Закрытое акционерное общество Инженерный центр «Энергетика города»



страница2/12
Дата17.10.2016
Размер2,32 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

2. Анализ мер государственной политики зарубежных стран, направленных на выбор оптимального температурного режима при проектировании и модернизации систем теплоснабжения

Необходимо отметить, что быстрое развитие систем централизованного теплоснабжения и ТЭЦ произошло в тех странах, где в теплоэнергетику осуществлялись крупные государственные дотации и инвестиции. Примером этому могут служить Дания, Швеция и ФРГ, где в основу государственного финансирования были положены государственные программы развития систем централизованного теплоснабжения. Так, в 1977 г. в ФРГ на развитие систем централизованного теплоснабжения были выделены государственные дотации в размере 759 млн. марок, которыми обеспечивалось покрытие до 35% начальных капиталовложений в системы централизованного теплоснабжения. В Дании в течение последних десятилетий проводится политика, содействующая развитию комбинированного производства электрической энергии и теплоты. В настоящее время доля электроэнергии, выработанной на базе теплового потребления, в энергобалансе страны составляет 50%. В Финляндии, где доля ТЭЦ в централизованном теплоснабжении составляет 72%, а 32% потребностей в электроэнергии удовлетворяется от ТЭЦ, топливо, используемое для производства электроэнергии, не облагается налогом, что значительно стимулирует развитие источников с комбинированной выработкой теплоты и электрической энергии.

Особенно важен для отечественного теплоснабжения учет опыта энергосбережения таких зарубежных стран, в которых системы теплоснабжения потребляют большое количество теплоты. Например, в Дании доля потребления теплоты системами централизованного теплоснабжения составляет в настоящее время 60%.

Как в Западной Европе, так в США и Японии в 70-80 годы XX в. построено значительное количество ТЭЦ с газотурбинными и парогазовыми установками.

Однако, в отличие от отечественной теплоэнергетики, в странах Западной Европы и США термодинамические преимущества теплофикации использовались не только при создании крупных ТЭЦ, но и при развитии мелких теплоисточников. Большое распространение получили компактные и относительно недорогие промышленные блок-ТЭЦ на базе дизелей и газовых двигателей. Преимуществом блок-ТЭЦ является высокий коэффициент использования топлива, что позволяет экономить 5-30% топлива по сравнению с раздельной выработкой электрической и тепловой энергии и снизить выбросы оксидов углерода в окружающую среду на 5-60%. Например, в Германии к концу 1999 г. насчитывалось почти 5 тыс. блок-ТЭЦ с двигателями внутреннего сгорания, общая мощность которых возросла до 1900 МВт. В настоящее время в России также накоплен достаточный опыт применения блок-ТЭЦ, который показал их техническую и экономическую эффективность.

Другим высокоэкономичным направлением развития мелких и средних теплоисточников в странах, где велика доля электроэнергии в балансе теплоснабжения, стало широкое применение теплонасосных установок (Япония, США, Швеция, Норвегия, Канада). Утилизация теплоты низкого потенциала промышленных или бытовых выбросов с помощью тепловых насосов позволяет снизить затраты первичной энергии на производство тепловой энергии и сократить загрязнение окружающей среды. За рубежом широкое распространение получили тепловые насосы с электроприводом, паротурбинным приводом, приводом от дизелей и двигателей внутреннего сгорания (последние распространены в Германии). Число работающих тепловых насосов в зарубежных странах составляет в настоящее время 15 млн. шт. Ежегодно производится более 1,5 млн. шт. различных типов тепловых насосов, а объем продаж составляет более 10 млрд. долларов США. По прогнозам Мировой энергетической комиссии к 2020 г. в передовых странах до 75% нагрузки отопления и горячего водоснабжения будет покрываться с помощью тепловых насосов. Например, в Швеции введены в эксплуатацию более 100 тыс. теплонасосных установок. В США, где более 40 фирм заняты в сфере производства теплонасосных установок, ежегодный объем производства тепловых насосов типа «вода-вода» в 1997 г. достиг 200 тыс. шт. В Австрии в настоящее время работает 105 тыс. тепловых насосов, дающих ежегодную экономию 116 тыс. т мазута.

Опыт эксплуатации теплонасосных установок в России показал, что из-за большей продолжительности отопительного сезона по сравнению со странами Западной Европы экономическая эффективность внедрения тепловых насосов в России выше, чем в других странах, что делает применение теплонасосных установок в системах теплоснабжения более привлекательным.

Существенный прогресс при энергосбережении в западных странах был достигнут за счет совершенствования систем транспорта теплоты.

Ускоренное развитие теплофикации и централизованного теплоснабжения обусловило строительство крупных и сверхкрупных, вплоть до региональных, систем транспорта теплоты в странах Западной Европы. Лидером в развитии этих систем стала в 70-80-е годы Дания. Протяженность теплопроводов городов Архуса и Копенгагена составила соответственно 100 и 157 км.

В системах централизованного теплоснабжения Дании, Швеции, Финляндии, а впоследствии и других европейских странах, укрупнение систем транспорта теплоты, напротив, происходило одновременно с радикальным повышением их надежности, снижением стоимости теплопроводов и потерь в сетях.

Впечатляющие достижения в этой области связаны прежде всего с разработкой и массовым применением бесканальной бескомпенсаторной прокладки теплопроводов заводского изготовления со встроенными проводными системами обнаружения мест увлажнения теплоизоляции. Наибольшее распространение получила конструкция теплопроводов с защитной трубой-оболочкой из высокоплотного полиэтилена и пенополиуретановой теплоизоляцией. Пенополиуретан, имея коэффициент теплопроводности равный =0,04-0,06 Вт/(м·К), обладает очень хорошими теплоизоляционными свойствами. Поэтому применение теплопроводов с пенополиуретановой теплоизоляцией позволяет значительно снизить потери тепла в окружающую среду. Опыт эксплуатации таких теплопроводов показал, что проводные системы сигнализации имеют точность обнаружения мест увлажнения 0,5-1 м.

Несмотря на наличие высокоэффективной тепло- и гидроизоляции, системы обнаружения влаги и достаточно высокие транспортные расходы, капитальные затраты на сооружение теплопроводов ABB оказываются примерно такими же, как и при строительстве обычной теплотрассы с канальной прокладкой. Экономия капитальных затрат достигается за счет исключения каналов, компенсаторов, значительного количества тепловых камер и, в ряде случаев, снижения толщины стальных труб. Так, замена канальной прокладки бесканальной позволяет сэкономить до 30-40% капиталовложений при новом строительстве и реконструкции систем транспорта теплоты.

Затраты на эксплуатацию и ремонт теплопроводов рассматриваемой конструкции многократно ниже, чем на эксплуатацию традиционных теплопроводов в каналах, благодаря существенному повышению надежности и уменьшению потерь теплоты и теплоносителя.

Отметим, что трубы в рассматриваемых конструкциях теплопроводов изготавливаются из обычной углеродистой стали, поэтому обязательным условием их применения является обеспечение эффективной противокоррозионной и противонакипной обработки подпиточной и сетевой воды в соответствии с европейскими стандартами.

В тепловых сетях произошло существенное снижение расходов электроэнергии на транспорт теплоносителя. Так, в тепловых сетях г. Хельсинки удельный расход электроэнергии на перекачку сетевой воды за 1975-1985 гг. снижен на 41%. В первую очередь это достигнуто за счет снижения температуры обратной сетевой воды и соответствующего снижения расхода сетевой воды, а также благодаря применению регулируемого привода сетевых насосов. В отечественных системах теплоснабжения в настоящее время наоборот - наблюдается рост расходов сетевой и подпиточной воды и энергозатрат на ее перекачку, обусловленный компенсацией потребителями недотопа на теплоисточниках.

Значительная экономия энергоресурсов достигнута в теплоиспользующих абонентских системах. В Финляндии за счет энергосберегающих мероприятий удельное годовое теплопотребление зданий с 1973 по 1984 г. снизилось с 71,8 до 48,2 кВт*ч/м3, т.е. на 33%. Для сравнения: теплопотребление отечественных зданий в настоящее время составляет 80-130 кВт·ч/м в год, т.е. в 1,5-2 раза выше. В Дании годовой расход энергоресурсов на нужды теплоснабжения за 1973-1983 гг. снизился на 20%. Среднее удельное потребление тепловой энергии на отопление 1 м общей площади по данным исследований составляет: для Мурманска - 2,1 ГДж в год; Финляндии и Швеции - 0,575; Дании - 0,651; Германии - 0,941. Данный показатель характеризует степень перерасхода тепловой энергии и указывает на резервы энергосбережения в отечественных системах теплоснабжения.

Для примера рассмотрим модернизацию трубопроводной системы (внутренний диаметр 350 мм, надземной прокладки), проведенной в Словении. Внешняя алюминиевая оболочка трубы до модернизации была закреплена шестью стальными стержнями. Изоляция трубы и конструктивные особенности были изменены (рисунок 1.2).

graphic1

Рисунок 2.2 - Поперечное сечение трубы (в месте расположения стальных стержней) до и после модернизации

Причина применения двухслойной изоляции после реконструкции состояла в намерении создать лучшие изоляционные свойства, а также из экономических соображений. Кроме того, было учтено, что температура в прямом трубопроводе слишком высоки для применения полиуретана. Конструкция неподвижных и скользящих опор была улучшена применением тефлоновых шайб, что позволило уменьшить контактную поверхность и увеличить тепловое сопротивление (уменьшить тепловые потери).

С целью оценки эффективности проведенной модернизации были измерены тепловые потери до проведения конструктивных изменений. Были получены следующие результаты. Тепловые потери составили 456 Вт/м при температуре горячей воды 140 °С и температуре окружающего воздуха -10°C, т.е. коэффициент тепловых потерь 3,04 Вт/(м.К), при точности измерения ± 10%.

Результаты численного моделирования поля температур, проведенного с использованием программного комплекса ANSYS FLUENT при тех же исходных параметрах, что приведены выше, представлены на рисунках 2.3 (до модернизации) и 2.4 (после модернизации) На рисунке 2.3 видны источники тепловых потерь (в месте, где присутствуют стальные стержни), устраненные в результате проведенной модернизации.

Рисунок 2.3 – Результаты численного моделирования поля температур в трубе до модернизации


Тепловые потери, в связи с улучшением конструкции изоляции, были снижены на 79%. Реальные тепловые потери до модернизации были еще выше в связи со старением изоляции.

Рисунок 2.4 – Результаты численного моделирования поля температур в трубе до модернизации

На рисунке 2.5 приведены ежемесячные потери тепла для трубопровода до и после реконструкции.

graphic2

Рисунок 2.5 – Снижение потерь тепла в трубопроводах тепловых сетей после модернизации


В результате снижения потерь тепла удалось сэкономить финансовые ресурсы (рисунок 2.6). В годовом исчислении объем рассчитанных тепловых потерь составил 15 635 МВт, на приобретение которого понадобилось бы 162 295 евро. После модернизации тепловые потери составляют 3600 МВт.ч. На приобретение этого тепла у генерирующей компании необходимо 37 371 евро. Таким образом, в связи с реконструкцией трубопровода удается сохранить 12 035 МВт.ч в год, что составляет 124 924 евро в год.

graphic3

Рисунок 2.6 – Экономия средств за счет снижения потерь тепла в трубопроводах тепловых сетей в результате проведенной модернизации


Также среди энергосберегающих мероприятий, осуществленных в абонентских системах, необходимо выделить 100%-е оснащение теплопотребляющих установок приборами автоматического регулирования отпуска теплоты на отопление и горячее водоснабжение и приборами учета расхода теплоты и воды. Наибольший вклад в решение этой проблемы внесла фирма «Danfoss», которой разработан и выпускается широкий спектр средств регулирования и контроля для систем теплоснабжения: радиаторные термостаты для индивидуального регулирования температуры воздуха в помещениях, регулирующие устройства для центральных и индивидуальных тепловых пунктов, частотные преобразователи для бесступенчатого регулирования скорости электродвигателей насосов и вентиляторов, теплосчетчики и расходомеры для точного измерения количества тепла и расхода теплоносителя.

В тепловых пунктах потребителей снижению энергозатрат способствовало широкое применение эффективных и компактных пластинчатых теплообменников, а также экономичных, бесшумных и долговечных смесительных насосов.

В 1970-80-е гг. в Дании, ФРГ и других странах Западной Европы наметилась тенденция к снижению температуры теплоносителя в подающей магистрали теплосети. Понижение температуры теплоносителя привело к необходимости увеличения расхода сетевой воды, но в то же время позволило значительно снизить тепловые потери. Особенностью низкотемпературного теплоснабжения является то, что температура сетевой воды поддерживается практически постоянной в течение всего отопительного периода. Низкотемпературное теплоснабжение стало возможным благодаря полному оснащению отопительных приборов потребителей терморегуляторами. При пониженном температурном графике, практически постоянной температуре сетевой воды и оборудовании отопительных приборов приборами автоматического регулирования возможно только количественное или качественно-количественное регулирование тепловой нагрузки потребителей. Перевод систем теплоснабжения на количественное и качественно-количественное регулирование тепловой нагрузки является, как показывает опыт зарубежных стран, эффективным энергосберегающим мероприятием.

Принятые в промышленно развитых странах Запада технические меры по энергосбережению на теплоисточниках, в системах транспорта теплоты и потребительских установках позволили радикально снизить затраты топливно-энергетических ресурсов на теплоснабжение населенных пунктов и промышленных предприятий при одновременном повышении уровня комфортности жилых, общественных и производственных зданий.

Широкий спектр возобновляемых и энергосберегающих технологий, которые сегодня технологически доступны, позволяет Европейскому сообществу декларировать в дорожной карте замещение двух третей используемого ископаемого топлива на рынке тепловой энергии и снижение удельных тепловых нагрузок зданий на 72%. При этом предполагается экономить от 100 до 146 млрд. евро/год за счет снижения затрат на тепло- и хладоснабжение зданий и повысить конкурентоспособность европейской экономики. Доля централизованного теплоснабжения для отопления помещений и горячего водоснабжения в 2050 году устанавливается на уровне 50% к 2050 году.

Выделяются следующие ключевые технологии для организации теплоснабжения к 2050 году:

• использование технологий комбинированной выработки тепла и электроэнергии (увеличение с 41 ГВт в 2010 году до 205 ГВт в 2050 году);

• внедрение централизованного снабжения за счет тепловых насосов от 0 ГВт в 2010 году до 40 ГВт в 2050 году;

• использование индивидуальных тепловых насосов от 40 ГВт в 2010 году до 175 ГВт в 2050 году;

• использование централизованного теплоснабжения в европейских городах от 132 ГВт.ч в 2010 году до 532 ГВт.ч в 2050 году (в основном на биомассе)

• использование тепла от сжигания отходов от 50 млрд. кВт-ч в 2010 году до 200 млрд. кВт-ч в 2050 г.

• внедрение централизованных гелиоустановок для теплоснабжения


от 0 млрд. кВт.ч в 2010 году до 100 млрд. кВт.ч в 2050 г.

• использование индивидуальных солнечных коллекторов от 22,5 млрд. кВт-ч в 2010 году до 130 млрд. кВт-ч в 2050 г.

• использование сбросного тепла промышленных предприятий от 7 млрд. кВт-ч в 2010 году до 105 млрд. кВт-ч в 2050 г.

• геотермальное теплоснабжение от 2 млрд. кВт-ч в 2010 году до 100 млрд. кВт-ч в 2050 г.

• использование энергии ветра от 150 млрд. кВт-ч в 2010 г. до 1490 млрд. кВт-ч в 2050 г.

Рассмотрим далее текущее состояние и перспективы развития некоторых из упомянутых выше технологий в Европе.

Отмечается, что в 2010 году около 73% всех 502 млн. граждан Европейского Союза (ЕС) проживало в городах с высокой плотностью населения. Этот факт является серьезным стимулом к более широкому использованию централизованного теплоснабжения в Европе. Кроме того, согласно прогнозу, городское население ЕС будет продолжать расти до 75% в 2020 году и 84% в 2050 г.

Текущая ситуация на рынке тепла для жилых и хозяйственных объектов по источникам энергии в ЕС составляет суммарно около 3300 млрд. кВт-ч/год (рисунок 2.7).



Рисунок 2.7 – Структура теплоснабжения жилых и промышленных зданий

по источникам энергии

Распространение систем централизованного теплоснабжения в странах ЕС показано на рисунке 2.1.8. Всего работает около 6000 систем централизованного теплоснабжения. Дефицит таких систем наблюдается в небольших городах Германии, Франции и Польши.

По данным Евростата, геотермальное теплоснабжение (рисунок 2.9) в Бельгии, Дании, Германии, Литве, Венгрии, Австрии и Словакии позволило получить 2,5 ПДж в 2009 году. Во Франции такие системы выработали 2,9 ПДж за 2009 год. Около тридцати из них расположены в окрестности Парижа. Новые крупные геотермальные проекты реализуются в Париже (Франция), Ден Хааг (Нидерланды), в Вене (Австрия).

Рисунок 2.8 – Города ЕС с системами централизованного теплоснабжения

Геотермальные условия отличаются для разных регионов в Европе. Оцененные температуры на глубине 2000 метров представлены на рисунке 1.9. Таким образом, 4 % населения ЕС живут в регионах с температурой геотермальных ресурсов на глубине 2000 м выше 200 ° С, 8% населения, - от 100 до 200 º C и 20% населения, - от 60 до 100 ° С. Поскольку городское население ЕС составляет 73%, то 26% всех жителей Евросоюза может снабжаться теплом с помощью геотермальных систем централизованного теплоснабжения (в том числе с помощью пониженных температурных графиков теплоснабжения).

Рисунок 2.9 – Число систем геотермального теплоснабжения в Европе по состоянию на 2011 и в перспективе на 2014 год



Рисунок 2.10 – Геотермальные ресурсы Европы (на глубине 2 км)

Перспективный переход на использование пониженных температурных графиков и возобновляемых технологий сопровождается в ЕС инвестициями, направленными на снижение тепловых потерь зданий, замену окон на энергосберегающие и т.д. Планируемые средства (до 2050 г.) направляемые ЕС на эти цели представлены на рисунке 2.11 в двух вариантах (существенной и базовой модернизации).

Рисунок 2.11 – Ежегодные инвестиции ЕС на повышение энергосбережения зданий (млн.евро/год)

На рисунке 2.12 показан план по внедрению технологий “теплый пол” в 27 странах ЕС. Различаются здания до и после 1979 года постройки (т.к. в 1979 году было принято постановление о теплоизоляции зданий, являющееся обязательным для стран ЕС). Согласно варианту глубокой модернизации планируется почти полностью отремонтировать здания устаревшей постройки к 2045 году. Около четверти жилого фонда к 2050 году будут составлять новые здания.

graphic4

Рисунок 2.12 – Площадь обогреваемых полов в жилых зданиях на территории ЕС в 2012 году и в перспективе до 2050 года (согласно сценарию глубокой модернизации)

Голландское агентство по энергетике и окружающей среде проводит внутри ЕС собственную программу по реализации пониженной температуры теплоснабжения в зданиях. Кроме достижения целей энергоснабжения, реализуется программа повышения качества жизни:

• повышается качество воздуха в помещениях (снижается количества пыли, насекомых, пылевых клещей, аллергенность);

• повышается тепловой комфорт за счет равномерности обогрева, снижения колебаний температур, уменьшения периода нагрева и охлаждения).

Здания и сооружения проектируются на использование низкотемпературных распределительных систем (теплый пол, настенное отопление). Такие системы имеют жизненный цикл от 40 до 50 лет. Текущая практика отопления зданий в Голландии реализуется на основе систем распределения тепла, работающего при относительно высоких температурах (90-70 °С). Наиболее распространенные системы отопления (особенно в жилых зданиях ) обычно строятся из следующих компонентов:

• газовый котел высокой эффективности;

• система трубопроводов горячей воды;

• радиаторы или конвекторы как элементы теплоснабжения.

Таким образом для создания комфортной температуры воздуха около 20 °С в помещении вода нагревается до 90 ° С, с помощью газового пламени в котле при примерно 1200 ° С. Для использования в системах теплоснабжения геотермальной, солнечной энергии используются настенные и напольные отопительные системы (с увеличенной площадью теплообмена), воздушное отопление, снижаются потери с вентиляцией. Различные температурные диапазоны для современных систем теплоснабжения представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Температурные графики на теплоснабжение, согласно программе модернизации Голландии


Название системы

Температура в прямом трубопроводе

Температура в обратном трубопроводе

Высокотемпературное теплоснабжение

90 °C

70 °C

Среднетемпературное теплоснабжение

55 °C

35 - 40 °C

Низкотемпературное теплоснабжение

45 °C

25 - 35 °C

Сверхнизкотемпературное теплоснабжение

35 °C

25 °C




Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2019
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал