, которые, как правило, при данной ситуации не удается решить.

Расчеты показывают, что массовое внедрение автономных газовых котельных (АГК) снижает себестоимость отпускаемой тепловой энергии на 40% с одновременным сниже­нием капитальных затрат на строительство до 50%.

При эксплуатации АГК себестоимость отпускаемой тепловой энергии составляет 70 - 80тыс.руб/Гкал, тогда как отпускная цена тепловой энергии в Москве для различ­ных потребителей с учетом НДС составляет 130 - 150 тыс.руб/Гкал. (в неденоминированных рублях [на момент их исчисления]).

Срок окупаемости АГК составляет 2-3года.

В настоящее время накоплен научно-технический потенциал, позволяющий в сжатые сроки реализовать идею полностью автоматизиро­ванного источника тепла и энергоснабжения без постоянного присутствия обслуживаю­щего персонала на основе применения отечественного и импортного оборудования.

Создание автономных газовых котельных в полной мере укладывается в рамки про­водимой в России жилищно-коммунальной реформы.

Само собой разумеется, что, учитывая высокую степень централизации теплоснабжения в нашей стране, нельзя ориентироваться только на автономные источники. Следует разумно сочетать как централизованные, так и децентрализованные источники. Основным критерием выбора в условиях рыночной экономики является экономическая целесообразность использования того или иного варианта. В связи с этим, по нашему убеждению, проект любого типового здания, или здания, выполненного по индивидуальному проекту, должен иметь вариант как централизованного, так и децентрализованного теплоснабжения с учётом особенностей подключения этих источников.

Ниже приводится пример технико-экономического обоснования выбора источника теплоснабжения для здания, построенного по индивидуальному проекту по заказу НПО «Тема» в г.Москве на базе серии 111-355/МО53 (все цены – неденоминированных рублях [на момент их исчисления]).

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ КРЫШНОЙ ГАЗОВОЙ

КОТЕЛЬНОЙ НА БАЗЕ КОТЛОВ "TELEDYNE LAARS"

Объект: 17 —ти этажное 3 —секционное жилое здание в г.Москве (374 квартиры, общей площадью 27896 кв.м., общий строительный объём здания 126647 куб.м)

1. Капитальные вложения.

А. Первоначальным проектом предусматривалось применение централизованного теплоснабжения от близлежащей теплоцентрали.

При этом на обеспечение теплоснабжения здания в ТЗ, составленном НПО "ТЕМА", г.Москва, была заложена сумма в 7.800.000.000 рублей, предназначавшаяся для:

а) прокладки двух километров теплотрассы от ближайшей теплоцентрали
к зданию;

б) осуществления ремонта теплогенератора снабжающей ТЭЦ.

Б. Капитальные затраты на строительство крышной котельной "под ключ", включая также стоимость прокладки газопровода к котельной и устройства ГРУ, составили 2.500.000.000 рублей согласно смете на строительство, составленной ЗАО "ТГВ-Комплекс", Москва.

При сравнении двух вариантов — капитальные затраты на теплоснабжение здания от крышной котельной на 68% ниже, чем от централизованного источника.

Лекция "5 Механизмы переноса энергии и заряда в биомолекулярных системах" также может быть Вам полезна.

2. Эксплуатационные расходы.

А. Стоимость одной гигакалории тепловой энергии от централизованного источника (тариф по г.Москве) для указанного здания составляет 140.000 рублей.

Б. Согласно расчету, произведенному институтом МосгазНИИпроект, стоимость одной гигакалории тепловой энергии локальной (крышной газовой) котельной составляет 65.000 рублей.

Экономия топлива осуществляется за счет регулирования автоматикой котельной подачи тепловой энергии в здание, соответствующей теплопотерям здания в каждый отдельный период времени ( т.е. регулированием температуры теплоносителя по заданному графику в зависимости от температуры наружного воздуха).

При сравнении двух вариантов — стоимость эксплуатационных расходов на теплоснабжение здания от крышной котельной на 54% ниже, чем от централизованного источника.

Другой пример:на Кутузовском проспекте в Москве возведено 33-этажное офисное здание «Башня-2000» – первое здание, входящее в комплекс «Москва-СИТИ». Для централизованного теплоснабжения этого здания пришлось бы реконструировать несколько километров теплосетей от ТЭЦ-12, расположенной на Бережковской набережной, с пересечением путей Киевской железной дороги, Киевского вокзала и Кутузовского проспекта. Был и второй вариант: осуществить переход дюкером под Москвой-рекой от ТЭЦ-2, расположенной рядом с Домом Правительства РФ, одновременно реконструируя станцию. Оба варианта, учитывая колоссальные затраты, требующиеся на их реализацию, ставили под вопрос саму возможность строительства комплекса «Москва-СИТИ». Поэтому было принято решение о возведении на крыше здания (на отметке 100 м) автономной газовой котельной мощностью 9,6 МВт. В качестве основного оборудования были выбраны гидронные котлы Mighty Therm НН5000 производства корпорации LAARS Heating Systems (США) (8котлов единичной мощностью 1,2 МВт), которые обладают рядом существенных преимуществ перед другими, традиционными типами котлов, и о которых [преимуществах] будет рассказано ниже в отдельной главе.