Пути решения проблемы теплоснабжения в коммунальном хозяйстве с использованием тепловых насосов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пути решения проблемы теплоснабжения в коммунальном хозяйстве с использованием тепловых насосов

Д.Г. Закиров

В.С. Суханов

Д.Д. Закиров

Кризис теплоснабжения в ЖКХ.

Кризисное состояние жилищно-коммунального комплекса связано с дотационностью сферы и ее неудовлетворительным финансовым положением. Деятельность предприятий в этой сфере характеризуется высокой затратностью, отсутствием экономических стимулов снижения издержек на производство жилищных и коммунальных услуг, неразвитостью конкуренции. Все это и привело к высокой степени износа основных фондов, неэффективной работе предприятий, большим потерям энергии, воды и других ресурсов. Содержание системы жилищно-коммунального хозяйства в его нынешнем виде непосильно ни для потребителей жилищно-коммунальных услуг, ни для бюджетной системы. К настоящему времени население оплачивает около 60% стоимости жилищно-коммунальных услуг, исходя из установленных ставок и тарифов, а фактически с учетом начисления льгот и субсидий - около 40%. Львиная доля затрат приходится на теплоснабжение жилого фонда. До 50% бюджета некоторых городов расходуется на теплоснабжение. Суммарная реализация тепла в стране составляет 2060 млн. Гкал/год, в том числе жилищный сектор и бюджетная сфера потребляют 1086 млн. Гкал, промышленность и прочие потребители 974 млн. Гкал. На теплоснабжение расходуется более 400 млн. т/год.

Тепловые сети в России самые дорогие в мире:

- реальные тепловые потери составляют от 20 до 50% выработки тепла зимой и от 30 до 70% летом, это подтверждается резким уменьшением необходимой выработки тепла при переходе на индивидуальные источники и замерами тепловых потерь на реальных тепловых сетях;

- утечки теплоносителя превышают нормы, принятые в развитых странах, в миллионы раз;

- замена трубопроводов из-за коррозии происходит в 4-5 раз чаще, чем принято в других странах.

Общим, для большинства котельных, является большой физический износ оборудования, достигший 56,7%.

В наиболее плохом техническом состоянии находятся муниципальные котельные, принятые от обанкротившихся промышленных предприятий, воинских частей, организаций МПС и т. д.

В худшем состоянии, с точки зрения экономичности, находятся котельные, работающие на угле: их КПД обычно не превышает 60%, а бывает и на уровне 20%. Это объясняется низкими техническими характеристиками котлов, отсутствием водоподготовки, плохим качеством угля и отсутствием предварительной его обработки, а также, в немалой степени, низким техническим уровнем эксплуатационного персонала, невысокой заработной платой, выплачиваемой с большими задержками.

Планово-предупредительный ремонт сетей и оборудования систем водоснабжения, коммунальной энергетики полностью уступил место аварийно-восстановительным работам, единичные затраты на проведение которых в 2,5-3 раза выше, чем затраты на плановый ремонт таких же объектов. Это еще более усугубляет нехватку ресурсов, ведет к лавинообразному накапливанию недоремонта и падению надежности. Не лучшее состояние дел в муниципальном предприятии «Кунгуртеплоэнерго». Средний износ тепловых сетей составляет 78%, из всех имеющихся сетей 24 км. эксплуатируется более 25 лет и имеют 100% износ, в теплотрассах реальные теплопотери превышают нормативные от 3-10 раз.

О применении тепловых насосов.

В существующих условиях требуются новые радикальные подходы к проблеме снижения имеющихся затрат на отопление и горячее водоснабжение в коммунальном хозяйстве.

Существенное улучшение экономических и экологических характеристик производства теплоэнергии достигается с помощью теплонасосных установок (ТНУ), позволяющих трансформировать низкотемпературную возобновляемую природную энергию и вторичную низко-потенциальную теплоту до более высоких температур, пригодных для теплоснабжения. Кроме того, применение ТНУ позволяет приблизить тепловые мощности к местам потребления, минимизировать протяженность тепловых сетей, рассредоточить выбросы в регионе и получать в системах отопления 3-8 кВт эквивалентной тепловой энергии в зависимости от температуры низко-потенциальных источников, затрачивая при этом 1 кВт электрической энергии.

Тепловые насосы довольно интенсивно вытесняют традиционные способы теплоснабжения, основанные на сжигании органического топлива. Причем речь идет уже не о локальном или ограниченном применении теплонасосного теплоснабжения, а о замене им традиционного теплоснабжения с максимальным уменьшением сжигаемого при этом органического топлива.

Утилизация тепла шахтных вод.

Отдел энергосберегающих технологий и природоохранного оборудования МНИИЭКО ТЭК с 1986 г. занимается проблемой использования вторичных энергоресурсов. В 1988 г. впервые в СССР была разработана и внедрена технология утилизации тепла оборотной воды компрессоров на шахте «Ключевская» ПО «Кизелуголь» (Пермская обл.) с применением тепловых насосов. Московский завод «Компрессор» в свое время по нашему заказу на базе передвижной холодильной установки ПХУ-50 изготовил два агрегата, предназначенных для работы в режиме теплового насоса. В 1990 г. эти машины были смонтированы в здании компрессорной станции шахты «Ключевская» ПО «Кизелуголь» с целью охлаждения сжатого воздуха и утилизации теплоты оборотной воды. Испытания и эксплуатация подтвердили экономическую целесообразность утилизации ранее сбрасываемой теплоты и улучшение экологической обстановки на прилегающих территориях за счет снижения нагрузки на промышленные котельные, поскольку полученное тепло использовалось для отопления зданий АБК, столовой и прилегающих зданий шахты. Кроме того, значительно улучшились условия охлаждения компрессоров и температурные режимы их эксплуатации, из работы была полностью исключена градирня. по результатам измерений установлено, на 1 кВт/ч затраченной электроэнергии на привод теплового насоса получено 3,5 кВт/ч эквивалентной тепловой энергии. В 1994 г. на основе результатов исследований был выполнен рабочий проект технологического комплекса утилизации низко-потенциального тепла шахтной воды для шахты «Зенковская» АО УК «Прокопьевскуголь».

С помощью данной теплонасосной установки мощностью 2,4 МВт предполагалось покрывать круглогодичную нагрузку системы горячего водоснабжения и базовую нагрузку отопления.

В 1995 г. был закончен рабочий проект предусматривавший применение тепловых насосов для шахты «Степановская» АО «Ростовуголь» по утилизации низко-потенциальной теплоты с целью улучшения температурного режима очистки хозяйственно-бытовых стоков. В последние годы выполнены большие научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по созданию эффективного незасоряющегося теплообменного аппарата для рекуперации тепла загрязненных шахтных вод, определены оптимальные параметры и разработана конструкторская документация на спиральный теплообменник, позволяющий турбулизировать поток жидкости. Разработанный теплообменный аппарат, благодаря наличию турбулизаторов потока позволяет использовать неочищенную шахтную воду для утилизации низко-потенциального тепла. Научно-исследовательские работы проводились в тесном контакте с предприятиями угольной промышленности, руководители которых проявляют большой интерес к разработкам.

Применительно к шахте «5-6» АО УК «Прокопьевскуголь» разработана технология утилизации низко-потенциального тепла шахтной воды, конструкторская документация на специальное оборудование, технический и рабочий проекты на внедрение технологии. Разработанная технология защищена рядом патентов РФ. Ее внедрение на шахте «5-6» АО УК «Прокопьевскуголь» позволит получать более 25 тыс. Гкал тепловой энергии в год экологически чистым способом за счет утилизации сбросного тепла шахтных вод. В 2001 году на шахте «Осинниковская» ОАО УК «Кузнецкуголь» в Кемеровской области, впервые в России, пущена в эксплуатацию опытно-промышленная технология утилизации низко-потенциального тепла шахтных вод. В технологическую схему включен тепловой насос, теплопроизводительность которого составляет 130 кВт. Работа технологической схемы утилизации тепла шахтной воды, по проектным данным, позволяет получить около 60 м. куб./сутки горячей воды, с температурой 45С на нужды горячего водоснабжения административного здания шахты. Годовой экономический эффект составляет 268 тысяч рублей, срок окупаемости капитальных вложений около двух лет.

Испытания технологической схемы показали превышение фактической производительности над проектной в 1,5 раза, что увеличит экономический эффект и снизит срок окупаемости проекта до одного года.

Установка дает 100 м. куб. в сутки горячей воды. Затрачивая 1 кВт/ч электроэнергии технологическая схема позволяет получать около 4 кВт/ч эквивалентной тепловой энергии. Стоимость выработки 1 Гкал тепла получено в 3 раза дешевле в сравнении шахтной котельной при сроке окупаемости проекта меньше 2-х лет. Технология позволяет в летнее время года полностью отключить шахтную котельную, тем самым исключить вредные выбросы в атмосферу.

Утилизация тепла хозяйственно бытовых стоков.

Значительным тепловым потенциалом располагает хозяйственно-бытовые стоки в коммунальном хозяйстве, используя их можно значительно снизить себестоимость тепловой энергии. Для отопления зданий канализационных насосных станций городов РФ, многие из которых расположены на значительном удалении от населенных и тепловых пунктов, используется либо централизованное, либо электрическое отопление. Электрическое отопление крайне непривлекательно с экономической точки зрения. Централизованное дешевле, но требует больших затрат на прокладку, ремонт и обслуживание теплотрасс большой протяженности. А между тем, на канализационных насосных станциях (КНС) есть источник практически неисчерпаемой дешевой тепловой энергии. Это тепло канализационных стоков. В результате длительных наблюдений и замеров, которые проводились на РНС-3 «Гайва» МП «Пермводоканал», было выявлено, что температура хозяйственно-бытовых канализационных стоков непостоянна, колеблется в пределах 18-22С, в зависимости от времени года, суток.

Эта тепловая энергия, заключенная в канализационных стоках, на данный момент никак не используется. Новые технологии с применением тепловых насосов дают возможность утилизировать низко-потенциальное тепло стоков и использовать его для отопления зданий КНС. Как показывают расчеты, коэффициент преобразования теплового насоса при температуре стоков 18-22С составляет 5-6, т. е., на 1 кВт/ч затрачиваемой электрической энергии получается 5-6 кВт/ч полезной утилизированной тепловой энергии. При сложившихся на рынке ценах на тепловую и электрическую энергию стоимость тепла, выработанного тепловым насосом, в указанных пределах коэффициента трансформации будет в 2,6 раза ниже стоимости централизованного отопления, в 5-6 раз ниже стоимости электрического.

В целях снижения затрат на теплоснабжение, была разработана технология утилизации низко-потенциального тепла неочищенных сточных вод, с применением теплового насоса, которая позволяет использовать бросовое тепло канализационных стоков для отопления КНС. Разработка проекта и внедрение данной технологии была осуществлена институтом МНИИЭКО ТЭК совместно с МП «Пермводоканал», пусконаладочные работы осуществили и произвели производители теплового насоса - ООО «Теплонасос» (г. Новосибирск).

Осенью 2000 года на РНС-3 «Гайва» была смонтирована и пущена в эксплуатацию указанная технология. В течение отопительного сезона 2000-2001 года проводились испытания и получены хорошие результаты. Потребности в отоплении и горячем водоснабжении насосной станции были удовлетворены полностью. В сравнении с электроотоплением себестоимость 1 Гкал тепла снизилось в 4,6 раза. Срок окупаемости проекта составил 1 год. Опытная установка успешно проработала два отопительного сезона.

В МП «Пермводоканал»на сегодняшний день насчитывается более 30 канализационных насосных станций, которые ежегодно перекачивают 150 млн. м. куб. стоков. С этими стоками сбрасывается в природу огромное количество тепла, которое приводит к тепловому загрязнению атмосферы. При утилизации сбросного тепла, хотя бы при отборе от хозбытовых стоков 7-10С, что сегодня технически возможно, можно сэкономить около 1 млн. Гкал тепловой энергии, так необходимой предприятию.

Кроме того, большие затраты тепловой энергии тратится на отопление станций очистки хозбытовых стоков. Очищенные хозбытовые стоки с температурой до 20С сбрасываются в гидрогеографическую сеть. Утилизация низко-потенциального тепла очищенных хозбытовых стоков с применением тепловых насосов позволит получить дешевую экологически чистую энергию. Нами разработана технология утилизации низко-потенциального тепла хозбытовых стоков для отопления и горячего водоснабжения станций очистки хозбытовых стоков, которые сегодня внедряются в г. Кунгуре Пермской области. В последнее время МП «Кунгуртеплоэнерго» проведено энергетическое обследование системы теплоснабжения г. Кунгура, обследовано более 150 жилых домов, большинство объектов соцкультбыта, определен потенциал экономии топливно-энергетических ресурсов, разработаны энергосберегающие проекты и разработана программа теплосбережения города, где уделено серьезное внимание использованию низко-потенциального тепла хозяйственно-бытовых стоков и вторичных энергетических ресурсов.

Мы считаем, что для повышения эффективности использования топливно-энергетических ресурсов, их экономии, снижения издержек на перекачку стоков, необходимо использовать новые, более дешевые источники теплоснабжения объектов. Для утилизации низко-потенциального тепла канализационных стоков предлагается внедрить новые технологии отопления с применением тепловых насосов. Кроме того, имеются потенциальные возможности отбора тепла тепловыми насосами не только очищенных хозяйственно-бытовых стоков, но и от водопроводной воды.

Выводы

По нашему мнению, применение новых технологий теплоснабжения позволит решить ряд проблем, стоящих перед предприятиями коммунальной сферы:

1. Отказ от нерационального электрического и, в ряде случаев, централизованного отопления объектов жилищно-коммунального хозяйства;

2. Значительную экономию электроэнергии;

3. Обеспечение надежного и экономичного теплоснабжения объектов;

4. Полная независимость от поставщиков тепла;

5. Отказ от теплотрасс большой протяженности и, как следствие, сокращение значительных потерь и затрат на их обслуживание, снизить издержки на выработку тепла и увеличить надежность теплоснабжения.

Список литературы

1. Реутов Б.Ф., Наумов А.Л., Семенов В.Г., Муравьев В.В., Пыжов И.Н. Национальный доклад «Теплоснабжение Российской Федерации. Пути выхода из кризиса». - Книга 1 «Реформа системы теплоснабжения и теплопотребления РФ». - М., 2001.

2. Закиров Д.Г. Энергосбережение. - Пермь: Книга, 2000. - 307 с.

3. Хайруллин И.Д. Закиров Д.Д. Положительные аспекты внедрения технологий отопления с применением тепловых насосов. - Энергосбережение и проблемы энергетики Западного Урала. - 1999. - №3. - с. 27-28.

4. Спиральный теплообменник: Патент на изобретение №2156423 РФ / Закиров Д.Г., Коноплин С.С., Рыбин А.А., Закиров Д.Д., Дружинин Л.Ф. - Опубл. в БИ №26. - 2000.

5. Модуль тонкослойного отстойника: Патент на изобретение №2171703 РФ / Боринских И.И., Закиров Д.Г., Валеев Р.Р., Закиров Д.Д. - Опубл. в БИ №22. - 2001. теплоснабжение энергоресурс отопление

6. Установка отопления и горячего водоснабжения: Патент на изобретение №2155302 РФ / Закиров Д.Г., Рыбин А.А., Закиров Д.Д. - Опубл. в БИ №24. - 2000.

7. Установка отопления и горячего водоснабжения: Патент на изобретение №2178542 РФ / Закиров Д.Г., Рыбин А.А., Закиров Д.Д., Петин Ю.М., Деменева В.С. - Опубл. в БИ №2. - 2002.

Размещено на Allbest.ru