Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности работы городской системы теплоснабжения в переходный период

К.т.н. П.В. Ротов

Постановка проблемы

В настоящее время в системе теплоснабжения г. Ульяновска, как и в большинстве городов России, в качестве основного метода регулирования тепловой нагрузки применяется центральное качественное регулирование. Особенностью температурного графика центрального качественного регулирования является его нижняя срезка, обусловленная необходимостью снабжения потребителей горячей водой с температурой 60-75 ^ОС. Как правило, на теплоисточниках температура теплоносителя 60-75 ^ОС в подающем трубопроводе поддерживается постоянной в диапазоне температур наружного воздуха от +8 до 0 ^ОС.

Работа неавтоматизированных систем тепло- потребления в период нижней срезки температурного графика характеризуется существенным превышением расчетных значений температуры внутреннего воздуха, ухудшением микроклимата в помещении, превышением температуры обратной сетевой воды относительно расчетной, перерасходом тепловой энергии, снижением экономичности работы всей системы теплоснабжения [1, 2].

На рис. 1 показана зависимость относительного потребления тепловой энергии от температуры наружного воздуха. График показывает, во сколько раз больше тепловой энергии потребляют неавтоматизированные системы теплопотребления (Q₁) относительно систем теплопотребления с регулированием в переходный период (Q2).

Из графика на рис. 1 можно сделать вывод о том, какой потенциал энергосбережения скрыт в обоснованном отказе от нижней срезки температурного графика. Отсутствие автоматического регулирования в системах теплопотребления приводит в переходный период более чем к 70%-му перерасходу теплоэнергетических ресурсов.

Регулирование тепловой нагрузки в переходный период

На наш взгляд одним из энергоэффективных и относительно малозатратных энергосберегающих мероприятий является регулирование в переходный период температуры воды, подаваемой в системы отопления, в зависимости от температуры наружного воздуха.

На рис. 2 представлена схема автоматизации центрального теплового пункта (ЦТП), реализованная на 16-ти ЦТП УМУП «Городской теплосервис». Особенностью режима работы ЦТП является автоматическое регулирование температуры сетевой воды в переходный период, которое осуществляется смешением воды из подающего трубопровода с водой из обратного трубопровода теплосети. Основным результатом подобного регулирования является существенное снижение расхода воды и экономия тепловой энергии в системе теплоснабжения в переходный период.

Автоматическое регулирование температуры сетевой воды в переходный период осуществляется следующим образом. При устойчивом стоянии температур наружного воздуха +1 ^ОС и выше на ЦТП включается в работу циркуляционно-повысительный насос 6, регуляторы температуры 3, контроллер 5. Часть обратной сетевой воды по перемычке 7 поступает в подающий трубопровод. В месте соединения перемычки 7 и подающего трубопровода 1 производится смешение воды из обратного и подающего трубопроводов. температура теплоноситель воздух

В зависимости от импульса датчика температуры регуляторы температуры 3 изменяют расход теплоносителя из подающего трубопровода, тем самым регулируется температура смеси, поступающей во внутриквартальные сети. Регулирование осуществляется по температурному графику, представленному в табл. 1.

Такая схема регулирования реализована впервые в системе теплоснабжения г. Ульяновска. При проектировании узла смешения было принято решение о параллельной установке двух регулирующих клапанов. Подключение исполнительных механизмов этих клапанов выполнено таким образом, что первоначально работает один клапан. В случае полного открытия этого регулирующего клапана включается в работу исполнительный механизм второго клапана и происходит увеличение расхода воды, подаваемого из подающего трубопровода в точку смешения.

Согласно [3, 4] нормативная продолжительность переходного периода в г. Ульяновске составляет более 28% продолжительности отопительного периода (60 суток). В работе [1] приведен расчет экономии топливно-энергетических ресурсов для ЦТП, работающих в смесительном режиме, исходя из указанной продолжительности переходного периода. Ориентировочная экономия на всех ЦТП, оборудованных для работы в смесительном режиме, составит за месяц около 10 млн руб. Снижение теплопотребления приведет к пропорциональному уменьшению расхода топливно-энергетических ресурсов на ТЭЦ. Технико-экономический анализ показывает, что регулирование тепловой нагрузки в переходный период приведет к экономии за месяц более 2 млн м³ природного газа. Потенциал экономии природного газа при реализации регулирования на всех ЦТП за весь расчетный переходный период составляет более 12 млн м³.

В переходной части отопительного сезона 2008-2009 гг. ряд ЦТП УМУП «Городской тепло- сервис» работали в режиме автоматического регулирования температуры теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха. Любой отопительный период характеризуется двумя переходными периодами: первый - в начале отопительного сезона; второй - в конце отопительного сезона. Отопительный сезон 2008-2009 гг. в г. Ульяновске официально стартовал 3 октября 2008 г. Следует отметить, что в этот период стояли довольно высокие температуры наружного воздуха для начала отопительного периода: среднесуточная температура наружного воздуха в октябре 2008 г. составила +7,6 ^ОС; в ноябре 2008 г. - +2,6 ^ОС.

На рис. 3 представлены фактические среднесуточные температуры наружного воздуха в октябре-ноябре 2008 г. Продолжительность первого переходного периода в отопительном сезоне 2008-2009 гг. составила 59 суток.

Второй переходный период начался во второй половине марта 2009 г. и продолжался до окончания отопительного сезона. Продолжительность этого периода составила более 36 суток, т.к. окончание отопительного сезона, подтвержденное распоряжением мэра г. Ульяновска, состоялось 11 мая 2009 г.

На рис. 4 представлены среднесуточные температуры наружного воздуха в марте и апреле 2009 г.

Таким образом, суммарная продолжительность двух переходных периодов отопительного сезона 2008-2009 гг. в г. Ульяновске составила более 95 суток, при общей продолжительности отопительного сезона 220 суток, т.е. более 43%.

Реальная продолжительность переходных периодов оказалась в 1,6 раза больше расчетной. Очевидно, что фактическая экономия топливно-энергетических ресурсов должна быть существенно выше рассчитанной по нормативной продолжительности переходного периода.

Проанализируем динамику потребления тепловой энергии на ЦТП УМУП «Городской теплосервис» в различные отопительные сезоны. Отопительный сезон 2005-2006 гг. для сравнения выбран в связи с тем, что в переходные периоды этого сезона на ЦТП не применялось регулирование теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха. В переходные периоды отопительного сезона

2007-2008 гг. на ряде ЦТП применялось неавтоматическое регулирование параметров теплоносителя. В переходные периоды отопительного сезона 2008-2009 гг. на 16-ти ЦТП было реализовано автоматическое регулирование параметров теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха.

В табл. 2 приведены среднемесячные температуры наружного воздуха в отопительные периоды 2005-2006 гг., 2006-2007 гг., 2007-2008 гг и 2008-2009 гг.

Таблица 2. Среднемесячные температуры наружного воздуха в отопительные периоды 2005-2006 гг., 2006-2007 гг., 2007-2008 гг. и 2008-2009 гг.

На рис. 5 приведена диаграмма среднесуточного потребления тепловой энергии на ЦТП в январе трех отопительных сезонов.

В связи с низкими температурами наружного воздуха в январе регулирование параметров теплоносителя на ЦТП не применялось. Из рис. 5 следует, что при отсутствии регулирования ЦТП потребляли примерно одинаковое количество тепловой энергии. Диаграмма на рис. 5 служит дополнительным подтверждением того, что уменьшение теплопотребления ЦТП в переходный период происходит в результате внедрения схем регулирования, а не уменьшения установленной мощности ЦТП.

На рис. 6, 7 представлено среднесуточное теплопотребление ЦТП в марте и апреле сравниваемых отопительных сезонов.

Из диаграмм на рис. 6 и 7 видно, что в апреле и марте 2008 и 2009 гг. происходит существенное снижение теплопотребления ЦТП, которое обусловлено реализацией смесительного режима. Снижение теплопотребления относительно 2006 г. составило на разных ЦТП от 10 до 40%. Большая экономия в 2008 г. объясняется более высоким уровнем температур наружного воздуха в сравниваемых месяцах (см. табл. 2).

В результате реализации смесительного режима на ЦТП понижается температура обратной сетевой воды, что приводит к увеличению выработки электрической энергии на тепловом потреблении на ТЭЦ. При различных режимах регулирования увеличение мощности в среднем составляет 14-28 кВт на 1 МВт тепловой нагрузки отборов [1].

На рис. 8 представлены среднесуточные температуры теплоносителя в обратных трубопроводах теплосети на вводах в ЦТП в апреле сравниваемых отопительных периодов.

Из рис. 8 следует, что в апреле 2008 г. температура обратной сетевой воды была в среднем на 5,6 ^ОС ниже такой же температуры в апреле 2006 г., а в апреле 2009 г. - на 7 ^ОС ниже. При этом среднесуточные температуры теплоносителя в подающих трубопроводах в рассматриваемый период на всех ЦТП составляли 6768 ^ОС. Таким образом, изменение теплопотребления ЦТП не явилось следствием понижения температуры теплоносителя на ТЭЦ.

Технико-экономическое сравнение финансовых показателей работы ЦТП, на которых реализован смесительный режим в переходные периоды, показало, что в марте 2008 г. тепловой энергии потреблено на 9,1 млн руб. меньше по сравнению с тем же периодом 2006 г., в апреле 2008 г. - на 6,99 млн руб. меньше, в марте 2009 г - на 7,56 млн руб. меньше, в апреле 2009 г. - на 7,75 млн руб. меньше.

Таким образом, фактическое снижение теплопотребления на ЦТП в один из переходных периодов отопительного сезона 2007-2008 гг. составило 16,1 млн руб. Во втором переходном периоде отопительного сезона 2008-2009 гг. - 15,31 млн руб.

Как было установлено в отопительном сезоне 2008-2009 гг., продолжительность второго переходного периода меньше продолжительности первого переходного периода. Поэтому можно с большой долей вероятности предположить, что годовая экономия от внедрения смесительного режима на указанных ЦТП составит более 30 млн руб. При этом стоимость электрической энергии, затраченной на привод насосов и оборудования в переходные периоды отопительного сезона 2008-2009 гг., составила не более 1,7 млн руб. В переходные периоды отопительного сезона 2007-2008 гг. - не более 0,9 млн руб.

Стоимость оборудования для перевода одного ЦТП в автоматический режим регулирования параметров теплоносителя в переходный период составляет 400-900 тыс. руб. в зависимости от мощности ЦТП и состава оборудования. Срок окупаемости составляет менее одного отопительного периода.

Следует отметить, что регулирование параметров теплоносителя в переходный период реализовано в г. Ульяновске далеко не на всех ЦТП. В настоящее время возможно производить регулирование параметров теплоносителя в переходный период на ЦТП, установленная мощность которых составляет 36% от установленной мощности всего предприятия. При этом на 9% ЦТП регулирование осуществляется в неавтоматическом режиме.

Учитывая значительный экономический эффект от внедрения систем автоматического регулирования параметров теплоносителя в переходный период, считаем необходимым дальнейшее внедрение подобного регулирования на объектах всех городских теплоснабжающих предприятий, включая муниципальные и частные управляющие компании.

Выводы

1. Особенностью температурного графика центрального качественного регулирования является нижняя срезка в переходный период, обусловленная необходимостью обеспечения потребителей горячей водой с параметрами 60-75 ^ОС. Работа неавтоматизированных систем отопления в этот период характеризуется существенным превышением расчетных значений температуры внутреннего воздуха, ухудшением микроклимата в помещениях, превышением температуры обратной сетевой воды относительно расчетной, перерасходом тепловой энергии, снижением экономичности работы всей системы теплоснабжения.

2. Обоснованный отказ от нижней срезки температурного графика за счет автоматического регулирования режимов работы систем теплопотребления зданий в переходный период позволит реализовать значительный потенциал энергосбережения.

3. В отопительном сезоне 2008-2009 гг. на ряде ЦТП в системе теплоснабжения г. Ульяновска осуществлялось автоматическое регулирование параметров теплоносителя в переходный период в зависимости от температуры наружного воздуха. В результате регулирования теплопотребление на разных ЦТП снизилось на 10-40%. Годовая экономия от внедрения смесительного режима на указанных ЦТП составила более 30 млн руб. Срок окупаемости системы автоматического регулирования параметров теплоносителя составляет менее одного отопительного периода.

4. Существенный экономический эффект и небольшой срок окупаемости служат достаточными доказательствами эффективности внедрения в городской системе теплоснабжения автоматического регулирования параметров теплоносителя в переходный период. Считаем необходимым дальнейшую реализацию такого регулирования на объектах всех городских теплоснабжающих предприятий и теплопотребляющих организаций.

Литература

1. Ротов П.В., Егоров В.Н., Половов О.В. Регулирование нагрузки систем теплоснабжения в переходный период // Новости теплоснабжения. 2008. № 8. С. 48-52.

2. Шарапов В.И., Ротов П.В. Регулирование нагрузки систем теплоснабжения. - М.: Новости теплоснабжения, 2007. - 164 с.

3. Строительные нормы и правила. СНиП 23-01-99. Строительная климатология.

4. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. - М.: Издательство МЭИ. 2001. - 472 с.

Размещено на Allbest.ru