Отраслевая конференция 
«Теплоснабжение-2019»
РосТепло.ru - Информационная система по теплоснабжению
РосТепло.ру - всё о теплоснабжении в России
Теплообменные аппараты ТТАИ

Современные системы теплоснабжения. Опыт Магнитки

В.Г. Сорокин, директор, ООО «Технологии энергосбережения», г. Магнитогорск;
к.т.н. Я.М. Щелоков, доцент, председатель коллегии СРО «СоюзЭнергоэффективность», г. Екатеринбург

Введение

КПД на современных ТЭЦ достигает максимально 50%. Остальная же часть энергетических потоков ТЭС - низкопотенциальная тепловая энергия, утилизация которой происходит, в т.ч., и при отоплении зданий (централизованного теплоснабжения) [2].

К сожалению, на практике в объективные физические законы периодически делаются попытки внесения отраслевых и даже «экономических» поправок. Все эти случаи имеют монопольную природу. Так, в середине XX в. в СССР была выдвинута теория, которая по сути дела «откорректировала» второе начало термодинамики. Исходя из этой «теории» было принято решение, что монопольное обеспечение тепловой энергией потребителей может развиваться по двум направлениям: во-первых, наиболее экономичным по расходу топлива методом теплофикации, а во-вторых, за счет систем теплоснабжения от котельных установок разных типов. Вызвано это тем, что «при низких (5-100 Гкал/ч) тепловых нагрузках сооружение ТЭЦ с установкой на них паровых турбин и энергетических котельных агрегатов с вспомогательным оборудованием экономически не может быть оправданно. Одним из путей рационального теплоснабжения районов с низкими тепловыми нагрузками является сооружение крупных центральных производственно-отопительных котельных с паровыми и водогрейными котлами и отопительных с водогрейными котлами, производительностью для Европейской части страны до 150 Гкал/ч, а за ее пределами до 300 Гкал/ч. Такое разделение связано с тем, что в европейской части стоимость топлива существенно выше, чем в других районах нашей страны» [4].

И процесс котельнизации в России пошел. Исходя из указанной выше тепловой мощности в 150 Гкал/ч, согласно решениям, принятым в 60-х годах ХХ в. [4], теплофикация (комбинированная выработка электрической и тепловой энергии) остается до сих пор экономически выгодной только начиная с электрической мощности турбогенераторов 15-20 МВт. Кстати, эти 20 МВт сохраняют в РФ свою ключевую роль и при всех форматах рынков электроэнергии. Приведем для сравнения вывод на эту же тему из издания по энергетическому менеджменту концерна DuPort (США) [7]: «...даже паровые системы низкого давления имеют возможность для регенерации механической энергии, в результате чего системы промежуточного давления могут обеспечить нагрузки предприятия и/или деаэратор паром. Часто оказывается выгодным устанавливать турбины с противодавлением небольшой мощности ~18 кВт». Откуда такая разбежка у различных экономических и, главное, политических систем при экономических оценках физических законов, от 18 кВт [7] до 20 МВт [4]? По рассекреченным в конце 80-х годов данным [3], оказалось, что в СССР были «цены на топливо и энергию значительно ниже действительных народно-хозяйственных издержек на их дополнительное производство (проще говоря, ниже себестоимости. - Прим. авт.): по газу и нефтепродуктам в 2-2,5 раза, по углю в 2,5-3 раза и более». Без учета этих «поправок», весьма разумная идея теплофикации (комбинированной выработки электрической и тепловой энергии в одной установке) остается определяющим достоинством централизованного теплоснабжения, практически при любой мощности системы [2]. Но даже рыночные условия, вот уже двадцать лет, не могут в РФ расставить все по своим местам. Одна из причин этому, что наша электроэнергетика функционирует не по законам рынка, а по постановлениям правительства. Поэтому дадим свою оценку возможностям систем централизованного теплоснабжения в современных условиях. Для оценки инженерных решений, применяемых в области централизованного теплоснабжения, которые должны и могут привести к требуемой эффективности, следует рассматривать процесс теплоснабжения в составе трех технологических частей: производство, транспортировка и использование тепловой энергии. Производство и транспортировка тепловой энергии по-прежнему остаются во многом вне действия прямых физических законов, несмотря даже на требования федеральных законов (№ 261-ФЗ, № 190-ФЗ) о переходе на теплофикацию и на муниципальном уровне. Поэтому в сфере централизованного теплоснабжения реально возможной зоной повышения энергоэффективности остаются пока только объекты использования тепловой энергии - это, в первую очередь, многоквартирные дома (МКД).

Речь идет о тепловом (абонентском) вводе [5], который сейчас называют по-рыночному индивидуальным тепловым пунктом (ИТП). В ИТП той поры [5] предлагалось устанавливать тепломеханическое оборудование и устройства, обеспечивающие, во-первых, надежную защиту и экономичную эксплуатацию местных систем (т.е. ИТП) и, во-вторых, защиту режимов работы системы теплоснабжения от влияния местных систем. Наиболее простой считалась схема присоединения системы отопления, работающей на параметрах теплоносителя тепловой сети. Такое возможно при одноэтажной застройке, при соответствующем рельефе местности. При параметрах теплоносителя, превышающих допустимое значение для систем отопления, предлагалось присоединение с насосно-подмешивающим устройством (чаще всего, элеватором) или независимое присоединение через водоподогреватель. При закрытой схеме предлагалось несколько схем присоединения ГВС: параллельное, двухступенчатое последовательное включение подогревателей ГВС к тепловым сетям. И, конечно, когда цена энергоносителей много ниже их себестоимости, то появилась еще и уникальная по своей расточительности открытая система теплоснабжения, которая жива до сих пор. Все из упомянутых схем ИТП, сложившихся в эпоху «бесплатных энергоресурсов», оказались малопригодными для рыночных условий, тем более, формируемых по одной проекции, когда население полностью оплачивает услуги энергоснабжающих компаний, но при отсутствии у населения азбучных рыночных возможностей: влиять на величину цены этой услуги и иметь возможность регулировать объемы используемых энергоресурсов. Итог? По мнению вице-премьера Правительства РФ А. Дворковича «сегодня плата за тепло составляет более половины всего тарифа за коммунальные услуги, и если не поменять модель регулирования, то эта составляющая будет только увеличиваться, причем ускоренными темпами». Отметим, что в теории регулирования есть правило без исключений: самая совершенная модель регулирования не может исправить недостатки технологически несовершенной технической системы. Тот факт, что существующие в РФ системы теплоснабжения МКД остаются технологически не совершенными, а режимы их управления пребывают в формате хронического банкротства, вряд ли можно аргументированно оспорить.

Опыт по регулированию теплопотребления МКД

В период «бесплатных» энергоресурсов из схемы ИТП с насосно-подмешивающей установкой элеваторного типа (рис. 1), в отличие от первоначальной схемы ИТП [5], исчезли регуляторы расхода и давления. Здесь мы вынуждены процитировать В.Ф. Гершковича [1]: «Элеватор - это очень простое, надежное в эксплуатации устройство, и единственным его недостатком является неспособность обеспечить пропорциональное регулирование». В итоге элеваторные ИТП в столь упрощенной комплектации оказались не способными даже в обычных режимах эксплуатации регулировать потребление тепла в зависимости от реальной потребности здания. И эта ситуация многими «специалистами» расценивается как неустранимый, природный дефект элеватора, что привело в РФ (СНГ) к принятию самых неожиданных как околотехнических решений, так и экономических, в том числе и использование дорогих импортных систем. А все затраты на оборудование ИТП теперь так же полностью оплачивает конечный потребитель (население).

Но, оказывается, что элеватор остается «очень простым и надежным», при его работе в формате «регулирование позиционное». Поэтому нельзя оставить без внимания результаты работ по использованию недорогих и технически простых решений, кардинально снижающих расход тепловой энергии на теплоснабжение социально-гражданских и жилых зданий. Так, системы автоматизированного регулирования теплоснабжения, реализованные за последние четыре года (2012 – 2015 гг.), дали реальную экономию энергии до 40% в год (в сравнении с тарифом на тепловую энергию). Одно основное из освоенных технических решений - это оснащение тепловых пунктов зданий до 10 этажей системами САРТ, реализованными на базе контроллеров типа РТ-2010 (12) и регулирующих гидроэлеваторов типа РГ-ХХ белорусского завода. Продукция этого завода была отобрана по критериям простоты, надежности, многоконтурности контроля, а также эксплуатационных и ценовых качеств по сравнению с другими аналогами. Результаты применения этих САРТ наверняка вызовет уважение даже у неспециалистов (снижение потребления тепла около 40% в год [6]). На общественных, государственных, муниципальных объектах, за счет специальных режимов регулирования (ночной период, выходные и праздничные дни и т.п.), экономия тепла достигает 70%.

Вызвано это тем, что технологические схемы ИТП (рис. 2), формируются на базе регулирующих гидроэлеваторов нового поколения, которые следует, по нашему мнению, называть регулирующими водоструйными насосами типа РВсН.

Что это дает:

1) регулирующий водоструйный насос заменяет в одном устройстве не только (а) насос, но и (б) регулирующий вентиль, (в) обратный клапан и (г) регулятор давления или дроссельную шайбу;

2) правильный выбор сечения сопла водоструйного насоса ограничивает максимальный расход сетевой воды и не позволяет перегревать здание потребителя в течение всего года;

3) регулирование температуры и (с этим связанное) изменение расхода воды, поступающей в систему отопления, дает экономию тепла и снижение температуры в обратном трубопроводе ниже температурного графика в переходное время года;

4) простота в конструкции, модульность - легко заменяются элементы РВсН (игла и сопло), в том числе, на другие размеры;

5) изготовление деталей из трудноизнашиваемых материалов;

6) периодическое потребление электроэнергии, связанное с непостоянным передвижением деталей насоса.

Подающий трубопровод выведен над осью трубопровода и введен в камеру смешения сверху - это выгодно отличает данную конструкцию от других систем, где все детали привода запорной иглы находятся в потоке высокотемпературного прямого теплоносителя и даже для мелкого ремонта узла необходима остановка системы и демонтаж узла смешения (или специальной вставки на прямом трубопроводе).

В прямой и обратный трубопроводы на узле смешения врезаны датчики температуры теплоносителя (3). Контроль и регулирование - по температурному графику обратной воды по схеме: контроллер РТ-2012 принимает сигналы от датчиков температуры теплоносителя (3), наружного (4) и внутреннего (5) воздуха и по заданному алгоритму формирует управляющие сигналы исполнительному органу (2). Датчики температуры внутреннего воздуха Твн, как правило, используются в гражданских объектах (детсады, школы, административные здания и т.п.) для включения встроенных в контроллер режимов ограничения теплопотребления (ночной, выходные и праздничные дни и т.п.). Это почти в 1,5 раза увеличивает экономию тепловой энергии! При отсутствии напряжения регулирование останавливается, но система продолжает функционировать и не размораживается, как при насосной схеме смешения.

Наиболее эффективная работа этой системы ИТП достигается за счет того, что в его схеме автоматизации используются элементы количественного регулирования с применением известного принципа «регулирование пропусками» по алгоритму: «НАТОП» системы при максимальном КПД и последующий полный «ОСТАНОВ». Этим достигается, что прямой теплоноситель определенный период не поступает в систему отопления (!). За время останова падение Твн в помещении составляет не более 0,5 ОС, что в пределах нормы и практически не ощущается людьми.

Основные достигнутые результаты

Модернизация существующих элеваторных узлов бюджетных объектов и МКД на базе вышеназванного оборудования вдвое дешевле импортных аналогов и выполняется в течение одной смены/объект. Цена системы для одного объекта составляет от 125 тыс. руб. до 220 тыс. руб. (зависит от тепловой нагрузки и необходимости замены существующего оборудования). Срок окупаемости такого ИТП не более одного отопительного сезона.

Заключение

Приведенная выше историческая справка развития централизованного теплоснабжения и общие сведения об опыте Магнитки показывают, что менять «модель регулирования» в теплоснабжении следует начинать с перехода на использование интеллектуальных внебюджетных инвестиций, в первую очередь, с целью создания технологически совершенных схем ИТП МКД.

В этом плане опыт Магнитки позволяет успешно решать многие проблемы теплоснабжения МКД, даже при сохранении всех недостатков схем централизованного теплоснабжения на стадиях производства, транспортирования и распределения тепловой энергии. Следует учесть, что по данным Минэнерго РФ централизованная тепловая энергия в нашей стране является в настоящее время практически самым дорогим из преобразованных видов энергии, особенно для населения. Об этом же свидетельствует и структура платежей за коммунальные услуги в МКД. Что делает МКД наиболее важным объектом для применения энергосервисных контрактов с использованием опыта Магнитки по созданию технологически совершенных ИТП с отработанной моделью регулирования, причем не только для МКД до 10 этажей.

Еще один из итогов выполненной работы то, что и в нашей практике удалось показать возможность эффективной и надежной работы элеватора в формате позиционного регулирования.

Литература

1. Гершкович В.Ф. Динамика изменения параметров отопительной системы при позиционном регулировании // Новости теплоснабжения. 2002. № 11. С. 42-44.

2. Данилов Н.И., Тимофеева Ю.Н., Щелоков Я.М. Централизованное теплоснабжение в рыночных условиях: учебно-методическое пособие. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009. 59 с.

3. Макаров А.А. Нуждается в совершенствовании // Энергия: экономика, техника, экология. 1987. С. 22-23.

4. О развитии теплоснабжения СССР; схема тепло- и электроснабжения Москвы и Московской области // Электрические станции. 1966. № 12; 1969. № 12; Энергетик. 1969. № 6.

5. Павлов И.И., Федоров М.Н. Котельные установки и тепловые сети. Учебник для техникумов. Изд. 2-е. М.: Стройиздат. 1977. 301 с.

6. Фиалко И.Ф., Шестерень И.В. Привлечение населения к регулированию и учету тепловой энергии. Опыт республики Беларусь//Энергосбережение. 2013. № 3. С. 44-51.

7. Энергетический менеджмент. Руководство по энергосбережению концерна DuPont (США). Нижний Новгород: Изд. «Чувашия». 1997. 223 с.

В.Г. Сорокин, Я.М. Щелоков, Современные системы теплоснабжения. Опыт Магнитки

Источник: Журнал «Новости теплоснабжения» №5 (189) 2016 г. , www.rosteplo.ru/nt/189

Оставить комментарий

Тематические закладки (теги)

Тематические закладки - служат для сортировки и поиска материалов сайта по темам, которые задают пользователи сайта.

Похожие статьи:

Подбор теплообменника!

Теплообменник ТТАИ для ГВС, отопления, промпроизводств. Эффективней пластинчатого!

+7(495)741-20-28, info@ntsn.ru

Программы Auditor

Отраслевая конференция «Теплоснабжение-2019»

Москва, 22-24 октября 2019 г.
Примите участие!

Подробнее