28 и 29 октября. Проблемы экологии в контексте цифровой трансформации общества... Архитектура. Инженерия. Цифровизация. Экология» пройдет в...


Закон об энергосбережении придется исполнять

Экономические аспекты применения тепловых гидродинамических насосов при модернизации систем  теплоснабжения.

 

В последние годы во всем мире происходят значительные институциональные изменения в отраслях, которые раньше всегда находились в государственной собственности и государственном управлении: электроэнергетике, автодорожном, железнодорожном, коммунальном хозяйствах, магистральном трубопроводном транспорте, портах, аэропортах. Правительства передают во временное долго- и среднесрочное пользование бизнесу объекты этих отраслей, оставляя за собой право регулирования и контроля за их деятельностью.

 

С одной стороны, предприятия инфраструктурных отраслей — в первую очередь их сетевые, монопольные сегменты — не могут быть приватизированы ввиду стратегической, экономической и социально-политической значимости объектов инфраструктуры. Но, с другой стороны, в государственном бюджете нет достаточного объема средств, позволяющих обеспечивать в них простое и расширенное воспроизводство. Для того чтобы разрешить это противоречие, в хозяйственной практике за рубежом используется концепция государственно-частного партнерства (ГЧП, Public-Private Partnership — РРР, дословно «общественно-частное партнерство»), которое представляет собой альтернативу приватизации жизненно важных, имеющих стратегическое значение объектов государственной собственности. Для России термин «государственно-частное партнерство» четко определяет ведущую роль государства.

 

Опыт западных стран убедительно показывает эффективность участия частных инвесторов в модернизации и развитии объектов жилищно-коммунальной сферы. Превращение всей сферы ЖКХ в сильный сектор городского хозяйства не возможно без образования так называемых локальных зон энергоэффективности (домов, кварталов, мини-ТЭЦ и т.п.), создаваемых частными инвесторами. Суть взаимодействия в рамках ГЧП (и не только) – в согласовании интересов. Причем очевидно, что если взаимодействие осуществляется, то значит, у государства и бизнеса нашлись общие интересы. Партнерство возможно только тогда, когда заинтересованы оба партнера и за счет взаимодействия они могут наиболее эффективно решить проблему. Государство четко продекларировало свою заинтересованность в этом вопросе. Президент России своим Указом от 21 мая 2009г. постановил образовать Комиссию при Президенте по модернизации и технологическому развитию экономики России. Во вступительном слове на первом заседании 18 июня 2009 года  Д.А. Медведев подчеркнул, что первое направление работы Комиссии – это энергоэффективность и энергосбережение.

 

Проблема энергоэффективности в нашей стране стоит настолько остро, что был издан Указ Президента Российской Федерации от 4 июня 2008 г. № 889 «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики» и принята «Энергетическая стратегия России на период до 2030 года». До 2030 г. удельная энергоемкость экономики страны должна быть снижена в 2,7 раза. Инструментом реализации энергетической стратегии станет Федеральный закон № 261 ФЗ от 23.11.09 г. «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

 

Стратегической целью государственной политики в этой сфере является создание устойчивой национальной инновационной системы в сфере энергетики для полного обеспечения российского ТЭК отечественными технологиями, научно-техническими и инновационными решениями. Для того чтобы выполнить требования закона одного утепления фасадов зданий явно будет не достаточно. Необходимо применение новых энергосберегающих технологий выработки тепловой энергии. И такие отечественные инновационные технологии есть, это – тепловые гидродинамические насосы — устройства для получения тепла, образующегося иначе, чем в процессе сгорания топлива.

 

При приобретении нового оборудования одним из основных критериев выбора является его экономическая эффективность. Однако часто встречающийся узкий подход – сравнение только вариантов стоимости вновь приобретаемого оборудования, приводит к значительным финансовым потерям на этапах монтажа и эксплуатации. Для выбора оптимального варианта необходима комплексная оценка всех затрат.  

 

Затраты на отопление, теплоснабжение и ГВС можно разделить на три группы:

- капитальные затраты;

- текущие эксплуатационные затраты;

- затраты на энергоноситель.

 

       Но прежде чем приступить к оценке затрат, необходимо сделать выбор между централизованным и автономным видом отопления.

 

В плановом советском хозяйстве автономное теплоснабжение практически не развивалось, поскольку это не соответствовало государственной идеологии. Предпочтение отдавалось объектам, обслуживающим целые города. Львиная доля средств затрачивалась на строительство гигантских ТЭЦ, а котельные малой и средней мощности оставались на периферии государственных интересов в коммунальном теплоснабжении. Кроме того, развитие малой и средней энергетики существенно тормозила государственная политика в сфере цен на энергоресурсы. Из-за дешевизны основных видов топлива производители не нуждались в передовом ресурсосберегающем оборудовании.

 

С переходом к рыночной экономике ориентиры в российской энергетике изменились. Мощность действующих ТЭЦ с 1992 г. по 2006 г. уменьшилась с 725 млн Гкал до 474 млн Гкал. В то же время выросла выработка энергии в низкоэффективных котельных, оснащенных устаревшим оборудованием. 

 

При подключении объекта к существующей централизованной системе теплоснабжения капитальные затраты на прокладку теплотрассы и оборудование теплового пункта ориентировочно составляют 1,7-3,95 млн руб., в том числе:

- на прокладку теплотрассы при ее удаленности на расстояние 500 м – от 1,5 до 3,75 млн руб. По разным данным стоимость прокладки 1 м современной теплотрассы (трубы с пенополиуретановой теплоизоляцией) составляет от 4000 до 8500 руб.;

- на закупку и монтаж оборудования для теплового пункта – порядка 200 тыс. руб. 

 

Получить сведения о стоимости строительства теплотрассы очень сложно. В коммерческих предложениях говорится, что она определяется персонально для каждого конкретного клиента. Тем не менее, нам удалось найти некоторые данные, приведенные в таблице №, дающие приблизительное представление о стоимости  работ.

Таблица 1

Предприятие

Город,

поселок

Способ

прокладки

Диаметр

Dy, мм.

Общая длина, м

Общая стоимость

Руб.

Стоимость,

1 погонного метра, Руб.

 «Теплоэлектромонтаж»

г Королев

Моск. Обл.

Наружный

по эстакаде

50-250

320

598 000

1 869

 «Теплоэлектромонтаж»

г. Москва

В лотках

80

150

580 000

3 867

Конкурсная цена

г. Княгинино Нижегород.о.  

В лотках

250

316

2 573 873 

8 145

ЗАО «Сантехремонт»

г. Москва

Без земельных работ.

250

 

 

4 600

 

Самый простой способ сделать систему отопления энергосберегающей – приблизить производство тепла, к потребителю этого тепла и не терять его в изношенных теплотрассах. Себестоимость тепла практически повсеместно значительно ниже цены тепла, покупаемого «со стороны». Намного перспективней тратить деньги на свое собственное развитие, а не на развитие другого предприятия, являющегося, как правило, монополистом.

 

Второй вопрос, на который необходимо ответить: какой вид энергоносителя выбрать? Существующие виды автономного теплового оборудования по виду энергоносителя можно подразделить на: твердотопливные (уголь, дрова), на жидком топливе (мазут, дизельное топливо), газовые и электрические (ТЭНы, электродные, индукционные и т.д.). Каждый вид оборудования имеет свои достоинства и недостатки и находит своего потребителя.

 

Основными типами оборудования для децентрализованных систем, на которые по большей части и ориентируются при разработке последних, являются достаточно традиционные нагревательные устройства, основанные на прямом нагреве теплоносителя. Однако, как отмечают многие специалисты, такие устройства обладают целым рядом недостатков, снижающими их конкурентоспособность по сравнению с централизованными системами теплоснабжения. Среди них: более высокий удельный расход топлива и потенциально более высокая опасность в эксплуатации. Кроме этого при эксплуатации твердотопливных котлов необходимо доставлять, разгружать и хранить топливо, утилизировать шлаки, устанавливать и эксплуатировать очистные системы. За утилизацию шлаков необходимо вносить значительную «плату за негативное воздействие на окружающую среду». Кочегары должны работать в три смены, что значительно увеличивает эксплуатационные расходы. Использование котлов на жидком топливе снимает часть проблем, однако стоимость жидкого топлива значительно выше, чем твердого.

 

При выборе теплового оборудования все большее внимание уделяется экологической безопасности. Тепловое оборудование на твердом и жидком топливе во многих случаях не проходит по критерию экологической безопасности, так как при сгорании этих видов топлива выделяется много вредных веществ, а при сгорании твердого топлива еще остается большое количество шлаков, которые необходимо утилизировать.

 

Поэтому реально во многих случаях выбор стоит между газом и электричеством. 

 

Капитальные затраты на строительство газовой котельной значительно выше, чем при применении электронагревательного оборудования. Например, на сайте одной компании, предоставляющей услуги по газификации промышленных объектов и частных домов в Московской области, приведен перечень выполняемых компанией работ при газификации объекта:

 

  • оформление подключения газа, подготовка необходимых первичных документов для подачи заявки на газификацию объекта (оформляются необходимые документы на подключение газа, определяется стоимость подключения газа, цены);
  • получение технических условий (оформление земля, коттедж, газ);
  • оформление газа и составление проектной документации (на этом этапе определяется газовый трест);
  • проектирование газоснабжения дома, или проектирование газоснабжения коттеджа, согласование и утверждение проекта;
  • согласование схемы подключения газа в соответствующих государственных инстанциях;
  • монтаж газовой трубы от газовой магистрали к объекту, подключение магистрального газа, подведение газа;
  • врезка газа в газовую магистраль;
  • приемка объекта специалистами газовых и противопожарных служб, оформление газа;
  • сдача объекта в эксплуатацию.

 

Стоимость работ по подключению к газовой магистрали объекта и тепловой мощностью 90÷100 кВт и оснащение его необходимым оборудованием ориентировочно может составить 10,3 млн. рублей, в том числе:

  • подготовка и согласование проектной и разрешительной документации – 5 млн. рублей;
  • прокладка газопровода (с учетом всех затрат на материалы, оборудование и работы) – 10 тыс. руб. за 1 метр, при расстоянии 500 м затраты на прокладку составят 5 млн. рублей;
  • затраты на установку и подключение газового оборудования (включая приемку объекта газовой службы и противопожарной службы) – 20÷50 тыс. рублей;
  • затраты на приобретения котла мощностью 90 кВт с комплектом автоматики – 200 тыс. руб.
  • затраты на установку и подключение котла (включая приемку газовой службой) – 45 тыс. рублей;
  • приобретение и установка дымохода (из нержавеющей стали) – 60 тыс. рублей.

 

Сроки реализации проекта газификации объекта с учетом получения всех согласований и разрешений составляют в среднем 1,5 года. При этом газовый трест может и не дать разрешения на подключение объекта к магистральному газопроводу.

 

Тепловые гидродинамические насосы не требуют разрешения на применение от Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору (письмо Управления государственного энергетического надзора исх. №  10-05/2845 от 26 сентября 2007 г.). При наличии свободной электрической мощности объект может быть обеспечен теплом в минимальный срок.

 

Эксплуатационные расходы на отопление, теплоснабжение и ГВС при использовании электронагревательных устройств также значительно ниже, чем для газовых котлов. Это вызвано тем, что электронагревательные устройства пожаро-, взрыво- безопасны, не производят вредных выбросов. Поэтому в отличие от газовых котельных, нет необходимости в использовании и обслуживании систем пожаро- взрыво- безопасности и устройств предотвращающих вредные выбросы, соответственно нет необходимости в расходных материалах и запасных частях к ним, в оплате специалистов, обслуживающих эти системы.  Газовые котельные должны обслуживаться персоналом со специальным допуском, состояние оборудования регулярно проверяется многочисленными контролирующими органами и т.д. Эксплуатация тепловых установок с электрической мощностью до 100 кВт осуществляется без лицензии (ФЗ № 28-ФЗ от 03.04.96 г). Они просты в техническом обслуживании,  их может обслуживать электрик без специального допуска.

 

Затраты на энергоноситель. Не топливо должно быть дешевым, а тепло, которые потребители получают во время зимних холодов.

 

По сравнению с тарифами на электроэнергию, тарифы на газ растут опережающими темпами. Тарифы на электроэнергию для населения предполагается повышать в 2009-2011 годах – на 25 процентов ежегодно. Цены на газ, отпускаемый населению, увеличатся в 2009 году на 25 процентов, в 2010 году – на 30 процентов, а в 2011 – на 40 процентов (заявление заместителя главы Минэкономразвития Андрея Клепача 06.05.2008 г.). Кроме   этого, расходы на электроэнергию можно снизить при использовании  многотарифных электросчетчиков. Например, на базе отдыха «Дубна», г. Сергиев Посад Московской области, установлены пятитарифные счетчики. Минимальный тариф за 1 кВт-час электроэнергии – 80 коп, максимальный – 5,00 рублей. Нагрев воды для отопления и ГВС в накопительной емкости (или баки – аккумуляторы) ведется при минимальном тарифе, что снижает расходы еще на 30%.

 

Тепловые гидродинамические насосы эффективнее электронагревательных устройств других видов. При подборе мощности ТЭНовых, электродных и других электронагревательных устройств, в проект закладывается 1 кВт электрической мощности на 10 кв.м. площади обогреваемых помещений. При укрупненном подборе мощности тепловых гидродинамических насосов типа «ТС1», 1 кВт установленной мощности должен обогревать 30 кв.м. (или 90 куб.м). Поэтому для обогрева помещений требуется меньшая выделенная электрическая мощность, силовой кабель значительно меньшей стоимости, что во многих случаях, при ограничениях на потребление электроэнергии, является определяющим фактором при выборе вида электронагревательного оборудования.

 

Сравним стоимость отопления здания объемом 18 -20 тысяч кубических метров при отоплении газом, электричеством и дизельным топливом на примере Новосибирска. Стоимость энергоносителей взяты из таблицы 2  

 

 Таблица 2

 

 ТС стоимость энергоносителейТС таблица цен2

 

 Дизельная модульная котельная мощностью 500 кВт, «Пятисотка», с котлом REX-50, горелка Ecoflam, производства ООО «ПромКотел», отапливаемая площадь около 6000 м2. Потребляемая мощность 5 кВт. Расход топлива в среднем: 50 кг/час. Для отопления помещения объемом 6 000 * 3 = 18 000 м3 котельная будет расходовать в месяц 50 * 24 * 30 = 36 000 кг. дизельного топлива и 5 * 24 * 30 = 3 600 кВт электроэнергии.  При ценах из таблицы 1 стоимость отопления в месяц будет составлять:

 

36 000 * 24,40 + 3 600 *  2,14 = 886 104 руб.

 

Транспортабельная блочно модульная котельная ТМБК-07 ТУ 4938-001-09211804-2007 тепловой мощностью 700 кВт, производства ОАО «ЭНЕРГОСТРОЙ», предназначена для отопления объектов объемом 21 000 куб. м. Максимальный расход топлива 77 м3/час. Затраты только на оплату сетевого газа  в месяц будут составлять:

 

77 24 * 30 2,5 = 138 600 руб.

 

При применении тепловых гидродинамических насосов ТС1-075 на отопление близкого по объему здания Филиала «Пластимекс М» г. Рошаль Московской области затрачивалось:

 

45 455 * 2,14 = 97 273,7 руб.

 

Фактические данные по расходу электроэнергии на отопление тепловыми гидродинамическими насосами типа «ТС1» приведены в таблице 3

 

Таблица 3.

 

 

 

 

Организация

 

 

Строительный материал

здания

Объем

Помещений

Куб. м.

 

Назначение объекта

Средняя

 температура

Град.

Затраты электроэнергии за месяц, кВт/час

Потребляемая

электрическая  мощность в час,

кВт

Объем, обогреваемый

1 кВт,

куб.м

Филиал ООО «Пластимекс М»

кирпич

20 433

цех

18-20

45 455

63,13

323,66

ООО «Рубеж»

сендвич-панели

22 000

склад

8-10

20 000

27,78

 792,00

ООО «ТРИНВ»

сендвич-панели

33 000

склад

10-12

29 825

41,42

796,66

ООО «Туба»

сендвич-панели

26 500

цех

18-20

54 000

75,00

353,33

ООО «Апекс Терминал»

сендвич-панели «Вентал»

3 850

офис

22-24

32 496

56,00

728,16

28 400

склад

8-10

ЗАО «Сплайн-Центр»

кирпич

7 000

офис

20-22

15 000

20,83

336,00

ПБОЮЛ Замотаева

металлический ангар

4 500

ремонтный цех

15-18

8 171

11,35

391,56

ООО «Север Свет»

(г. Череповец)

сендвич-панели

7 200

производствен-ный цех

15

10 117

13,74

523,81

ООО «Стеклоцентр»

(г. Калининград)

кирпич

6 000

производствен-ный цех

15-18

3 556

4,94

1214,80

 

Из таблицы видно, что даже затраты на энергоноситель у тепловых гидродинамических насосов типа «ТС1» ниже, чем у газовых котлов.

 

Что же из себя представляют тепловые гидродинамические насосы? Тепловые гидродинамические насосы это – наиболее перспективный тип «кавитационных» («вихревых») теплогенераторов, устройств для получения тепла, образующегося иначе, чем в результате сгорания топлива. Тепловые гидродинамические насосы типа «ТС1» – современные, высокоэффективные, автономные, энергосберегающие, экологически безопасные  системы отопления, теплоснабжения и горячего водоснабжения. Тепловые гидродинамические насосы предназначены для:

 

- автономного отопления жилых, офисных, спортивных, производственных и складских помещений, теплиц и т.д.;

 

- нагрева воды для: бытовых и технологических целей, бань, прачечных, бассейнов и т.д.  

 

Тепловые гидродинамические насосы обладают многими достоинствами: вырабатывают экологически чистое тепло, могут использоваться в сейсмически опасных зонах, взрыво- пожаробезопасны, незаменимы в горной местности при террасной застройке, могут работать в комплексе с ветроэлектростанциями и малыми ГЭС. При наличии тепловых аккумуляторов тепловые гидродинамические насосы позволяют использовать в ночное время свободную электроэнергию по минимальным тарифам. На основе тепловых гидродинамических насосов ТС1 можно монтировать автономные узлы тепловой мощностью от 100 кВт до 1 МВт. 

 

Серийно выпускаемые (ТУ 3631-001-78515751-2007, Сертификат соответствия № РОСС RU.АЯ46.В12043) тепловые гидродинамические насосы типа «ТС1» представляют собой стандартный асинхронный электродвигатель 3000 об/мин, напряжением питания 380 В., смонтированный на одной раме с теплогенератором, преобразующим механическую энергию в тепловую. Они полностью подготовлены для подключения к новой или существующей системе отопления, а конструкция и габариты теплового гидродинамического насоса упрощают его размещение и монтаж в индивидуальном тепловом узле. Общий вид стационарного теплового пункта показан на фото 1, блочно-модульного теплового пункта – на фото 2.

 

 ТС фото 1.1

Фото 1. Стационарный тепловой пункт.

 

ТС фото 1

Фото 2. Блочно-модульный тепловой пункт.

 

 Принцип работы теплового гидродинамического насоса основан на физическом законе превращения кинетической энергии воды в тепловую. Вода, или другой жидкий теплоноситель, под давлением подается в теплогенератор. При встрече с быстро вращающимся диском теплогенератора частицы воды, прилегающие к диску, под действием центробежной силы стремятся к периферии корпуса теплогенератора, а частицы, прилегающие к ее стенкам, движутся от периферии к центру. При встрече частиц наступает разрыв сплошности среды, что ведет к образованию кавитационных пузырьков. Такой вид кавитации называется гидродинамическим. Под действием сил гравитации и межмолекулярных связей молекул воды кавитационные пузырьки взрывообразно «схлопываются» с выделением тепла. Так как кавитационные процессы происходят на расстоянии от поверхности вала и корпуса, конструктивные элементы теплогенератора не подвергаются разрушению. Это обстоятельство подтверждается эксплуатацией оборудования с 2003 года на многих объектах в России и за рубежом.

 

        Тепловые насосы и тепловые гидродинамические насосы, схожие по названию, но различны по принципу превращение электрической энергии в тепловую. Тепловые насосы могут использовать в качестве источника тепла энергию грунта земельного участка. Трубопровод, в котором циркулирует жидкий теплоноситель, зарывается в землю. Желательно использовать участок с влажным грунтом, идеально с близкими грунтовыми водами, однако сухой грунт не является помехой – это приводит лишь к увеличению длины контура. Ориентировочное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 метр трубопровода 20…30 Вт. Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходим земляной контур длинной 350…450 метров, для укладки такого контура потребуется участок земли площадью около 400 кв.м. Тепловые насосы целесообразно использовать в основном на небольших отдельно стоящих объектах с прилегающими земельными участками. Применение тепловых насосов требует значительных капитальных затрат. Они составляют $ 1200-2000 на 1 кВт потребной мощности отопления.  Тепловой насос оправдывает себя только в хорошо утепленных помещениях с теплопотерями не более 100 Вт/м2 . Чем теплее само здание, тем больше выгода от применения ТНУ. Чем больше разница температур теплоносителей во входном и выходном контурах, тем меньше коэффициент преобразования энергии, то есть меньше будет экономия электроэнергии. Поэтому более выгодно подключение агрегата к низкотемпературным системам отопления. Максимальный коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую в системе отопления, состав которой входит тепловой насос и постоянно декларируемый продавцами, достигает 4,5-5. При этом не уточняется, что такой коэффициент возможен при температуре теплоносителя обратной магистрали до +30С. Такая температура «обратки» устанавливается при значении окружающего воздуха 0–5С, что соответствует минимальным зимним температурам Южного Федерального округа. В условиях суровых зим Урала и Сибири, при существующих системах теплоснабжения, применение тепловых насосов возможно только в тандеме с другими источниками тепловой энергии- электрическими тэнами,, которые в свою очередь имеют как плюсы, так и существенные минусы.

 

Альтернатива тепловым насосам – тепловые гидродинамические насосы типа «ТС1» позволяют наиболее рационально, с минимальными затратами решить задачу автономного теплоснабжения, при этом экономить ресурсы и обеспечить  высокие требования пожаробезопасности и экологичности.

 

В тепловом гидродинамическом насосе типа «ТС1» процесс нагрева происходит при оборотах вала 2960 + 1,5%. На других оборотах эффективность снижается. Регулирование температурного режима осуществляется включением-выключением электродвигателя по сигналам с датчика температур. При достижении теплоносителем максимальной температуры задаваемой потребителем, электродвигатель выключается, при охлаждении теплоносителя до минимальной заданной температуры – включается. Диапазон задаваемых температур должен быть не менее 20оС. При правильном подборе мощности, в среднем за отопительный сезон, изделие работает 25 – 30 %  времени. Это обстоятельство необходимо учитывать при расчете текущих затрат на электроэнергию при эксплуатации тепловых гидродинамических насосов.

 

Максимальная температура нагрева теплоносителя 95оС. Эта температура задается требованиями СНиП 2.04.05-91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование». Под эти требования подобрана марка торцевых уплотнений. При незначительном изменении конструкции подшипникового узла можно получить на выходе теплоноситель нагретый до 180оС.

 

Начиная с отопительного сезона 2003/2004 г.г. около пятисот установок «ТС1» эксплуатируются в регионах РФ, ближнем и дальнем зарубежье (фото 3).

 

 ТС фото 3


Урпин К.В.