Тепловая энергия

     Тепловая  сеть - это система прочно и плотно соединенных между собой участников теплопроводов, по которым теплота  с помощью теплоносителей (пара или  горячей воды) транспортируется от источников к тепловым потребителям.

     Основными элементами тепловых сетей являются трубопровод, состоящий из стальных труб, соединенных между собой  с помощью сварки, изоляционная конструкция, предназначенная для защиты трубопровода от наружной коррозии и тепловых потерь, и несущая конструкция, воспринимающая вес трубопровода и усилия, возникающие  при его эксплуатации. Наиболее ответственными элементами являются трубы, которые должны быть достаточно прочными и герметичными при максимальных давлениях и температурах теплоносителя, обладать низким коэффициентом температурных деформаций, малой шероховатостью внутренней поверхности, высоким термическим сопротивлением стенок, способствующим сохранению теплоты, неизменностью свойств материала при длительном воздействии высоких температур и давлений.

     Снабжение теплотой потребителей (систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения  и технологических процессов) состоит  из трех взаимосвязанных процессов: сообщения теплоты теплоносителю, транспорта теплоносителя и использования теплового потенциала теплоносителя.    Системы теплоснабжения классифицируются по следующим основным         признакам: мощности, виду источника теплоты и виду теплоносителя.

По мощности системы теплоснабжения характеризуются  дальностью передачи теплоты и числом потребителей. Они могут быть местными и централизованными. Местные системы  теплоснабжения - это системы, в которых три основных звена объединены и находятся в одном или смежных помещениях. При этом получение теплоты и передача ее воздуху помещений объединены в одном устройстве и расположены в отапливаемых помещениях (печи). Централизованные системы, в которых от одного источника теплоты подается теплота для многих помещений.

          По виду источника теплоты системы централизованного теплоснабжения разделяют на районное теплоснабжение и теплофикацию. При системе районного теплоснабжения источником теплоты служит районная котельная, теплофикации-ТЭЦ.

Потери  тепловой энергии  при передаче

Для оценки эффективности  работы теплоэнергетической системы обычно используется обобщенный физический показатель, - коэффициент полезного действия (КПД). Физический смысл КПД - отношение величины полученной полезной работы (энергии) к затраченной. Последняя, в свою очередь, представляет собой сумму полученной полезной работы (энергии) и потерь, возникающих в системных процессах. Таким образом, увеличения КПД системы (а значит и повышения ее экономичности) можно достигнуть только снижением величины непроизводительных потерь, возникающих в процессе работы. Это и является главной задачей энергосбережения.

Основной же проблемой, возникающей при решении  этой задачи, является выявление наиболее крупных составляющих этих потерь и  выбор оптимального технологического решения, позволяющего значительно  снизить их влияние на величину КПД. Когда речь заходит о повышении экономичности работы теплоэнергетического оборудования (например, системы отопления), перед принятием решения в пользу использования какого-нибудь технологического новшества, необходимо обязательно провести детальное обследование самой системы и выявить наиболее существенные каналы потерь энергии. Наиболее лучшим решением будет использование только таких технологий, которые существенно снизят наиболее крупные непроизводительные составляющие потерь энергии в системе и при минимальных затратах значительно повысят эффективность ее работы.

Источники потерь

Любую теплоэнергетическую систему можно разбить на три основные участка:

1. участок производства  тепловой энергии (котельная);

2. участок транспортировки  тепловой энергии потребителю  (трубопроводы тепловых сетей);

3. участок потребления  тепловой энергии (отапливаемый  объект).

Каждый из приведенных  участков обладает характерными непроизводительными  потерями, снижение которых и является основной функцией энергосбережения..

1.Участок производства  тепловой энергии. 

На участке  производства тепловой энергии при  нормальной работе котлоагрегата всегда существуют три вида основных потерь: с недожогом топлива и уходящими газами (обычно не более18%), потери энергии через обмуровку котла (не более 4%) и потери с продувкой и на собственные нужды котельной (около 3%).

Таким образом, постоянные неявные дополнительные потери только при производстве тепла  в котельной могут достигать величины 20-25%.

2. Потери тепла  на участке его транспортировки  к потребителю. 

Величина КПД  данного участка обычно определяется следующим:

· КПД сетевых  насосов, обеспечивающих движение теплоносителя  по теплотрассе;

· потерями тепловой энергии по длине теплотрасс, связанными со способом укладки и изоляции трубопроводов;

· потерями тепловой энергии, связанными с правильностью  распределения тепла между объектами-потребителями, т.н. гидравлической настроенностью теплотрассы;

· периодически возникающими во время аварийных  и нештатных ситуаций утечками теплоносителя.

При разумно  спроектированной и гидравлически  налаженной системе теплотрасс, удаление конечного потребителя от участка  производства энергии редко составляет больше 1,5-2 км и общая величина потерь обычно не превышает 5-7%.

Обычно потери тепловой энергии в теплотрассах не должны превышать 5-7%. Но фактически они могут достигать величины в 25% и выше.

3. Потери на  объектах потребителей тепла.  Системы отопления и ГВС существующих  зданий.

Наиболее существенными  составляющими тепловых потерь в  теплоэнергетических системах являются потери на объектах-потребителях.

Общие неявные  непроизводительные потери на объекте  потребления могут составлять до 35% от тепловой нагрузки. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Оценка  жизненного цикла  как инструмент планирования затрат 
Основными причинами замены техники сегодня являются два ключевых момента. Во-первых, экономичность оборудования и, во-вторых, его надежность и удобство обслуживания. Первый фактор становится тем более важным, что цены растут очень быстро. Это не может не отразиться на платежах за отопление.  С другой стороны, затормозить рост тарифов поможет и снижение непроизводственных издержек, а именно – уменьшение трудозатрат на обслуживание и ремонт.  
На сегодняшний момент существует достаточно надежный инструмент оценки окупаемости – стоимость жизненного цикла изделия (СЖЦ).  Он широко применяется во всем мире для планирования затрат при покупке нового оборудования.    
Стоимость жизненного цикла рассчитывается следующим образом: 
СЖЦ = Зи + Зм + Зэл + Зт + Зто + Зп + Зэко + Зутил, 
где: 
Сжц – стоимость жизненного цикла, 
Зи – инвестиционные затраты (затраты на покупку), 
Зм – затраты на монтаж и пусконаладочные работы, 
Зэл – затраты на энергию, 
Зт – эксплуатационные затраты (трудозатраты), 
Зто – ремонт и техническое обслуживание, 
Зп – простои оборудования, 
Зэко – экологические затраты, 
Зутил – демонтаж и утилизация. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Производство  и потребление  тепловой энергии

Баланс производства тепловой энергии в Российской Федерации показан на диаграмме рис .5.

Структура производства тепловой энергии показана в Таблице 1, где представлены источники теплоснабжения, такие как домовые, групповые, квартальные и районные котельные, ТЭЦ. Количество произведенной тепловой энергии на этих источниках. Видно, что наибольшее количество имеет ТЭЦ. Также показана доля в общем объёме производства.

      Общий годовой расход топлива на производство  тепловой энергии

для ЖКК и  объектов социальной сферы составляет порядка 150 млн. т условного топлива, в том числе в коммунальных котельных - 66 млн. т условного топлива. Структура производства  тепловой энергии

в коммунальных котельных по видам используемого  топлива представлена в таблице 2. 

    Как следует из таблиц 1, 2, половина от общего числа котельных ЖКХ - 22,4 тыс. единиц, работают на твердом топливе и вырабатывают почти 35 % всей  тепловой энергии, потребляемой жилищным фондом, оказывая значительную нагрузку (давление) на природную среду обитания людей. Здесь кроется существенный резерв для экологического оздоровления жилых микрорайонов путем замены многих мелких котельных централизованными источниками теплоснабжения или перевода их на экологически более «чистые» виды топлива - газовое, жидкое котельно-печное, а также нетрадиционные возобновляемые энергоресурсы (например, энергия солнца, волны, ветра, геотермальных источников и т.д.).

Решением Правительства  РФ сельские системы теплоснабжения должны быть переданы на баланс и в  эксплуатацию муниципальным образованиям местных администраций. Эта работа продолжается, и количество установок  ЖКХ возрастает.

Срок  службы, себестоимость  и сроки окупаемости  установок по изобретению

Учитывая уровень материалоемкости, технологичности, автоматизации и другие параметры, в том числе в сравнении с аналогичными параметрами котельного оборудования, срок службы установки по изобретению составит не менее 10 лет, себестоимость установки по изобретению мощностью 1 МВт тепловой энергии в промышленной серии – не более 2,5 млн. руб., включая стоимость котельного водогрейного оборудования как составной части установки по изобретению.  
 
 

Учитывая  то, что:

• себестоимость установки по изобретению составит не более 2,5 млн. руб., включая стоимость котельного водогрейного оборудования, как составную часть установки,
• срок службы установки по изобретению составит 10 лет,
• годовой расход газа (как самого дешевого в настоящее время вида топлива) на котельном оборудовании мощностью 1 МВт тепловой энергии составляет 2,03 млн. руб.,
• годовой расход песочного порошка на установке по изобретению мощностью 1 МВт тепловой энергии составит 12,2 тыс. руб.,
• усредненная стоимость котельного оборудования мощностью 1 МВт тепловой энергии составляет примерно 500 тыс. руб., 
  установка по изобретению окупается уже через 1 год.

Расчет рентабельности производства установок заключается в следующем: подсчитываются примерные расходы на покупку котельного оборудования мощностью 1 МВт тепловой энергии, и расходы на покупку газа (в оптовых ценах) за 10 лет эксплуатации указанной установки; аналогичные расчеты делаются для установок по изобретению; другие накладные расходы не учитываются, поскольку они будут примерно одинаковыми у котельного оборудования, работающего на газе, и у установок по изобретению аналогичной мощности; сравнивая различные соотношения между общими расходами для котельной на газе за 10 лет и общими расходами для установок по изобретению за 10 лет при различных продажных ценах на установки по изобретению, можно рассчитать примерную рентабельность производства указанных установок с привязкой к экономии общих расходов на производство тепловой энергии. В этой связи, принимая во внимание, что:

• в течение 10 лет общие расходы на покупку котельной на газе мощностью 1 МВт тепловой энергии (500 тыс. руб.) и на газ (20,3 млн. руб.) составят примерно 20,8 млн. руб.,
• себестоимость установки по изобретению мощностью 1 МВт тепловой энергии составит не более 2,5 млн. руб.,
• в течение 10 лет общие расходы на покупку песочного порошка для установки по изобретению мощностью 1 МВт тепловой энергии составят 122 тыс. руб.

Варианты рентабельности производства установок по изобретению  на примере установок мощностью  1 МВт тепловой энергии приведены в таблице 3.

  Можно также рассчитать приблизительную себестоимость 1 Гкал, производимой котельной на газе мощностью 1 МВт, и установкой по изобретению аналогичной мощности. Сравнительные данные приведены в таблице 4.