Эффективность автономных систем теплоснабжения для сельских потребителей

УДК 631.22:628.8

ЭФФЕКТИВНОСТЬ АВТОНОМНЫХ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

ДЛЯ СЕЛЬСКИХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

Н.Н.Новиков, Б.И.Назаров

В статье обоснована перспективная система теплоснабжения сельских потребителей. Рассчитана эффективность автономных систем теплоснабжения.

Ключевые слова: теплоснабжение, сельские потребители, эффективность.

Тепловая энергия крестьянского хозяйства (рис.1) расходуется на отопление жилого дома, горячее водоснабжение, создание микроклимата в животноводческом помещении, подогрев приточного воздуха для активного вентилирования сено- и овощехранилища.

Анализ объемов и структуры теплоснабжения в сельском хозяйстве показал, что сравнительно высокая тепловая мощность систем теплоснабжения, равная 0,5 МВт и выше, показательна для крупных животноводческих комплексов, межхозяйственных предприятий и т.п.

Для малых форм хозяйствования характерна мощность систем теплоснабжения 0,5 МВт и ниже. Необходимо подчеркнуть, что такая характеристика является не только количественной, но и качественной, так как для нее характерны специфические особенности как самой системы теплоснабжения, так и связи этой системы с технологическими объектами. Так, относительные значения энергопотерь в наружных теплосетях резко возрастают по мере понижения тепловой мощности потребителя.

Рис. 1. Жилые и производственные теплопотребители крестьянского хозяйства (пример): 1-жилое помещение; П-животноводческое помещение; III- сенохранилище 1- аппарат отопительный; 2-бак-аккумулятор с электрокомпенсатором потерь; 3- ветустановка с теплоутилизатором; 4-установка активного вентилирования

Несмотря на малую единичную мощность каждой системы, многочисленность (16,0 млн.) таких потребителей предопределяет важное значение вопросов рационального потребления энергоресурсов, создание автономных теп-логенерирующих установок, разработку систем автоматического регулирования тепловых процессов, исключающих пережог топлива и обеспечивающих экономное использование энергоресурсов [1,2].

Все большую актуальность в сельской местности приобретают децентрализованные системы теплоснабжения и микроклимата, которые базируются на распределенных источниках теплоты и приточного атмосферного воздуха с использованием отдельных тепловентиляционных агрегатов, каждый из которых обеспечивает нормированные параметры среды в определенных локальных зонах помещения.

В связи с наблюдающимся изменением цен на энергоносители важным научным направлением в рыночной экономике является определение коньюк-туры отечественного и мирового рынка на основное оборудование систем теплоснабжения и микроклимата. Большое количество оборудования, несмотря на наличие опытных образцов и протоколов Приемочных испытаний с рекомендацией к серийному производству МИС, медленно осваивается промышленностью в связи с отсутствием результатов маркетинговых исследований; отсутствует организация, которая выполнила бы эти исследования и была бы посредником между производителями сельхозтехники и ее потребителями.

На мировом рынке теплотехническое оборудование и средства, обеспечивающее отопление и микроклимат, имеются в достаточном ассортименте и большом количестве. При этом поставка этого оборудования организована и на российском рынке, в частности, предлагается большое разнообразие котельного оборудования различной мощности, работающего на газе, жидком или твердом топливе. Имеется большое количество оборудования, предназначенного для систем кондиционирования воздуха, обеспечивающего охлаждение, увлажнение и раздачу вентилируемого воздуха, рассчитанного, как правило, на малую производительность (для малых форм хозяйствования). Предлагаемое на рынке импортное оборудование имеет высокое качество изготовления и характеризуется высокими показателями надежности. Однако, стоимость импортного оборудования в переводе на отечественные цены в 1,5...2,0 раза превышает стоимость отечественного.

Широкое использование оборудования зарубежного производства не представляется возможным, как правило, из-за отсутствия средств у отечественного производителя сельхозпродукции.

Как указывалось выше для семейных ферм и крестьянского подворья характерна мощность системы теплоснабжения 0,5 МВт и ниже. Для малых теплопотребителей большие потери тепла в длинных теплопроводах делают неэкономичными централизованные системы теплоснабжения и предопределяют переход к децентрализованным системам теплоснабжения.

При анализе эффективности автономных систем теплоснабжения нами рассматривались отопительные установки отечественного производства (рис.2) на твердом и жидком топливе, на электроэнергии и при комбинированных энергоносителях.

Тепломеханическая схема включает: аппарат отопительный, экомайзер, бак-аккумулятор с электрокомпенсатором потерь, бак расширительный, микроконтроллер, силовой блок, первичные преобразователи.

Результаты расчета эффективности автономных систем теплоснабжения приведены в табл. 1 и 2.

Таблица 1. Исходные данные для расчета эффективности автономных

систем теплоснабжения

Численные значения показателей

Котел на Котел на Электро- Котел на

твер- жидком топ- водо- твердом

Обо- дом ливе+ в/в грейный топливе+

Показатели зна- топливе теплообмен- котел+ в/в электро-

чение +в/в ник+ бак тепло- компен-

тепло- хранения обменник сатор

обмен- жидкого потерь

ник топлива

1 2 3 4 5 6

Тепловая мощность потребите- P 38 38 20+18 20+18

ля, т. ккал/ч

Состав и цена теплогенериру- C 30+40=70 35+40+20=95 25+40=65 30+50=80

ющего оборудования, т.р

Энергоноситель: цена (тариф) руб./кг; руб./л; руб./кВт-ч Цт 8,5 20 3,2 0,67 8,5 0,67

Годовой объем работ теплоге- Д 212 212 30 182 30 182

нерирующего оборудования,

дней

Теплотворная способность:

-твердого топлива,тыс.ккал/кг;

-жидкого топлива, тыс.ккал/л; q 65000 700 860

-электроэнергии,тыс.ккал/кВт-ч 860

К.п.д. теплогенерирующего оборудования п 0,65 0,75 0,99 0,65 0,99

Стоимость монтажных работ, Цм.р 14 19 13 16

тыс.руб.

Коэффициент перевода оптовой Ki 1,2 1,2 1,2 1,2

цены в цену балансовую,о.е

Балансовая стоимость оборудо- Бс 84 114 78 96

вания, тыс. руб.

Количество обслуживающего Л 2+1 1+1 0,1 1 + 0,1

персонала, чел.

Месячная зарплата, руб. Зпл. 7000 7000 7000 7000

Таблица 2. Расчет эффективности автономных систем теплоснабжения

Показатели Расчетная формула Котел на твердом топливе + в/в теплообмен-ник Котел на жидком топливе + в/в теплообмен-ник Электроводогрейный котел + в/в теплообменник Котел на твердом топливе + электрокомпенсатор потерь

1 2 3 4 5 6

Расход теплоты в год, тыс. ккал +Огв+Ов+От.п 192500 192500 104275/88225* 63000/129500**

Расход топлива, кг (л,кВт-ч) т= п 45562 26460 122286/10782* 14911/151868**

Стоимость топлива, руб. З=Т-Цт 387277 567200 427000+72239= 499239 126743+111800 =238400

Оплата труда, тыс.руб. Зт=Л-Зпл^Кз-2 194,04 129,360 6,500 34,188

Амортизация оборудования и монтажа, тыс.руб Ар=(Бс1+Бс2)Ан 14,7 20,2 13,2 16,5

Отчисления на техобслуживание и ремонт, тыс.руб. З=(Бс1+Бс2)рт.о 10,0 13,6 9,4 11,5

Себестоимость 1гкал, руб. Сг= Н^ 3029 2700 2634 1620

* - в числителе расход пиковой электроэнергии

в знаменателе расход внепиковой электроэнергии ** - в числителе данные по твердому топливу

в знаменателе данные по побочному продукту генерации ТЭЦ,АЭС и т.п.

Си/юв')" ЛЯ«*

Рис.2. Тепломеханическая схема: АО-аппарат отопительный; ЭК-экомайзер; Б-бак-аккумулятор с электрокомпенсатором потерь; ГВС -горячее водоснабжение; БР- бак расширительный; Схв - подача холодной воды; М- микроконтроллер; СБ- силовой блок; Т- первичные преобразователи

Рассмотрим достоинства и недостатки сравниваемых систем теплоснабжения: на твёрдом топливе:

а) достоинства:

- поставка твёрдого топлива ограничений не имеет и доставляется потребителю по цене 8,5 руб. за 1 кг антрацита;

- цены на твёрдое топливо стабилизировались;

- интенсивно совершенствуются технологии приготовления формата топлива: пиллеты, брикеты, мягкая сгораемая фасовка и др.;

- высокая надёжность теплоснабжения;

б) недостатки:

- низкий КПД системы;

- высокие затраты труда при эксплуатации;

- невозможность автоматизации;

- грязные побочные отходы;

на жидком топливе:

а) достоинства:

- высокая теплотворная способность топлива;

- процесс сжигания топлива поддаётся автоматизации;

- высокий КПД;

б) недостатки:

- постоянный рост цен на жидкое топливо;

- ухудшение вязкости топлива при морозах;

- необходимость иметь специальную ёмкость для хранения жидкого топлива и систему его подачи;

- плохая экология;

на электроэнергии:

а) достоинства:

- высокая автоматизация процесса генерации теплоты;

- очень низкие затраты труда;

- пожаробезопасность, благодаря отсутствию высокой температуры нагревательных элементов;

- высокий КПД;

- отличная экология;

б) недостатки:

- высокая цена на эл. энергию.

Высокая цена на электроэнергию сводит на нет преимущества этого энергоносителя и не позволяла нам рекомендовать его к повсеместному применению.

Однако последние решения Минэнерго России способствуют более широкому использованию электроэнергии в отопительных целях. В настоящее время введен 3-х ставочный тариф на отпуск электроэнергии. В часы провалов графиков нагрузки тариф снижается в 3.4 раза и более, а в США в 16 раз.

Поэтому можно ожидать, что использование электроэнергии в ночные часы и в часы провалов графиков нагрузки может обеспечить основные теплоэнергетические потребности семейных ферм и личных подсобных хозяйств. При этом отпуск электроэнергии для этих целей будет производиться по льготному тарифу, поскольку тепловые и атомные электростанции в силу особенностей технологических режимов их работы производят 66 млрд. кВт-ч. электроэнергии в часы провалов графиков нагрузки у потребителя и в ночное время в виде побочной продукции своей работы.

Потребление этой энергии на селе позволит более рационально использовать 2,6 млн.т.у.т., пережигаемого в настоящее время тепловыми и атомными электростанциями из-за работы их с недогрузкой в часы провалов графиков нагрузок у потребителей.

1 2

Имеет смысл обратиться в ФКТ и РКТ с обоснованием отпускать побочную продукцию генерации АЭС и ТЭЦ для сельских потребителей бесплатно, за исключением стоимости ее транспортировки.

Применение побочной продукции генерации АЭС и ТЭЦ в тепловых процессах с/х производства и отопления в этом случае получит более благоприятную перспективу. Учитывая, что существующие сельские трансформаторные подстанции загружены только на 30-40%, имеет смысл обеспечить полное использование установленной мощности электрических сетей.

С учетом этих новых тенденций нами предлагается автономная система теплоснабжения с комбинированными энергоносителями: побочная продукция генерации ТЭЦ и АЭС. т.е внепиковая электроэнергия + твердое топливо. Такая система позволяет избавиться от главного недостатка применения электроэнергии в тепловых процессах - очень высоких тарифов на электроэнергию.

В этом случае днем в зимний отопительный период работает система на твердом топливе, а ночью на дешевой электроэнергии; в переходные весенний и осенний отопительные периоды - только на так называемой побочной продукции генерации ТЭЦ, АЭС и т.п.

Выводы

1 .Несмотря на незначительную единичную тепловую мощность крестьянского хозяйства многочисленность таких потребителей (16000000) предопределяет важное значение вопросов рационального расходования энергоресурсов.

2.Комплект теплоэнергетического оборудования в составе отопительного аппарата, теплообменника с электрокомпенсатором потерь, теплоутилизатора, устройства активного вентилирования и др. обеспечивает наиболее экономичную систему автономного теплоснабжения для сельских потребителей:

- себестоимость 1 Гкал в 1,6 раза ниже, чем на жидком топливе;

- экономия 20 т.у.т. на одну установку в год;

- снижение затрат труда на эксплуатацию в 2,2 раза.

3.С целью повышения экономической эффективности автономных систем теплоснабжения рекомендуется при выборе теплогенерирующего оборудования отдавать приоритет таким параметрам как к.п.д. и уровню автоматизации перед параметрами стоимости оборудования.

1 9

Просить МСХ РФ обратиться в ФКТ и РКТ с просьбой отпускать побочную продукцию генерации АЭС, ТЭЦ и ТЭС для сельских потребителей по стоимости транспортных расходов. ФКТ1 - Федеральная комиссия по тарифам; РКТ2 - региональная комиссия по тарифам.

Литература:

1. Методика оценки экономической эффективности применения техники и инновационных технологий в животноводстве.- Подольск,2011.

2. Скоркин, В.К. Стратегия машинно-технологического обеспечения производства молока // Сб.науч.тр. / ГНУ ВНИИМЖ.- Подольск,2009.-Т.20, ч.2.

Новиков Николай Николаевич, кандидат технических наук, доцент, заведующий отделом

Назаров Борис Иванович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник

ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт механизации животноводства

Россельхозакадемии

Тел. 8(4967)67-43-33

E-mail: vniimzh@mail.ru

There is the perspective of rural heating system of consumers in the article. Effectiveness of autonomous heating systems is calculated. Keywords: heating, rural consumers, effectiveness.