Зниження втрат теплової енергії в комунальній енергетиці
Когенерація
Когенерація — це комбіноване виробництво теплової та електричної енергії. Основною перевагою когенерації перед роздільним виробництвом теплоти та електроенергії є суттєве (у 4 рази) зниження втрат палива при однаковому обсязі виробництва енергії (рис. 7.4.).
Рис. 7.4. Порівняння втрат при комбінованому та роздільному виробництві
теплової й електричної енергії.
Сумарний потенціал України для будівництва розподіленої мережі когенерацій- них станцій становить 16 000 МВт. На першому етапі доцільне освоєння 5000 МВт, з них 3000 МВт — у житлово-комунальному господарстві, 2000 МВт — у промисловості. Впровадження розподіленої мережі когенераційних станцій забезпечує:
̵ високу енергетичну ефективність та низьку собівартість виробленої теплової та електричної енергії;
̵ значне зниження викидів парникових газів та шкідливих речовин у навколишнє середовище;
̵ забезпечення енергетичної незалежності та безпеки окремих підприємств та регіонів;
̵ зниження втрат при транспортуванні енергії;
̵ можливість роботи у режимах маневрових та пікових потужностей;
̵ можливість використання місцевих паливних ресурсів та нетрадиційних джерел енергії у єдиному високоефективному технологічному процесі.
Науково-промисловим об'єднанням «Ренко» розроблений проект впровадження 5000 МВт когенераційних потужностей. Загальна вартість проекту складає 14 187,1 млн. грн. Планується спорудження газотурбінних, парогазових і газопоршневих установок. Виконання розраховане на 2005—2015 роки. За роки впровадження проекту буде створено 5000 МВт високоефективних електрогенеруючих когенераційних потужностей та вироблено електричної енергії 189 353 ГВт*год, теплової енергії — 203 769 тис. Гкал. Середній термін окупності — 3,6 року. На основі широкого застосування новітніх енергоресурсозберігаючих технологій буде реконструйовано більшу частину котелень. Витрати природного газу будуть зменшені на 6—8 млрд. м3/рік порівняно з роздільним виробництвом теплової та електричної енергії. Скорочення витрат палива в комунальній енергетиці обумовить зменшення викидів парникових газів на 12% на рік, що еквівалентно 14,9 млн. т СО2-еквіваленту.
Підприємство «Зоря» — «Машпроект» (м. Миколаїв) виробляє газотурбінні двигуни (ГТД) потужністю від 2,5 до 25 МВт. Майже 100% цієї продукції йде на експорт в Росію, Білорусь, Китай, Канаду, США та інші країни. В Україні, за винятком близько двох десятків газових компресорних станцій, ГТД «Зоря» — «Машпроект» не використовуються. Цю ситуацію треба виправляти шляхом залучення ГТД підприємства до створення установок, що працюють на парогазовому циклі. Зараз на «Зоря» — «Машпроект» на стадії початку дослідно-промислова експлуатація газотурбінної установки потужністю 110 МВт. Такі установки мають впроваджуватися в Україні для ефективного спалювання природного газу з ККД виробництва електроенергії до 60%.
Зниження втрат теплової та електричної енергії
Зниження втрат теплової енергії в комунальній енергетиці
Виробництво і транспортування
За статистичними даними, з близько 85 млрд. м3 природного газу, який щорічно використовується в Україні, близько 34 млрд. м3 споживається населенням, комунально-побутовими та бюджетними організаціями. За останні 5—6 років споживання енергії в житлово-комунальному господарстві підвищилося майже на 7%, у той час як промисловість знизила цей показник на 7,4%. Питомі витрати енергоресурсів на виробництво 1 Гкал теплоти складають 185—190 кг у.п., в той час як за кордоном — 140— 150 кг у.п.
У циклі виробництва теплової енергії втрати на ряді малоефективних котелень складають до 30—35%, для найкращих котлів комунального господарства ця величина становить 10—12%. Середній рівень втрат у 20—25% з урахуванням введеної енергії фактично забезпечує те, що з теплоносієм із заданими параметрами із котельні виходить лише 45—50% енергії. Приведення втрат у циклі виробництва теплоти до нормативного рівня (не більше 8%) може скласти щорічну економію палива до 3 млн. т у.п.
Комунальна енергетика України експлуатує близько 15 тис. промислових та опалювальних котелень, більшість з яких має значні резерви енергозбереження.
Оцінюючи протяжність і стан теплових мереж комунальної енергетики, його слід характеризувати як незадовільний. З 23,44 тис. км теплових мереж 32% (7,5 тис. км) знаходяться в поганому та аварійному стані. Протяжність мереж з попередньо ізольованими трубами безканальної прокладки дуже мала та в найбільш великих містах не досягає і 10%. Канальна ж прокладка теплових мереж з використанням ізоляції з шлаковати надто малоефективна і має короткий термін експлуатації, бо розмокає під впливом ґрунтових вод, і за короткий проміжок часу більше 50% ізоляції труби за рахунок її зсуву практично відшаровується. Втрати в теплових мережах у залежності від їхньої довжини коливаються в межах від 8 до 25%. Перехід до використання нових видів теплоізоляційних труб і нових засобів їхнього укладання дозволив би зекономити до 7—9% палива.
Споживач, тобто, фактично, будинок, що опалюється, може отримати від 45— 47%, в кращому випадку, до 20%, в гіршому випадку, енергії на опалення і гаряче водопостачання. На жаль, найбільші втрати приходяться якраз на споживача, і коливаються в інтервалі 25—30%. Неважко підрахувати, що у випадку самого сприятливого сценарію корисно витрачається 15—25% теплоти. У несприятливому варіанті ефективність всього циклу зводиться практичні до нуля, а у споживача виділяється і корисно використовується лише ті 30% енергії, що фактично інвестовані в процес видобутку і транспортування природного газу.
Для розрахунку капіталовкладень на реалізацію заходів зі зниження втрат при виробництві і транспортуванні теплової енергії припустимо, що принаймні половина котелень мають бути реконструйовані і 7,5 тис. км тепломереж потребують обов'язкової заміни. Основними складовими цих заходів є заміна застарілих котлів на сучасні, пальникових пристроїв — на більш ефективні, старих теплообмінників — на нові високоефективні, старих труб теплових мереж — на сучасні попередньо ізольовані труби.
Виходячи з показників проекту реконструкції об'єктів комунальної енергетики АР Крим, середня вартість реконструкції однієї котельної становить близько 292 тис. грн.; заміна 1 км теплової мережі — 483 тис. грн. (дані НТЦ «Біомаса»). Тоді загальні витрати на модернізацію/реконструкцію котелень і тепломереж комунальної енергетики України складають 2192 млн. грн. і 3623 млн. грн., відповідно, а в сумі — 5814 млн. грн. Модернізація котельних дає 5—10% економії в споживанні природного газу, в залежності від застосованих заходів; використання попередньо ізольованих труб дає економію у 7—9%. Беручи для розрахунку середні показники, отримуємо, що впровадження енергозберігаючих технологій в комунальній енергетиці України заощадить близько 5,27 млрд. м3/рік природного газу (табл. 7.5.).
Таблиця 7.5.
Енергозберігаючі заходи у комунальній енергетиці України та
очікуваний результат від їхнього впровадження
Вид заходу | Приблизна кількість котельних, що будуть модернізовані, шт. | Приблизна протяжність тепломереж, що будуть замінені, км | Заощадження паливно- енергетичних ресурсів, млн. т у.п./рік | Зменшення споживання природного газу, млрд. м3/рік | Зниження викидів СО2, млн. т/рік | Інвестиційні витрати, млн. грн. |
Модернізація / реконструкція котельних | 2,9 | 2,55 | 5,0 | |||
Заміна старих труб теплових мереж на попередньо ізольовані труби | 3,1 | 2,72 | 5,33 | |||
УСЬОГО | 6,0 | 5,27 | 10,33 |
Споживання
Великий потенціал енергозбереження має місце також при споживання теплової та електричної енергії. Технічні заходи з ресурсозбереження в житловому секторі можна умовно розділити на три групи:
1. Заходи з обліку кількості та якості ресурсів, що споживаються.
2. Заходи з регулювання ресурсів, що споживаються.
3. Заходи зі зниження нераціональних втрат ресурсів, що споживаються. Відповідно до цих груп в житлово-комунальному господарстві можуть бути впроваджені такі енергоефективні заходи:
• використання сучасних ефективних систем обліку споживання енергоресурсів;
• впровадження автоматизованих систем керування енергоспоживанням;
• використання економічних систем і приладів електроосвітлення;
• впровадження сучасних систем і засобів силової електроніки;
• будівництво/реконструкція житла згідно з вимогами раціонального споживання енергії .
Виконання заходів щодо обліку й регулювання дозволяє забезпечити нормативні умови проживання й точно визначити спожиту для цього кількість ресурсів і їхню вартість, створюючи тим самим умови для аналізу нераціональних втрат і прийняття рішень про їхнє зниження. Представлені нижче приклади заходів щодо зниження нераціональних втрат споживаних ресурсів досить ефективні, але не вичерпують усіх способів зниження нераціональних втрат ресурсів при споживанні:
• Зовнішнє утеплення стінових конструкцій та аркових прорізів.
• Відновлення закладення міжпанельних швів і гідрофобізація стін.
• Утеплення будівельних конструкцій горищ, технічних поверхів і підвалів.
• Ізоляція трубопроводів опалення й гарячого водопостачання.
• Промивання обладнання і трубопроводів системи опалення, що дозволяє очистити їхню внутрішню поверхню від механічних і хімічних відкладень та відновити проектні характеристики системи опалення.
• Установка радіаторних відбивачів. Значна частина променистої енергії, що виділяється радіатором, направляється убік стіни, на якій він укріплений. Установка на стіні за радіатором відбивача дозволяє повернути більшу частину цієї енергії назад у квартиру.
• Установка на вікнах тепловідбиваючих плівок і низькоемісійних шибок дозволяє відбивати назад, у приміщення, інфрачервоне випромінювання, що генерується системою опалення й мешканцями, а також сонячне випромінювання, відбите від стін і предметів у приміщеннях. За рахунок цього втрати тепла через вікна значно зменшуються.
• Закладення й ущільнення віконних і дверних блоків.
• Реконструкція входів у під'їзди.
• Заміна старих віконних і балконних блоків на нові «склопакети» дозволяє істотно знизити втрати тепла й надлишкову інфільтрацію.
Загальна економія ПЕР за рахунок реалізації енергозберігаючих заходів у житлово-комунальному господарстві становить до 18 млн. т у.п./рік, а необхідні капіталовкладення оцінюються у 400 млн. грн.