Раздел 5 . Организация деятельности по энергосбережению и повышению энергетической эффективности
Тема 5.1 Типовые проекты по энергосбережению и повышению энергетической эффективности при производстве и распределении
Одной из целей разработки схем теплоснабжения поселений и городских округов является повышение энергетической эффективности системы теплоснабжения, снижение ее издержек за счет внедрения и реализации проектов и программ энергосбережения, что в конечном виде должно приводить к сокращению платежей конечных потребителей тепловой энергии.
Сегодня экономически обоснованный потенциал повышения энергетической эффективности систем теплоснабжения может в отдельных случаях составлять до% от текущего уровня и определяется в каждом случае набором конкретных проектов и мероприятий.
Проектов и мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности великое множество.
Достаточно простыми для понимания и определения эффектов являются технические проекты, основанные на внедрении конкретных технических мерпориятий, имеющих свою экономику и окупаемость.
Более сложными для расчета и оценки последствий являются организационные мероприятия, в результате которых происходят изменения структурного характера в системах теплоснабжения.
В рамках данной лекции кратко рассмотрим основные типовые проекты, реализуемые при производстве тепловой энергии (на котельных) и в транспорте и распределении тепловой энергии (тепловые сети).
И прежде чем перейти к описанию конкретных проектов обратимся к некоторым фактам, чтобы понимать масштаб «болезни».
По данным статистики, средний КПД котельных за последние годы вырос с 81 до 83 %. А вот доля потерь в тепловых сетях (по данным той же статистики) выросла с 7 до 9 %, а с включением неучтенных потерь - до 1417 %. Разделение в процессе ценообразования затрат на производство и транспорт тепловой энергии привело к повышению доли потерь, отражаемых в статистике по теплоснабжению. Однако эти данные все еще далеки от адекватных оценок потерь. В среднем по России потери в муниципальных
тепловых сетях (за исключением промышленных потребителей) составляют 15-25 %, в тариф же включаются только 7-10 % потерь. В итоге теплоснабжающие компании вынужденно стремятся завысить и подсоединенные нагрузки, и объемы отпуска тепла потребителям.
Долговечность тепловых сетей, эксплуатирующихся в условиях плохой водоподготовки (а иногда и ее полного отсутствия), не превышает 6-8 лет.
Техническое состояние тепловых сетей многих населенных пунктов неудовлетворительно: теплогидроизоляция отсутствует, в осенне-весенний период тепловые сети затапливаются водой, что приводит к увеличению потерь и повышению расхода топлива; отсутствие подготовки воды на котельных приводит к значительной коррозии и снижению долговечности тепловых сетей. Отложение соединений железа на стенках труб приводит к уменьшению пропускной способности трубопроводов, перерасходу топлива и электроэнергии. Многие сети гидравлически разрегулированы, т. к. элементы системы тепловых сетей не соответствуют расчетным данным (диаметры распределительных сетей) или отсутствуют совсем (дроссельные шайбы). Требуется наладка гидравлического режима тепловых сетей. Все вышеперечисленное определяет непроизводительный и нерациональный расход энергоресурсов, что в конечном итоге «утяжелает» конечный тариф для потребителей.
Результаты диагностики более чем трехсот российских систем теплоснабжения позволили сформулировать основные системные проблемы функционирования:
1. Источников тепла:
высокие удельные расходы топлива на производство тепловой энергии;
низкая насыщенность приборным учетом потребления топлива и/или отпуска тепловой энергии на котельных;
низкий остаточный ресурс и изношенность оборудования;
нарушение сроков и регламентов проведения работ по наладке режимов котлов;
нарушение качества топлива, вызывающее отказы горелок;
низкий уровень автоматизации, отсутствие автоматики или применение непрофильной автоматики;
отсутствие или низкое качество водоподготовки;
несоблюдение температурного графика; высокая стоимость топлива;
нехватка и недостаточная квалификация персонала котельных. 2. Тепловых сетей:
заниженный по сравнению с реальным уровень потерь в тепловых сетях, включаемый в тарифы на тепло, что существенно преуменьшает экономическую эффективность расходов на реконструкцию тепловых сетей;
высокий уровень фактических потерь в тепловых сетях;
высокий уровень затрат на эксплуатацию тепловых сетей (около 50 % всех затрат в системах теплоснабжения);
высокая степень износа тепловых сетей и превышение в ряде населенных пунктов критического уровня частоты отказов;
неудовлетворительное техническое состояние тепловых сетей, нарушение тепловой изоляции и высокие потери тепловой энергии;
нарушение гидравлических режимов тепловых сетей и сопутствующие ему недотопы и перетопы отдельных зданий.
Теперь, когда проанализирована ситуация в секторе централизованного теплоснабжения и определены основные проблемы, можно выявить потенциал энергосбережения отрасли и обозначить мероприятия, способствующие повышению ее энергоэффективности.
Для решения каждой из перечисленных проблем существуют свои технические и организационные решения.
В рамках данной лекции кратко рассмотрим основные типовые мероприятия и проекты, реализуемые при производстве тепловой энергии (на котельных) и в транспорте и распределении тепловой энергии (тепловые сети).
Примерный перечень типовых технических мероприятий и проектов по энергосбережению и повышению энергоэффективности в системах теплоснабжения.
Котельные:
Составление режимных карт эксплуатации, управления и обслуживания оборудования, и периодический контроль за их выполнением.
Поддержание оптимального коэффициента избытка воздуха и хорошего смешивания его с топливом
Применение за котлоагрегатами установок глубокой утилизации тепла, установок использования скрытой теплоты парообразования уходящих дымовых газов
Повышение температуры питательной воды. Подогрев питательной воды в водяном экономайзере
Содержание в чистоте наружных и внутренних поверхностей нагрева
котла
Использование тепловыделений от котлов путем забора теплого воздуха из верхней зоны котельного зала и подачей его во всасывающую линию дутьевого вентилятора
Применение рекуперативных и регенеративных горелок (позволяют подогревать подаваемый в камеру горения воздух за счет утилизации тепла отводимых газов)
Для твердотопливных котлов - сжигание топлива в кипящем слое
Устранение присосов воздуха в газоходах и обмуровках через трещины и неплотности
Теплоизоляция наружных поверхностей котлов и теплопроводов, уплотнение клапанов и тракта котлов (температура на поверхности обмуровки не должна превышать 55 °С)
Установка систем учета расходов топлива, электроэнергии, воды и отпуска тепла
Модернизация паровых котлов для работы в водогрейном режиме при снижении (отсутствии) паровой нагрузки
Установка, модернизация системы водоподготовки и наладка водно-химического режима источников теплоснабжения. Несоблюдение ведения водно-химического режима на источниках теплоснабжения приводит к загрязнению поверхностей нагрева котлов, точечной коррозии тепловых сетей, перерасходу топлива на выработку тепловой энергии, увеличению гидравлического сопротивления котлов и, как следствие увеличение расхода электрической энергии и топлива.
Оптимизация расхода пара на деаэратор и организация автоматического контроля содержания кислорода в теплоносителе
Применение локальных антинакипных устройств на теплообменниках
Применение частотного привода для регулирования скорости вращения насосов, вентиляторов и дымососов
Автоматизация управления работой котельной, в т. ч. автоматизация поддержки экономичных режимов горения в котлоагрегатах и алгоритма их оптимальной загрузки для обеспечения максимального КПД котельной
Для паровых котлов - повторное использование выпара в котлоагрегате. Выпар образуется при расширении конденсата, находящегося под высоким давлением. Утилизация энергии выпара может быть достигнута посредством теплообмена с подпиточной водой котла.
Тепловые сети:
Оптимизация сечения трубопроводов при перекладке
Использование современных предизолированных конструкций теплопроводов, в т. ч. с усиленной антикоррозионной защитой;
Использование современных типов теплоизоляции трубопроводов, антикоррозионных и гидроизоляционных составов.
Использование неметаллических трубопроводов (в том числе и предизолировнных конструкций заводской готовности) для прокладки теплопроводов систем горячего водоснабжения
Организация входного контроля качества поставляемых материалов и оборудования для ремонта тепловых сетей
Электрохимическая защита металлических трубопроводов;
Применение систем диагностики состояния трубопроводов, составление ремонтных планов с учетов остаточного ресурса участков трубопроводов
Исключение попадания грунтовых и сточных вод в каналы теплосетей Устройства дренажей в каналах и камерах тепловых сетей Внедрение современной запорно-регулирующей и предохранительной арматуры;
Теплоизоляция элементов теплопроводов в камерах тепловых сетей позволяет в них 10 раз снизить потери. Если учесть, что на камеры тепловых сетей приходится около 10% трубопроводов, то годовая экономия может составить 1% годового отпуска. Окупаемость такого технического решения не более 2 отопительных сезонов
Установка частотно регулируемых приводов для поддержания оптимального давления в сетях (экономия электроэнергии 20-25% и снижение аварийности)
Обрезка рабочего колеса является малозатратным эффективным мероприятием по снижению потребляемой мощности насосом и снижения располагаемого напора до требуемого.
Внедрение кустовых автоматизированных комплексов
диспетчеризации ЦТП;
Наладка тепловой сети предназначена создать надежный и экономичный режим распределения теплоносителя по потребителям в соответствии с их тепловыми нагрузками.
Официальное принятие показателей энергоэффективности в эксплуатирующих тепловые сети и ЦТП организации
Премирование работников осуществляющих эксплуатацию теплосетей и ЦТП с учетом показателей энергоэффективности
Ликвидация ЦТП и трубопроводов системы ГВС с заменой на индивидуальные тепловые пункты в зданиях
Подключение к существующим обратным трубопроводам теплосети новых зданий, оборудованных низкотемпературными системами отопления (типа «теплый пол»), которые устойчиво работают при температуре теплоноси°С. Решение позволяет снизить удельные расходы электроэнергии на перекачку теплоносителя и отказаться от необходимости перекладки тепловых сетей для увеличения диаметров в зонах дефицита мощности или пропускной способности сети.
Применение сильфонных компенсаторов для компенсации температурных деформаций, снятия вибрационных нагрузок, герметизации трубопроводов, предотвращения разрушения и деформации трубопроводов теплопроводов позволяет снизить потери тепловой энергии, затраты при строительстве и эксплуатации тепловых сетей и повысить их надежность.
Теплоизоляция паропроводов и конденсатопроводов. Лишенные теплоизоляции, паропроводы и конденсатопроводы представляют собой постоянный источник потерь тепла, которые могут быть легко устранены.
Обоснованное снижение температуры теплоносителя (срезка) при качественном регулировании зависимых систем теплоснабжения. Снижение температуры в подающей магистрали позволяет исключить перетопы и снизить потери в тепловых сетях. Возможность подачи теплоносителя с более низкими, чем это требуется по не срезанному температурному графику температурами, обусловлена тем, что тепловая мощность отопительных систем при температурах, близких к расчетным, на самом деле, заметно меньше расчетного значения. Необоснованная «срезка» недопустима.
В качестве иллюстрации рассмотрим подробнее отдельные проекты
реализуемые на котельных и в тепловых сетях, в том числе реализуемых (реализованных) на практике:
Проект: Обеспечение качества проектирования, поставки, монтажа и эксплуатации трубопроводов тепловых сетей в ППУ изоляции
(г. Фрязино)
Суть проекта в обеспечении высокого качества прокладки и эксплуатации трубопроводов тепловых сетей в ППУ изоляции.
В принятом законе «О теплоснабжении» установлен гарантийный срок на строящиеся теплосетевые объекты в 10 лет. Но, анализ, проведенный совместно с Ростехнадзором России, показал, что удельная повреждаемость трубопроводов в ППУ изоляции в некоторых регионах доходит до 2 поврежд./км в год при соответствующих потерях энергоресурсов и финансовых затратах. Это объясняется тем, что в погоне за удешевлением продукции далеко не всеми производителями соблюдаются технологии изготовления предизолированных трубопроводов и качество строительства. Известны факты, когда на городских конкурсах по закупке предлагались предизолированные трубы стоимостью ниже, чем сумма стоимостей материалов для их производства. Это означает, что недобросовестный производитель использовал трубы, бывшие в употреблении, применил низкокачественные компоненты теплоизоляции, нарушил технологии изготовления вследствие отказа от ряда технологических операций, влияющих на качество конечного продукта.
По мнению экспертов из 120 производителей предизолированных трубопроводов в России качественную продукцию предлагают не более 10.
Получаемые эффекты:
- сохранение на длительный период низких удельных потерь тепловой энергии в тепловых сетях;
- гарантия длительного срока службы теплосети, превышающего срок возврата кредитных средств;
- гарантия отсутствия недобросовестной конкуренции при закупках;
- формализация процедуры соблюдения и подтверждения качества. Внедрение проекта не требует финансирования, в то же время снижает
риски кредитных организаций по финансированию долгосрочных проектов по замене тепловых сетей.
При внедрении системы качества в г. Фрязино (Московская обл.) удалось только засчет замены 2/3 магистральных и 1/3 разводящих тепловых сетей получить прямой экономический эффект (в ценах 2011 г.) - 41,8 млн руб. Прямые инвестиции при этом не превысили 250 млн руб.
Проект: Технология модернизации котлов малой мощности устаревших моделей
Проект позволяет повысить энергоэффективность (КПД) котлов устаревших моделей до уровня современных, а так же увеличить их мощность.
Поскольку в эксплуатации находится большое количество устаревших водогрейных котлов, как стальных, так и чугунных секционных (НР, Универсал, Энергия, Тула, ЗИО и другие), имеющих достоинства в простоте эксплуатации и ремонта, но обладающие невысоким КПД, то в следствие этого эксплуатирующие организации несут дополнительные расходы в виде затрат на топливо. Модернизация, которая может быть осуществлена силами теплоснабжающей организации в короткие сроки, позволяет повысить КПД котлов до 92% (на газе).
Полученные эффекты:
- повышение КПД котлов и снижение удельных расходов топлива;
- увеличение установленной мощности при тех же лимитах газа и возможность подключения дополнительной нагрузки;
- отказ от дорогостоящей замены котлов (или установки дополнительного котла) для подключения новой нагрузки;
- возможность использования персонала низкой квалификации для проведения реконструкции и последующей эксплуатации.
Затраты на модернизацию котла составили (без учета проекта): для НРтыс. руб., для Универсал-тыс. руб.
Срок окупаемости проекта в котельной при модернизации 4 котлов НР-18 мощностью по 0,85 Гкал/ч и 4 котлов Универсал-6 мощностью по 0,58 Гкал/ч составил менее двух лет.
Проект: Модернизация системы теплоснабжения с ликвидацией центральных тепловых пунктов (г. Мытищи)
Цель проекта - полная замена ветхих тепловых сетей с применением труб в ППУ-изоляции с одновременной установкой индивидуальных тепловых пунктов (ИТП) на каждом объекте с ликвидацией центральных тепловых пунктов с привлечением кредитных средств.
В ходе реализации проекта перекладывается 65,7 км тепловых сетей на территории г. Мытищи и Мытищинского муниципального района и устанавливается 391 ИТП с общедомовыми приборами учета тепловой энергии.
Заказчиком проекта является Администрация городского поселения Мытищи.
В ходе реализации проекта обеспечивается:
- снижение расхода природного газа в 1,46 раз;
- снижение расхода электроэнергии в 1,5 раза;
- снижение потерь тепловой энергии в 2 раза;
- снижение удельного расхода теплофикационной воды (м3/Гкал) на 67%,
- повышение надежности и срока службы тепловых сетей, снижение аварийности в тепловых сетях с учетом особенностей влияющих на срок службы тепловых сетей в ППУ изоляции в российских условиях;
- снижение эксплуатационных расходов по обслуживанию тепловых сетей;
- организация 100% подомового учета тепловой энергии;
- снижение потребления тепловой энергии жителями за счет устранения перетопов;
Срок реализации проекта - 10 лет (2гг.), Объём инвестиций ,59 млн рублей, Срок окупаемости - 14 лет.
В ходе реализации инвестиционного проекта отработан механизм финансирования. Капитальные вложения осуществляются за счёт средств бюджета Мытищинского муниципального района (15%), за счёт бюджета Московской области (12,53%), заёмные средства международных институтов развития - Международного банка реконструкции и развития (33,65%), Международной финансовой корпорации (38,91%). Кредитные условия предусматривают обеспечение в виде гарантий муниципальных образований и Правительства Московской области. Срок возврата кредитов - 15 лет.
Источник обслуживания и возврата кредитов - сложившаяся экономия энергетических ресурсов и средств на обслуживание системы теплоснабжения.
Бюджетная эффективность оценивается (за период г. г.) общей суммой налоговых поступлений в бюджеты всех уровней - 249 млн. рублей.
Проект: Применение возвратного низкотемпературного теплоносителя обратного трубопровода теплосети для теплоснабжения жилых и административных зданий (г. Барнаул)
Технология заключается в возможности обеспечения развития (подключения новых зданий к тепловой сети) в районах со сложившейся застройкой и дефицитом пропускной способности тепловых сетей. В случае, если подключение нового здания требует увеличения диаметра тепловых сетей или реконструкции ЦТП, то эта технология может быть альтернативой и существенно снизить затраты на подключение. Технология реализуется путем подключения к существующим обратным трубопроводам теплосети
новых зданий, оборудованных низкотемпературными системами отопления (типа «теплый пол»), которые устойчиво работают при температуре теплоносиград. С.
Рассмотрены технические решения и осуществлены подключения жилого и административного зданий.
Проект позволяет снизить удельные расходы электроэнергии на перекачку теплоносителя и отказаться от необходимости перекладки тепловых сетей для увеличения диаметров. При подключении нагрузки к сетям ТЭЦ, как это было осуществлено в пилотном проекте, снижения температуры обратной сетевой воды позволяет повысить КПД ТЭЦ. Кроме того, низкотепмпературные системы отопления являются более энергоэффективными по сравнению с традиционными. Полученный опыт показал, что фактическое теплопотребления административного здания в г. Барнаул стало в 2 раза ниже нормативного.
Проект: Применение труб в ППУ изоляции с усиленной антикоррозийной защитой
Применение труб в ППУ-изоляции с усиленной антикоррозийной защитой для тепловых сетей позволит повысить срок безаварийной службы теплосетей и надежность теплоснабжения.
Теплопроводов в ППУ изоляции - технология, пришедшая в Россию с Запада, поэтому необходимо учитывать особенности их эксплуатации в России. Специфика Российских условий приводит повышению повреждаемости трубопроводов в ППУ изоляции.
Нарушение герметичности стыкового соединения или повреждение внешней полиэтиленовой оболочки приводит к намоканию ППУ изоляции. При этом начинается процесс гидролиза ППУ изоляции с образовыванием коррозионно-активных веществ (растворы карбоновых кислот). В результате начинает прогрессировать наружная коррозия на металлической трубе, которая распространяется с неконтролируемой скоростью, что, в конечном итоге, может привести к повреждениям от нескольких десятков до сотен метров тепловой сети.
В качестве пути по повышению надежности теплопроводов в ППУ изоляции предлагается применение конструкции теплопроводов в ППУ изоляции с двумя уровнями защиты металлической трубы от наружной коррозии: внешняя полиэтиленовая оболочка и антикоррозионное покрытие, предварительно нанесенное на наружную поверхность стальной трубы. Такая конструкция позволит решить сразу несколько задач:
во-первых, защитить наружную поверхность несущей металлической трубы от наружной коррозии (появляется дополнительный уровень защиты);
во-вторых, в случае намокания ППУ изоляции изменения металлической трубы не будут столь значительными по протяженности и губительными по характеру повреждений;
в-третьих, при невозможности отключения участка тепловой сети в зимний период проявляется возможность проведения «отложенного» ремонта;
в-четвертых, антикоррозионное покрытие защитит трубу от кислотной среды намокшего ППУ, что предотвратит массовое развитие коррозии по поверхности металлической трубы.
Проект: Применение вентильно-индукторных регулируемых
Для снижения непроизводительного потребления электроэнергии электроприводами с переменной нагрузкой широко применяются частотно-регулируемые приводы (ЧРП) с асинхронными электродвигателями. В рамках проекта прошел апробацию новый тип привода вентильно-индукторный.
Цели регулирования на механизмах с асинхронными двигателями и с вентильно-индукторными одни и те же: при снижении нагрузки ниже номинальной, скорость вращающихся механизмов уменьшается, что позволяет исключать излишние затраты электроэнергии в работе дутьевых вентиляторов, дымососов и насосного оборудования (в первую очередь, сетевых насосов). Также плавность пусков двигателей позволяет продлевать ресурс любого вращающегося механизма и сопутствующего оборудования. При этом режимы разгона абсолютно безвредны для этих механизмов.
Комплект ВИП является полностью отечественным продуктом, его стоимость ниже стоимости высоковольтных ЧРП зарубежного производства. Однако его внедрение предполагает реконструкцию части теплостанции и, безусловно, требует соответствующих значительных затрат. Впрочем, все они окупаются в течение 3-5 лет (в зависимости от особенностей тепловых режимов конкретного объекта), о чем говорят многочисленные анализы эксплуатационных режимов. Например, на РТС «Жулебино» сравнение затрат электроэнергии по двум котлам (с одинаковым тягодутьевым оборудованием) в регулируемом и нерегулируемом режимах показало, что за январь 2010 г. экономия электроэнергии составила: на дутьевом вентиляторе - около 50%, а на дымососе - около 90%.
Таким образом, опыт эксплуатации ВИП на РТС «Жулебино» свидетельствует, что данное оборудование обладает рядом преимуществ:
• обладает уникальными для данного вида устройств показателями по надежности и бесперебойности в условиях нарушения режимов электроснабжения;
• имеет более низкую стоимость по сравнению с западным оборудованием, выполняющим аналогичные функции.
Отдельно необходимо рассматривать проекты связанные с использованием в локальных системах централизованного
теплоснабжения источников тепловой энергии, работающих местных видах возбновляемого топлива. Рассмотрим проект котельной, работающей на опилках и работающей уже на практике.
В г. Велиже в 2008 году введена в эксплуатацию блочно-модульная котельная на опилках мощностью 1,7 МВт.
В рамках долгосрочной областной целевой программе
 |
 |
«Энергосбережение в Смоленской области» на 2годы в 2010 в Велиже построена и с начала осенне-зимнего периода годов снабжает теплом потребителей котельная, работающая на древесных отходах.
1.
 |  |
Строительство котельной мощностью 2,46 МВт позволило получить надежный источник тепловой энергии и решить проблему утилизации древесных отходов.
В котельной установлено 3 современных котла с использованием инновационных технологий, использующие в качестве основного топлива опилки естественной влажности, резервного - дрова (чурки длинной 2,5 метра), торф естественной влажности, щепа.
2. Сметная стоимость строительства - 12 млн. руб. (6 млн. руб. областной бюджет, 6 млн. руб. бюджет муниципального образования), в стоимость включены затраты на строительство 900 погонных метров теплотрассы с использованием инновационных технологий.
Основная трасса смонтирована из базальтовых труб, подводы к домам
- изопрофлекс «Тандем». Срок службы теплотрассы до 80 лет.
3. Ориентировочный тариф на тепловую энергию данной котельной -1218 руб./Гкал;
- тариф действующих котельных: ПМК ,94 руб./Гкал;
- 3219,37 руб./Гкал.
4. Строительство указанной котельной позволит закрыть 2 высокозатратные котельные (ПМК-2 и ) и уменьшить затраты областного бюджета на возмещение выпадающих доходов в размере ориентировочно 3,5 млн. руб. Город Велиж получит надежный источник тепловой энергии, будет решена проблема утилизации древесных отходов.
