Високовитратні енергозберігаючі заходи

1. Енергозберігаючі заходи в електрогосподарстві систем водопостачання і водовідведення пов'язані з впровадженням автоматичної системи контролю і обліку енергоспоживання (АСКОЕ) з подальшим переходом з двоставкового тарифу оплати електроенергії на одноставковий.
Очікуваний ефект забезпечується:

- на першому етапі впровадження – за рахунок зниження потужності, що стає можливим внаслідок більш оперативного обліку електроспоживання;

- на другому етапі – переходом на більш вигідні одноставкові зонні тарифи, диференційовані за часом доби (перехід допускається тільки за наявності у підприємства АСКОЕ).

2. Основні резерви енергозбереження в системах гарячого водопостачання передбачають:

- заміну секційних (кожухотрубних) водопідігрівачів пластинчастими, які мають менші габаритні розміри і більш низькі втрати теплоти, а також спрощують їх обв'язування трубопроводами. Це веде до зниження витрат потужності помп на циркуляцію теплоносія;

- оснащення циркуляційних і підживлюючих помп в теплових пунктах частотно-регульованими електроприводами (ЧРП), що дозволяють змінювати витрату води в системах не вдаючись до відкриття або закриття наявних засувок або інших дросельних органів. Такі енергозберігаючі заходи дають економію 10-30% електроенергії;

- оснащення вводів в будівлю підмішуючими помпами і клапанами балансувань типу «BALLOREX», водолічильниками, що мають виходи для передачі інформації в комп'ютерну мережу; створення системи диспетчеризації споживання теплоти, холодної і гарячої води і перехід до регулювання витрати теплової енергії на гаряче.

3. Будівництво очисних споруд, оснащених обладнанням для утилізації. Економічна ефективність визначається не тільки отриманням пари або води для теплопостачання, але і добуванням ряду речовин, що використовуються в подальшому як вторинна сировина.

4. Значні резерви енергозбереження є в оборотних системах водопостачання, через які втрачається значна кількість теплоти енергоносіїв на багатьох промислових підприємствах.

Проблема використання даного резерву з метою енергозбереження у водопостачанні розв'язується за допомогою теплових помп, які дають можливість повернення теплоти у виробничий цикл. Такі теплові помпи знайшли широке використання в країнах західної Європи, США, Японії. В Україні їх використання незначне ‒ в основному на рівні дослідних установок.

Як виявила проведена у США перевірка систем водопостачання міст, найбільший виграш по відношенню до вартості дають такі заходи:

- організація роботи системи водопостачання (яка складається з багатьох станцій) у так званому “базисному режимі”: найбільш ефективно працюючі станції задовольняють звичайні потреби водопостачання, а неефективні використовуються лише у періоди пікового навантаження;

- перенесення роботи на години з нижчими тарифами на електроенергію (там, де

тарифи змінюються протягом доби);

- модифікація насосів, спрямована на підвищення їхнього коефіцієнту корисної дії.

До проектів з більш тривалим періодом окупності було віднесено встановлення електродвигунів з частотним регулюванням і встановлення електродвигунів з високим ККД.

Скорочення теч і втрат є найважливішою частиною стратегії раціонального водокористування будь-якого комунального підприємства. У той час як втрати найкращих у цьому відношенні підприємств складають до 10%, у багатьох системах цей показник сягає 50%. За даними проведеного за фінансування Світового банку аналізу проектів у країнах, що розвиваються, втрати води у процесі її постачання та очистки у середньому становлять 34%.

Всебічна стратегія виявлення теч і ремонту передбачає використання підприємством інформації з системи обліку збитків одночасно із здійсненням конкретних заходів, спрямованих на зменшення втрат. Ця стратегія може включати регулярні випробування на місцях із застосуванням комп’ютеризованого обладнання для виявлення теч, обстеження за допомогою ультразвукового течешукача, чи інший прийнятний метод виявлення теч.

Окрім фізичної втрати води, іншим наслідком течі є падіння тиску в системі. Таким чином, серйозні проблеми з течами несуть у собі подвійну загрозу. По-перше, система потребує більше води для задоволення фактичного попиту споживачів. По-друге, – оскільки теча спричиняє падіння тиску, – оператори системи можуть бути змушені підвищити тиск у ній. Це не лише марнує енергію на забезпечення більшого тиску, ніж це дійсно необхідно, але й ще більше посилює течу.

Заходи з усунення теч можуть включати перевірку труб, чистку обладнання та інші заходи, спрямовані на покращання поточного стану водопровідної мережі та профілактику теч і розривів. Значну фінансову вигоду може принести проста заміна вентилю чи герметизація шва. Для зменшення втрат, не пов’язаних з течами, підприємства можуть вдаватися до методів, які дозволяють мінімізувати використання води під час проведення планових робіт з техобслуговування.

Однією з поширених причин втрат води і в міських, і в сільських мережах є фільтрація з каналів. Зменшити втрати через фільтрацію можна як облицюванням каналів, так і прокладанням трубопроводів. Не облицьовані канали часто втрачають від 30% до 50% води (в залежності від типу ґрунту). Однак при облицюванні та за умови належної експлуатації витрати в системі можуть скоротитися до менш ніж 10%. Застосування замість каналів підземних труб може так само покращити ефективність розподільчої системи десь на 30%.

Ряд потенційних покращань ефективності може принести реконструкція трубопровідної мережі. По-перше, у міській водопровідній системі іноді можна скористатися силою тяжіння замість насоса. Систему можна вдосконалити таким чином, щоб зменшити чи усунути потребу перекачування води у “дорогі” години пік, створивши додаткові самопливні резервуари. Крім цього, оскільки значна частина енергії, спожитої на переміщення води, насправді витрачається на подолання тертя у водопроводах, величезної економії можна досягти за рахунок ретельного підбору розміру і матеріалу виготовлення труб, вентилів, колін та інших компонентів системи подачі води, що зменшить у ній втрати на тертя. Одне з підприємств комунального водопостачання в Індії добилося вражаючого виграшу, перейшовши на полівінілхлоридні труби.

По-друге, значним резервом для покращання ефективності системи є її надмірний запас міцності при роботі в нормальному режимі. Такий запас міцності закладається проектувальниками в розрахунку на те, щоб пропускна спроможність системи відповідала умовам найвищого можливого рівня споживання води. В процесі експлуатації це призводить до таких проблем, як зайвий гідродинамічний шум, вібрація труб і низька ефективність роботи.

Надмірний запас міцності – це також і надмірна вартість матеріалів, монтажу, експлуатації. Шляхи виправлення цієї ситуації в процесі реконструкції включають встановлення насосів відповідного розміру та електродвигунів з частотним регулюванням, зменшення розмірів крильчаток, доповнення системи меншим насосом для використання у не пікові періоди. Будь-яка з цих змін має на меті скорочення втрат енергії, а отже й експлуатаційних витрат, в існуючій системі.

Модернізація системи за рахунок встановлення нового обладнання, наприклад, насосів з більшим коефіцієнтом корисної дії, покращить характеристики її роботи за умови, що ці насоси правильно підібрані за розміром та інтегровані в існуючу систему водопостачання в цілому. Систему можна також посилити належним застосуванням електроприводів з частотним регулюванням, крильчаток, труб і покриття з меншим коефіцієнтом тертя, конденсаторів.

Як правило, саме лише встановлення та експлуатація правильно підібраного обладнання дозволяє суттєво скоротити витрати на енергію, експлуатацію і технічне обслуговування. Однак у деяких випадках підприємствам доводиться шукати компроміс серед різних варіантів підвищення і зниження вартості енергії, експлуатації та технічного обслуговування:

1. Крильчатки. Одним із способів підвищення ефективності є встановлення меншої крильчатки або підрізання крильчатки існуючого насоса. Крильчатка – це деталь відцентрового насосу, яка, обертаючись, проштовхує рідину через систему.

Аналогічно електродвигуну з частотним регулюванням, менша чи підрізана крильчатка зменшує швидкість потоку рідини і в результаті – втрати енергії.

2. Труби та покриття з меншим коефіцієнтом тертя. Труби, виготовлені з гладкого матеріалу, наприклад, полівінілхлориду, скорочують втрати на тертя порівняно з традиційними чавунними трубами, за рахунок чого можна на 6-8% підвищити економію електроенергії. Ще 1-3% можна отримати за рахунок нанесення на внутрішню поверхню насоса спеціального полімерного покриття. Крім зменшення тертя, покриття також уповільнюють ерозію та корозію в трубах і насосах.

3. Конденсатори. Встановлення конденсаторів може зменшити потреби в енергії в процесі експлуатації певного обладнання. Конденсатори – це пристрої, які накопичують електричну енергію. Їх використовують для підвищення низького коефіцієнта потужності (cos φ – прим. перекладача). Причиною низького коефіцієнта потужності є робота певного електрообладнання, у процесі якої утворюється магнітне поле, наприклад, трансформаторів, електродвигунів, освітлення високої інтенсивності. На таке обладнання часто припадає основна частина електроенергії, яку споживає об’єкт. Однією з проблем, які може викликати низький коефіцієнт потужності, є передчасний вихід обладнання з ладу. До того ж, за низький коефіцієнт потужності підприємства електропостачання часто накладають фінансові санкції, тому використання конденсаторів може допомогти уникнути зайвих витрат.

Чимало покращань вимагають незначних інвестицій в нове обладнання, або не потребують їх зовсім. Часто одним з найменш витратних заходів підвищення ефективності муніципальної мережі водопостачання виявляється розробка систем технічного обслуговування та методик експлуатації, які сприяють підвищенню ефективності водокористування.

Зміни у технічному обслуговуванні та експлуатації можуть вимагати навчання персоналу та інституціолізації певних задач. Наприклад, було б корисно:

- забезпечити експлуатацію системи без перевищення тиску, достатнього для забезпечення необхідної швидкості потоку води;

- проводити обстеження обладнання і трубопровідної мережі для виявлення теч;

- проводити заміну тріснутих водопровідних магістралей та укріплення колодязів;

- проводити перевірку лічильників на точність;

- проводити періодичну чистку обладнання;

- виявляти й замінювати неефективне обладнання;

- вимикати водоочисне обладнання, електродвигуни, систему опалення, вентиляції та кондиціонування повітря, які у даний момент не використовуються;

- організувати режим роботи з використанням запасів води таким чином, щоб зменшити пікові навантаження на систему.

Зниження тиску позитивно відбивається на ефективності системи завдяки низці чинників: зменшуються течі, зменшується обсяг води, яка виливається з відкритих кранів та інших сантехнічних приладів, і послаблюється механічна напруга на труби та стики; в той же час подовжується строк служби обладнання і зменшується знос системи та необхідність ремонту. Звичайно, будь-яке подібне зменшення тиску не повинно відбуватися за рахунок погіршення якості послуги для споживача.

Тема 6. Проблеми та резерви енергозбереження в сфері теплопостачання:

- при виробництві теплової енергії

Лекція 7.

План лекції:

1. Стан теплоджерел

2. Результативність виробництва теплової енергії

3. Фактори впливу на енергоеефктивність виробництва теплової енергії

Величезних коштів потребує переведення котлоагрегатів ТЕЦ на використання мазута і вугілля замість коштовного природного газу. Різке скорочення споживання природного газу ТЕС (які вже практично перестали споживати газ і перейшли на інші органічні види палива (мазут, вугілля), пояснюється тим, що енергогенеруючі компанії, як і промислові підприємства, одержували газ за ринковою ціною - 2025,25 грн за 1 тис. куб. м (без урахування ПДВ, цільової надбавки, тарифу на транспортування), тоді як підприємства ТКЕ - по 593,45 грн за 1 тис. куб. м. Низька ціна на газ позбавляє ТКЕ стимулу переходити на альтернативне паливо, до того ж, за попередніми розрахунками Мінпаливенерго, щоб перевести більше 100 котлів на мазут, необхідно вкласти 756,5-776 млн грн, а для переходу, наприклад, Дніпродзержинської ТЕЦ на вугілля - 1 млрд грн. Зараз залучити такі кошти в теплову енергетику неможливо.

Крім витрат ПЕР, пов’язаних з виробництвом теплової енергії, котельним агрегатом додатково втрачається пальне на забезпечення власних потреб котельні. Ці витрати складають від 2,3% до 9,6% від номінального навантаження, але фактично вони майже вдвічі перевищують розрахункові значення. Це пояснюється низькою якістю розігріваємого мазуту, зношеністю обладнання та іншими об’єктивними факторами.

Різні види палива неоднаково впливають на сумарні показники виробничого циклу. Так, виробництво теплової енергії при спалюванні вугілля програє газовому вже в частині коштів, що інвестується. Енерговитрати на видобуток, транспортування, збагачування, гранулювання, розморожування вугілля майже вдвічі перевищують аналогічні інвестиції в газовому циклі. Спалювання палива в залежності від топочного пристрою, пальника, типу змішування і т.д. характеризується рівнем хімічного та механічного недопалу, топковим теплоз’ємом. З врахуванням втрат в котельному агрегаті за рахунок хімічної, механічної неповноти спалювання та з газами, що відходять, ця величина складає для найбільш ефективних котлів 10-12%, а для найменш ефективних - досягає 35%. Середній відсоток втрат в 20-25% фактично забезпечує те, що з теплоносієм із заданими параметрами із котельні виходить лише 45-50% теплової енергії. В гіршому стані|достатку| з точки зору|з погляду| економічності знаходяться|перебувають| котельні, що працюють на вугіллі, їх ККД не перевищує 60 %, а в окремих випадках і 20 %, що пояснюється|тлумачить| низькими технічними характеристиками котлів, відсутністю хімводопідготовки, поганою якістю вугілля і відсутністю попередньої його обробки.

Термін служби котлів і теплових мереж|сітей| скорочує неякісна хімводопідготовка|. При обороті води в робочому циклі котельної установки можуть відбуватися|походити| процеси, що порушують нормальну роботу теплотехнічного устаткування|обладнання|. Навіть незначні відхилення від норм приводять|наводять| до істотного|суттєвого| забруднення мережевої|мережної| води. При експлуатації устаткування|обладнання| в умовах температури і тиску|тиснення|, що постійно змінюються, розчинені у воді речовини можуть осідати на поверхнях теплообміну, утворюючи тверді відкладення щільністю до 3 г/см³ - накип. Шар накипу, що покриває поверхню нагріву теплообмінного обладнання, зменшує коефіцієнт теплопередачі між водою і газами, що в результаті викликає|спричиняє| перевитрату палива|пального|. Так, визначено, що 5 мм накипу приводять|наводять| до перевитрати до 30% теплової енергії, а 10 мм - підвищують її витрату в два рази.

Забруднення поверхні нагріву котлоагрегату з боку води підвищує температуру стінки водогрійної| або жарової труби, причому підвищення температури стінки буде тим більше, чим товще шар накипу і чим менше її коефіцієнт теплопровідності|. Підвищення температури стінки труби викликає|спричиняє| зниження як межі міцності металу, так і межі текучості. Внаслідок цього відбувається|походить| розрив труб або утворення свищів і розривів|, тобто таких явищ, які викликають|спричиняють| вихід котлоагрегату з ладу|ладів|. В оборотних і пролітних котлах при перегріві металу жарової труби із-за відкладення на ній твердого накипу (особливо у верхній її частці|частині|) може статися «посадка» труби (випучина| у бік топки). Деякі види твердих відкладень сприяють процесу корозії. Утворення |утворення| у водогрійних| котлах і теплообмінниках відкладень, що порушують їх нормальну роботу, приводить|наводить| до необхідності періодичного очищення поверхонь нагріву.

Значна частка котельних не оснащена достатньою мірою теплолічильниками. Облік теплової енергії залишається однією з важливіших і складновирішуємих проблем теплопостачанння. Обсяги теплової енергії|обсяг|, що виробляється, при невідомому ККД котлів визначається по кількості спаленого|попалити| палива|пальні|. Такий метод розрахунку припускається великої похибки, що позначається на визначенні обсягів теплової енергії, її собівартості і інших економічних показниках роботи підприємств теплопостачання. Без достовірного| виміру| й обліку| теплової енергії неможливі| контроль якості| наданих| послуг з опалення і ГВП|, визначення| збитку|, який| обумовлено| зниженням| якості| теплопостачання|, комерційні взаєморозрахунки між учасниками сфери централізованого теплопостачання, оцінка| ефективності| функціонування системи в цілому і по стадіям технологічного циклу.

На сьогодні відсутня інформація про точність теплових навантажень по кожному виду теплоспоживання (опалення, вентиляція, ГВП). Практично скрізь оперують тепловими навантаженнями, які беруться з застарілих проектів систем теплопостачання, в той час як багато промислових майданчиків запланованих теплових навантажень вже давно не мають, через що фактичні теплові навантаження там значно менше. Існуючий контроль якості проходження опалювального сезону фактично зводиться до обліку аварій і претенцій на неякісне теплопостачання, що не свідчить про дійсну якість теплопостачання, достатність кількості спожитої теплової енергії і її якісні показники, ефективність використання температурного потенціалу теплоносія, оптимальність витрат на забезпечення теплоспоживачів тепловою енергією.

Немає практики аналізу і нормування питомих витрат і показників енергоефективності системи теплопостачання, тому важко оцінити, в якому стані вона знаходиться. Як показали дослідження, значення нормативного і фактичного питомого теплоспоживання при опаленні будинків в різних районах міста розрізняються більш ніж у два рази. Значними є розходження у співвідношеннях параметрів теплоносія в різних системах централізованого теплопостачання.

Характерною особливістю роботи систем централізованого теплопостачання є, як правило, систематична недовідпустка теплової енергії від теплоджерел, що приводить до порушення температурного режиму опалювальних приміщень, відсутність гарячого водопостачання в більшості міст України. Пов’язано це, в першу чергу, з наслідками економічної кризи: неплатежами за спожиту теплову енергію, подорожчанням паливно-енергетичних ресурсів, відсутністю коштів на модернізацію устаткування теплоджерел, систем транспортування і споживання теплової енергії.

Майже повсюдно прийняте тільки центральне якісне регулювання відпусткою теплової енергії (в залежності від температури зовнішнього повітря по єдиному графіку для всіх категорій теплоспоживачів) визначає неможливість забезпечення індивідуальних потреб людей у тепловому комфорті, обліку енергії сонячної радіації, побутових теплових виділень, швидкості вітру, програмного зниження температури внутрішнього повітря приміщень в нічні часи для житлового фонду, неробочі дні - для нежитлових будівель тощо. До того ж, кожній системі теплопостачання властиве транспортне запізнювання. Час руху теплоносія до найбільш віддаленого споживача і назад може досягати 6-10 годин, а при самому сприятливому розташуванні теплоджерела в центрі компактного району - близько 1,5-2 годин.

Системи опалення, що працюють при постійній витраті теплоносія і регулюванні якістю теплопостачання через зміну його температури (тобто при якісному регулюванні), мають недоліки|нестачі| в порівнянні з системою регулювання через зміну кількості теплоносія (при кількісному регулюванні). Така система інерційна, зміна температури води в системі затягується|зволікається| на декілька годин, вона не здатна відстежувати потреби в тепловій енергії на опалення при різких коливаннях зовнішньої температури повітря, яке може|іноді| перевищувати більше 10 град. за добу. Інколи температура інколи|іноді| регулюється тільки|лише| кілька разів в добу. Особливо велика проблема - в забезпеченні економічних режимів для великих міст, теплові мережі|сіті| яких характеризуються великою протяжністю і інерційністю.

Споживач компенсує недогрів збільшенням витрати інших енергоносіїв. Аналіз використання теплової енергії в містах свідчить про тісний взаємозв’язок використання ПЕР. При неякісному теплопостачанні для забезпечення теплового комфорту в приміщеннях населення самостійне компенсує недолік теплової енергії шляхом інтенсивного використання електронагрівальних приладів і газових плит. Недолік теплової енергії компенсується не тільки перевитратою проти норм споживання в побуті газу й електричної енергії, але і перевитратою паливних ресурсів, що направляються на покриття сукупного попиту в електричній енергії, газі, тепловій енергії. Аналіз залежностей обсягів споживання електроенергії і природного газу при зміні температури зовнішнього повітря показав різке зростання споживання обох видів енергії при зниженні температури нижче 11 град. С на фоні досить стабільного їх споживання при більш високій температурі. При зміні зовнішньої температури на 6 град. С споживання газу потроюється, електроенергії – зростає в півтора рази. Очевидно, що, управляючи відпусткою теплової енергії, можна управляти попитом на електричну енергію і природний газ, регулювати витрати на покриття сукупного попиту на всі види енергії, споживані в побуті.

На теплопостачання істотно впливають сезонні погодні умови. Системи, запроектовані на режим максимального навантаження, велику частину робочого часу працюють у режимі неповного завантаження. Значними є резервні потужності, запаси палива, що залежать від тривалості наднизьких температур і їхнього абсолютного значення. В результаті надлишкових потужностей збільшуються втрати ПЕР, знижується гнучкість управління режимами теплопостачання, що призводить до низької надійності, ускладнення експлуатації, росту вартості та падіння рівня задоволення споживача. Значну частину року має місце «перегрів» приміщень або робота котлів на режимах з надзвичайно низьким ККД. В той же час, для вирішення локальних проблем теплопостачання, продовжується будівництво нових котельних без врахування резервів, нових можливостей теплогенерації і перспектив розвитку системи теплопостачання міста.

Значні перевитрати ПЕР на стадії виробництва теплової енергії (природного газу - від 20 до 30%), спричинені як незадовільними технічними характеристиками теплоджерел, так і низьким рівнем експлуатації через брак кваліфікованого обслуговуючого персоналу і відсутність у нього стимулів до ефективної роботи, обумовлюють низьку енергетичну ефективність більшості теплогенеруючих систем. Не здатна забезпечити потрібну кількість теплової енергії централізована система теплопостачання приречена на перевитрату палива або на теплоджерелі (у випадку «перетопу»), або через використання електроенергії і побутового природного газу для «дотопу» при недовідпустці теплової енергії від теплоджерела. Залежність економіки Україні від країн-експортерів органічного палива, вичерпність (в перспективі) запасів цього палива, наближення внутрішніх цін на енергоресурси до світових, складна екологічна ситуація загострюють актуальність політики енергозбереження в теплопостачанні.