ЭФФЕКТИВНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Королева Т.И., Иващенко Н.Ю.

Отсутствие протяженных внешних тепловых сетей и обслуживание преимущественно однотипных потребителей (конкретного потребителя) позволяет практически исключить потери теплоносителя в тепловых сетях и потери от совмещения графиков отпуска теплоты разнотипными потребителями, используя все преимущества местного регулирования.

Высокая эффективность использования тепловой энергии в системах теплоснабжения на базе автономных источников теплоты (АИТ) на газообразном топливе может быть достигнута не только за счет применения высокоэффективных котлов (включая конденсационные), но и за счет применения рациональной тепловой схемы АИТ, обеспечивающей надлежащие теплогидравлические режимы работы основного и вспомогательного оборудования при всех нагрузках, а не только в режимах максимального и минимального теплопотребления [1].

На объектах реконструкции и нового строительства в России наибольший «удельный вес» имеют автономные газовые котельные мощностью 0,5 – 2,5 МВт. В большинстве случаев – пристроенные или встроенные, реже крышные, выполненные как в виде транспортабельных агрегато-блочных компоновок, так и в стационарных зданиях и помещениях.

Наиболее простые технические решения имеют место для технологических нагрузок, в большинстве случаев отличающихся постоянством теплопотребления и стабильностью параметров теплоносителя (как сезонной, так и суточной) [2].

Иначе обстоит дело при обеспечении теплом смешанных потребителей технологических и жилищно-коммунальных, или только потребителей ЖКХ, для которых характерны сезонные и суточные изменения нагрузок отопления и вентиляции, значительные часовые колебания теплопотреблений на цели ГВС (с коэффициентом неравномерности для малых нагрузок, доходящих до 4-5), а также большого количества специфических потребителей: системы подогрева воды в бассейнах, отопление и вентиляции гаражей, зимних садов, «теплые полы» и др.

Отсутствие протяженных внешних тепловых сетей в АИТ рассматриваемого мощностью ряда и практически полное внутреннее размещение трубопроводов, запорно-регулирующей арматуры и оборудования исключает утечку больших объемов теплоносителя и ухудшение его качества, что позволяет в подавляющем большинстве случаев использовать зависимое подключение отопительно-вентиляционной нагрузки. В противном случае используются независимые схемы через разделяющие теплообменники.

Необходимость независимого подключения нагрузки может быть обусловлена большими значениями гидростатического давления для оборудования АИТ при его монтаже, например, на нижних отметках в зонах многоэтажной застройки.

В общем случае использование независимых схем гидравличеки полностью разделяет внешних потребителей от тепловой схемы АИТ и позволяет технически обеспечить стабильные гидравлические условия работы котлов во всех режимах теплопотребления, что может быть весьма важным, учитывая все боше широкое внедрение методов количественного регулирования отпуска теплоты у местных потребителей систем отопления и вентиляции.

На цели горячего водоснабжения отпуск теплоты от автономного источника по ряду очевидных причин возможен практически только по независимой схеме с установкой не менее двух проточных водонагревателей на максимум потребления ГВС со 100-процентным резервированием мощности теплообменников [2,3,4].

Для определения целесообразности устройства автономного источника теплоты необходимо произвести технико-экономическое обоснование выбранного варианта.

Экономическую целесообразность их применения определяют исходя из сравнительной экономической эффективности капитальных вложений, необходимых для осуществления такого мероприятия, т.е. сопоставляют затраты и результаты, полученные при этих затратах [8].

Расчет основных технико-экономических показателей работы котельной на стадии проектирования проводится для осуществления технико-экономического обоснования проектного варианта. После пуска котельной в эксплуатацию также проводится расчет системы технологических и экономических показателей для оценки экономической эффективности, технического уровня и эксплуатационных качеств работающей котельной.

Установленная мощность котельной, МВт, определяется по формуле: Q_уст=Q_ном·n

г де Q_ном – номинальная мощность котлов, МВт;

n – количество котлов в котельной, шт.

Q_уст=0,25·2=0,5 МВт

Годовой отпуск тепла на отопление, ГДж/год, рассчитывается по выражению:

Q_от=24·0,0036·Q_ср·n₀

где n₀ – продолжительность отопительного периода, сут;

Q_ср – средний расход теплоты за отопительный период, кВт; рассчитывается исходя из величины максимального годового расхода теплоты на системы отопления Q_ср в зависимости от удаленной тепловой характеристики зданий:

где t_в – температура внутреннего воздуха, °C;

t_н – температура наружного воздуха, °C;

t_ср.от – средняя температура наружного воздуха за отопительный период, °C;

кВт

Q_от=24·0,0036·72·207=1288 ГДж/год

Годовой отпуск теплоты на вентиляцию определяется аналогичным способом, исходя из расчетного расхода тепла калориферными агрегатами систем воздушного отопления:

Q_вен=0,0036·z ·Qср·n₀ ГДж/год,

где z – усредненное за отопительный период число часов работы систем вентиляции в течение суток.

Средний расход теплоты зависит от удельной тепловой характеристики здания для систем вентиляции.

кВт

где t_нач – расчетная температура наружного воздуха, °C, для проектирования систем вентиляции.

Q_вен=0,0036·16·56,4·207=672,4 ГДж/год

Годовой отпуск теплоты на нужды горячего водоснабжения, ГДж/год, определяется по выражению:

Q_ГВС=24·0,0036·( Q_срn₀ +[350- n₀] Q_лет)

где Q_ср, Q_лет – соответственно, средний расход теплоты на горячее водоснабжение за отопительный период и летние периоды года, кВт;

Q_ГВС=24·0,0036·( 35·207 +[350-207] ·27) =960 ГДж/год

Годовой отпуск теплоты котельной определяется по формуле:

Q_ГВС = Q_от+ Q_ГВС+ Q_вен

Q_ГОД=1288+673+960=2921 ГДж/год

Годовая выработка теплоты котельной определяется по формуле:

где – коэффициент теплового потока, %, приближенно принимается равным 97% для котельных с котлоагрегатами мощностью менее 10 Вт.

ГДж/год

Число часов, чгод, использования установленной мощности котельной в году определяется из выражения:

чгод

Удельный расход топлива на 1 ГДж отпущенной теплоты зависит от КПД (брутто) котельного агрегата η_бр ,%, и низшей теплоты сгорания рабочей массы ,МДж/м³ :

ту.т/ГДж

ту.т./ГДж

Годовой расход натурального топлива, тнт/год, определяется исходя из удельных показателей расхода топлива:

В_н= b_н· Q_ГОД

В_н=0,032·2921=93,47 тнт/год

Годовой расход электроэнергии на собственные нужды котельной Э_ГОД, кВт/год, зависит от установленной мощности токоприемников и числа часов их работы и определяется по формуле:

Э_ГОД=N_уст·h_к·К_э

где N_уст – установленная мощность токоприемников, кВт , определяется на основе выбора вспомогательного оборудования котельной и электродвигателей к нему, а при отсутствии данных – расчетным способом по удельному расходу электрической мощности N_э, кВт/МВт

N_уст= N_э· Q_уст

где N_э – удельный расход электрической мощности на собственные нужды котельной, кВт/МВт

N_уст=10·0,5=5 кВт

где К_э – коэффициент использования установленной электрической мощности (принимается для котельных с Q_уст) ≤ 10 МВт равным 0,5-,6

Э_ГОД=5·8400·0,5=21000 (кВт·ч) /год

Годовой расход воды котельной G_ГОД ,т/год, при закрытой системе теплоснабжения принимается на основании расчета тепловой схемы котельной при максимальном зимнем и летнем режиме работы по следующему выражению:

G_ГОД=24·n₀·G_зим+24· (350- n₀)·G_лет

G_ГОД=24·207·0,06·3,6+24(350-207)0,029·3,6=1431 т/год

Удельный расход воды на 1 ГДж отпущенной теплоты, определяется из выражения:

;

Себестоимость отпускаемой теплоты является одним из обобщающих экономических показателей, характеризующих качественный уровень работы котельной, эффективность использования материальных ресурсов. Для расчета себестоимости отпускаемой теплоты определяются годовые эксплуатационные расходы.

т/ГДж,

Затраты на топливо, руб/год, расходуемое для покрытия тепловых нагрузок, зависят от количества израсходованного топлива, его цены, транспортных затрат (обычно входящих цену) и определяются из выражения:

Т=В_ГОД·(1+α)Ц_{Т ,}

где α – коэффициент, учитывающий потери топлива при транспортировке его до потребителей (средние потери природного газа включены в оптовую цену 2000г.:ЦТ=0,311 руб/м³ газопровода).

Т=93,47·311=29069 руб/год,

Расходы на электроэнергию на собственные нужды (привод дутьевых вентиляторов, дымососов, наосов) определяются по двухставочному тарифу, так как N_у>750 кВт, по следующей формуле:

,

где Ц_э – цена на 1 кВт·ч потребляемой энергии:

,

здесь С_уст – ставка годовой платы за заявленную максимальную мощность, (руб/кВт)/год, принимаемая по территориальным ставкам, действующим на 2010 год;

С_сч – ставка оплаты (по счетчику), коп./(кВт·ч), по прейскуранту;

;

руб/год

Годовые затраты, руб/год, на использованную воду определяются по годовому расходу воды на питание котлов, наполнение и подпитку теплопотребляющих систем, горячее водоснабжение по формуле:

Х_в=G_ГОД· Ц_в,

где Ц_в – цена воды, руб/м³.

Амортизационные отчисления определяются по нормам амортизации от фактической стоимости объекта. На стадии проектирования для оценки объема капиталовложений применяется осреднение стоимости строительства на основе показателей удельных капиталовложений в сооружение котельной с целью определения на их основе годовых амортизационных отчислений.

Х_в=1431·11,43=16356 руб/год

Капитальные затраты на сооружение котельной (сметная стоимость строительства) с учетом снижения удельных капиталовложений:

,

где , – удельные капиталовложения для ввода первого и последующих котлоагрегатов, руб/МВт.

, - номинальная мощность первого и второго и последующего котлоагрегатов, МВт (по данным завода-изготовителя ).

n – число котлоагрегатов в котельной.

=(2000000·0,25+1000000·0,25(2-1))=750000 руб.

При этом капитальные затраты, руб., на оборудование равны:

K_об=0,65· K_k ;

K_об=0,65·750000=487500 руб.

Капитальные затраты, руб., на строительно-монтажные работы равны:

K_смр=0,35· K_k ;

K_смр=0,35· 750000=262500 руб.

Годовые амортизационные отчисления, руб./год, определяются как сумма отчислений от стоимости общестроительных работ и отчислений от стоимости оборудования с монтажом:

,

где Н_смр – средняя норма амортизации общестроительных работ и зданий, %,ориентировочно может быть принята равной 3%.

руб/год

Расходы на текущий ремонт включают в себя стоимость ремонта основных фондов, заработанную плату ремонтного персонала, стоимость расходных материалов и услуг сторонних организаций.

В проектных расчетах затраты на текущий ремонт котельных, руб./год, в среднем амортизационных отчислений:

P_т=0,2· Н_а ;

P_т=0,2·44473,5 руб./год

Годовой фонд заработной платы, руб./год, определяется через ориентировочный штатный коэффициент k_шт, чекл./МВт, и среднюю заработную плату одного рабочего:

З =Q_уст ·k_шт·З_ср ,

где З_ср - средняя заработная плата одного рабочего в год, руб./год

З=0,3·0,49·96000=14112 руб./год

Прочие суммарные расходы, руб./год, в проектных расчетах принимаются в среднем для котельных в размере 30% затрат на амортизацию, текущий ремонт и заработную плату:

Q_проч=0,3·(Н_а+P_т+З);

Q_проч=0,3·(44437,5+8887,5+14112)=5831 руб./год

Годовые эксплуатационные расходы (общая себестоимость) по котельной, руб./год, определяется по выражению:

С =Т+Э_л+Х_в+Н_а+Р_т+З+ Q_проч;

С=29069+69697+16356+44437,5+8887,5+14112+13832=166203 руб./год

Себестоимость 1 ГДж отпускаемой теплоты, руб./ГДж, определяется по формуле:

;

=56,9 руб./ГДж=228 руб./Гкал

С целью сравнения проектируемого действующего вариантов теплоснабжения производится сопоставление цены на отпускаемую теплоту (полной себестоимости единицы продукции котельной) с территориальным тарифом.

Приведенные затраты на единицу отпускаемой теплоты, руб./ГДж,

Определяются по формуле:

П =С_к +Е_u;

П =56,9+0,12=87,71 руб./ГДж=350,8 руб./Гкал

Для оценки общей эффективности принятого проектного решения определяется рентабельность капиталовложений, которая сопоставляется с отраслевым нормативом Ре. Общая эффективность может считаться приемлемой, если ее величина выше нормативной:

;

Годовой экономический эффект выявляется как разница между средним тарифом и себестоимостью продукции. В нашем случае стоимость годового отпуска теплоты, руб./год, от проектируемой котельной складывается из себестоимости всей отпускаемой теплоэнергии и доли прибыли, необходимой для развития предприятия. Валовая себестоимость определяется из выражения

S_k= П·Q_год=350,8·2921=1024687 руб.

Стоимость теплоэнергии по тарифам Пензаэнерго

Т_ТЭЦ=С_ТЭЦ·Q_год=482,87·2921=1410463 руб.

В таком случае годовая прибыль (эффект) в сумме

П_р= Т_ТЭЦ- S_k=1410463-1024687=385776

Покрывает капиталовложения в новую котельную за срок

Т_ок= =1,94 год,

что значительно ниже среднеотраслевого срока эксплуатации котельных.

Результаты расчетов показали, что переход на автономный источник тепла (индивидуальную котельную) достаточно эффективен и с экономической точки зрения. Низкие сроки окупаемости позволяют отнести этот способ экономии энергии к малозатратным и быстроокупаемым.

Библиографический список

1. Королева Т.И. Экономическое обоснование оптимизации теплового режима здания: Учебное пособие.- М.: Издательство АСВ,2001.

2. Королева Т.И. Экономическая эффективность энергосберегающих мероприятий в системах отопления и вентиляции.- Пенза: ПГАСА,1997.

3. Королева Т.И. Методика определения экономической эффективности капитальных вложений в энергосберегающие мероприятия в системах производственной вентиляции. – М.: Фонды ВИНИТИ, 1996.

4. Королева Т.И. Экономическая эффективность энергосбережения капитальных вложений в системах отопления и вентиляции.- Пенза: ПГАСА,1997.

5. Королева Т.И., Богуславский Л.Д. Экономическая эффективность энергосбережения при эксплуатации вентиляционных систем: Учебное пособие. – Пенза: 1994.

6. Богуславский Л.Д. Определение эффективности вариантов теплоснабжения и вентиляции зданий.//Водоснабжение и санитарная техника. 1993.№1.

7. Энергосбережение в системах теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха: Справочное пособие. /Под ред. Л.Д. Богуславского. – М.: Стройиздат,1990.

8. Ерёмкин А.И., Королева Т.И., Данилин Г.В. и др. «Экономика энергосбережения в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха», М., АСВ, 2008.