ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ Г. ЧЕЛЯБИНСКА ПУТЁМ УТИЛИЗАЦИИ СБРОСНОГО НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОГО ТЕПЛА | Цейзер
1. Наумов, А.Л. Тенденции развития теплоснабжения в России [Электронный ресурс] / А.Л. Наумов // «АВОК». – 2001. – № 6. – Режим доступа: http://www.abok.ru/for_spec/articles.php ?nid =446. – (Дата обращения: 05.05.2016).
2. Булыгина, О.Н. Анализ изменчивости климата на территории России в последние десятилетия / О.Н. Булыгина [и др.] // Труды ВНИИГМИ-МЦД. – 2000. – Вып. 167. – C. 315
3. Байтингер, Н.М. Современный взгляд на некоторые проблемы централизованного теплоснабжения [Электронный ресурс] / Н.М. Байтингер, В.В. Бурцев // СОК №10 | 2005. – Режим доступа: http://www.c-o-k.ru/articles/sovremennyy-vzglyad-na-nekotoryeproblemy-centralizovannogo-teplosnabzheniy. – (Дата обращения: 07.05.2016).
4. Хрилев, Л.С. Оптимизация систем теплофикации и централизованного теплоснабжения / Л.С. Хрилев, И.А. Смирнов. – М.: Энергия, 1978. – 264 с.
5. Стафиевская, В.В. Методы и средства энерго- и ресурсосбережения / В.В. Стафиевская, А.М. Велентеенко, В.А. Фролов. – Красноярск: ИПК СФУ, 2008. – 430 с.
6. Цейзер, Г.М. Оценка эффективности применения теплонасосных установок в целях утилизации сбросного тепла в условиях г. Челябинска // Сб. мат. II Всерос. (с международным участием) молодёжной науч.-практ. конф. «Введение в энергетику», Кемерово, 2016.
7. Цейзер, Г.М. Оценка эффективности применения теплонасосных установок в целях утилизации сбросного тепла в условиях г. Челябинска // Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: материалы Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных с международным участием), Екатеринбург, УрФУ, 2016. – С. 703–705.
8. Богданов, А.Б. Проблемы энергосбережения в России / А.Б. Богданов // Профессиональный журнал. –2005. – Т. 06(19). – С. 52–56.
9. Цейзер Г.М. Оценка эффективности применения теплонасосных установок в целях утилизации сбросного тепла в условиях г. Челябинска // Материалы докладов XII Межд. молодёжной науч. конф. «Тинчуринские чтения», Казань, 3017. – С. 253–255.
10. Соколов, Е.Я. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения / Е.Я. Соколов, В.М. Бродянский. – М.: Энергоиздат, 1981. – 320 с.
11. Хайнрих, Г. Теплонасосные установки для отопления и горячего водоснабжения / Г.Хайнрих, Х. Найорк, В. Нестлер. – М.: Стройиздат, 1985 – С. 351.
12. Аникина И.Д. Применение тепловых насосов для повышения энергоэффективности паросиловых ТЭС/ И.Д. Аникина, В.В. Сергеев // Научно-технические ведомости Cанкт-Петербургского государственного политехнического университета. – 2013. – Т. 3(178). – С. – 56–61.
13. Молодкина, М.А. Применение теплового насоса в схеме теплофикационной установки ТЭЦ на базе парогазовой установки с котлом утилизатором на примере Северо-Западной ТЭЦ / М.А. Молодкина, В.М. Боровков // XXXVII Неделя науки СПбГПУ: материалы Всерос. межвуз. науч. 16 конф. студентов и аспирантов. – СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. – С. 111–112.
14. Девянин, Д.Н. Разработка и испытание на ТЭЦ- 28 ОАО «Мосэнерго» лабораторного стенда по апробации схем использования тепловых насосных установок в энергетике [Электрон. ресурс] / Д.Н. Девянин, Ю.Н. Соколов // ЭСКО Электронный журнал энергосервисной компании «Экологический системы». – 2007. – № 10. – С. 79–85.
15. Канина, Л.П. проблемы и пути решения комплексной защиты оборудования систем теплоснабжения в аварийных переходных гидравлических режимах в тепловых сетях / Л.П. Канина// Материалы конф. «Тепловые сети. Современные решения» 17 по 19 мая 2005 г. НП «Российское теплоснабжение». – С. 84–90.
16. Васильев, Г.П. Эффективность и перспектива использования тепловых насосов в городском хозяйстве Москвы / Г.П. Васильев // Энергосбережение. – 2007. – № 8. – C. 63–65
17. Шилкин, Н. В. Утилизация тепла канализационных стоков / Н. В. Шилкин // Энергосбережение в системах промышленного энергоснабжения. – «Опыт проектов утилизации сбросного тепла в промышленности. Выпуск 2». – С. – 9–14.
18. Слесаренко, В.В. Перспективы применения тепловых насосов при утилизации теплоты городских стоков / В.В. Слесаренко, В.В. Князев, В.В. Вагнер // «Энергосбережение и водоподготовка». – 2012. – № 3 (77). – С. 28–34.
19. Цейзер, Г.М. Использование низкопотенциальной сбросной тепловой энергии для целей теплоснабжения в условиях г. Челябинска: ВКР, 2016.
20. Фролов, В.П. Эффективность использования тепловых насосов в централизованных системах теплоснабжения / В.П. Фролов [и др.] // Новости теплоснабжения. – 2004. – № 7. – С.50–55
21. Дегтяренко, А.В. Теплоснабжение: учеб. пособие / А.В. Дегтяренко. – Томск : Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2010. 185 с
22. Маслов, Е.А. Автоматическое регулирование тепло- и парогенерирующих установок / Е.А. Маслов. – Томск, 2009. 74 с.
23. Климат Челябинской области. – Режим доступа: http://chelpogoda.ru/pages/490.php – (05.12.2006).
24. Филатова, О.С. Сорбционные тепловые насосы на твердых сорбентах для выработки тепла и холода/ О. С. Филатова [и др.] // Тепло- и массоперенос. 2007: сб. науч. тр. Минск : ИТМО им. А. В. Лыкова НАН Беларуси, 2007. – С. 275–281.
25. Галимова, Л.В. Абсорбционные холодильные машины и тепловые насосы / Л.В. Галимова. – Астрахань: АГТУ, 1997. – С. 226
26. Хромченков, В.Г. Определение потерь тепла в тепловых сетях / В.Г. Хромченков, Г.В. Иванов, Е.В. Хромченкова // Журнал «Новости теплоснабжения». – 2006. – № 6 (70). – С. 32–36.
27. Талцис, Н. Опыт утилизации низкопотенциального тепла с использованием абсорбционного теплового насоса / Н. Талцис // Журнал «Новости теплоснабжения». – 2011. – № 5 (129). – С. 112–117.
28. Челябинск – промышленность города, предприятия и заводы Челябинска. – Режим доступа: http://www.metaprom.ru/regions/chelyabinsk.html – (Дата обращения: 01.02.2017).
29. Экономика Челябинской области. – Режим доступа: http://chelindustry.ru/left_prom2.php?rr=1 – (Дата обращения: 05.02.2017).
30. Проект схемы теплоснабжения Челябинского городского округа до 2029 года. – Режим доступа: https://cheladmin.ru/sites/default/files/pz_ot_26.12.13._s_n ovym_titulom_0.pdf – (Дата обращения: 01.02.2017).
31. Административное деление. – Режим доступа: http://cheladmin.ru/ru/gorod-chelyabinsk/ administrativnoedelenie. – (Дата обращения: 17.02.2017).
PROMISING DIRECTION OF THE INTRODUCTION OF HEAT PUMPS
Research article
Kobylkin M. V.
Batukhtin S.G.
Kubriakov K.A.
Issue: № 5 (24), 2014
Published:
2014/06/08
Кобылкин М.В.1, Батухтин С.Г.2, Кубряков К.А.3
1Аспирант, 2аспирант, 3аспирант, Забайкальский государственный университет
ПЕРСПЕКТИВНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ВНЕДРЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ
Аннотация
В статье рассмотрена перспектива внедрения тепловых насосов в существующие системы отопления для компенсации нагрузки горячего водоснабжения, представлен краткий анализ существующих технологических решений в этой области, включая разработки российских исследователей.
Ключевые слова: энергосбережение, тепловой насос, горячее водоснабжение.
Kobylkin M. V.
1Postgraduate student, 2postgraduate student, 3postgraduate student, Transbaikal State University
PROMISING DIRECTION OF THE INTRODUCTION OF HEAT PUMPS
Abstract
This paper presents the prospect of the introduction of heat pumps in existing heating systems for load balancer domestic hot water, and brief analysis of existing technological solutions in this field, including the developments of russian researchers.
Keywords: energy saving, heat pump, domestic hot water.
Теплохладоснабжение при помощи тепловых насосов, по оценкам большинства авторитетных международных организаций, считается наиболее приоритетным направлением в развитии энергосберегающих технологий.
Следует также отметить, что технология тепловых насосов имеет долгую историю развития, начиная с пятидесятых годов прошлого века. Эта технология достаточно хорошо освоена зарубежными специалистами и широко применяется в строительных проектах целого ряда стран Европы, а также в США и Японии. При этом подавляющее большинство проектов представляют собой комплексную систему энергоснабжения здания, с учетом вентиляции, отопления, горячего водоснабжения и рекуперации тепла.
В России подобный глобальный переход от действующих систем централизованного теплоснабжения к системам комплексного теплохладоснабжения на основе тепловых насосов в ближайшее время невозможен. Основными причинами, сдерживающими внедрение тепловых насосов в России, являются:
– отсутствие государственного стимулирования,
– низкая заинтересованность потребителей, которая сведена к минимуму из-за высокой стоимости большинства классических зарубежных проектов, которые в настоящее время широко представлены на рынке тепловых насосов.
Частичным решением проблемы заинтересованности потребителей может послужить внедрение малозатратных технологических решений в существующие системы отопления, которые будут доступны потребителям и позволят как ознакомиться со всеми преимуществами тепловых насосов, так и повысить общую экономичность теплоснабжения.
Перспективным направлением внедрения тепловых насосов, при условии минимальных капитальных затрат, может стать компенсация нагрузки горячего водоснабжения. Как известно, Россия является признанным лидером по масштабам использования централизованных систем теплоснабжения, в которых до 30% всего отпущенного тепла расходуется на подогрев воды, идущей на горячее водоснабжение. При этом использование отечественных мощных сетевых насосов с низким КПД, качество тепловой изоляции, гидравлическая разлаженность теплотрасс, а также использование тупиковых схем горячего водоснабжения, приводит к тому, что треть тепловой энергии, идущей на нужды горячего водоснабжения, затрачивается впустую. В таких условиях покрытие тепловой нагрузки горячего водоснабжения тепловыми насосами позволит сберечь колоссальное количество энергетических ресурсов уже на начальном этапе внедрения.
При подходе к реализации поставленной цели не имеет смысла рассматривать традиционные установки, использующие геотермальные тепловые насосы, в связи c их высокой капиталоемкостью [2], а также технологии утилизации сбросного тепла промышленных предприятий и иных искусственных источников, поскольку такие решения являются частными и актуальны только в исключительных случаях. Для решения данной задачи наиболее предпочтительными будут тепловые насосы типа «воздух-вода» и некоторые технологические решения на основе тепловых насосов типа «вода-вода».
В тепловых насосах типа «воздух-вода» источником тепла является атмосферный воздух, тепло которого передается рабочему телу, а затем от рабочего тела передается воде, которая направляется в систему теплоснабжения здания на нужды горячего водоснабжения. Такие разработки отличаются особой компактностью, относительно малой стоимостью, простотой установки и полной независимостью от источников теплоснабжения. Кроме того, на сегодняшний день воздушные тепловые насосы более доступны и занимают порядка 80% потенциала рынка. Однако основным недостатком тепловых насосов типа «воздух-вода» является их невысокая эффективность за счет низкого коэффициента преобразования, который показывает отношение теплопроизводительности к электропотреблению. При температуре воздуха около 0°С, коэффициент преобразования большинства воздушных тепловых насосов падает ниже трех единиц, а при –15°С ниже двух единиц, что принято считать нижним порогом эффективности и работоспособности [3].
Альтернативой воздушным тепловым насосам являются тепловые насосы типа «вода-вода», принцип работы которых аналогичен тепловым насосам типа «воздух-вода», за исключением того, что в качестве источника тепла используют воду. Водяные тепловые насосы имеют значительно более высокий коэффициент преобразования, чем воздушные, но при этом на рынке практически не представлены малозатратные технологии их внедрения. В связи с этим, особенно важно отметить отечественные разработки в этом направлении.
Одна из таких разработок – тепловой насос с использованием обратных вод теплоцентрали. Как уже становится ясно из названия, в данном технологическом решении в качестве источника тепла используют воду, циркулирующую в обратном трубопроводе системы централизованного теплоснабжения.
В Забайкальском государственном университете также разрабатывается технология, позволяющая объединить достоинства всех вышеизложенных решений. Сезонный способ горячего водоснабжения, предложенный университетом, позволяет получать горячую воду вне зависимости от централизованного источника на протяжении всего неотопительного периода [6].
В заключении стоит отметить, что внедрение тепловых насосов для компенсации нагрузки горячего водоснабжения позволит с минимальными затратами заложить основу для дальнейшего развития энергосберегающих технологий теплохладоснабжения, и даст стимул отечественным исследователям к развитию данной отрасли.
Работа выполнена при поддержке гранта Президента РФ (МК-1184-214. 8).
Литература
- Берзан В.П. Аспекты проблемы стимулирования внедрения тепловых насосов / В.П. Берзан, С.Г. Робу, М.Л. Шит // Проблемы региональной энергетики. –2011. –№ 1. –С. 91–94.
- Филиппов С.П. Эффективность использования тепловых насосов для теплоснабжения малоэтажной застройки / С.П. Филиппов, М.Д. Дильман, М.С. Ионов // Теплоэнергетика. –2011. –№ 11. –С. 12–19.
- Чемеков В.В. Система теплоснабжения автономного жилого дома на основе теплового насоса и ветроэлектрической установки / В.В. Чемеков, В.В. Харченко // Теплоэнергетика. –2013. –№ 3. –С. 58.
- Филиппов С.П. Перспективы применения воздушных тепловых насосов для теплоснабжения жилых зданий в различных климатических условиях / С.П. Филиппов, М.С. Ионов, М.Д. Дильман // Теплоэнергетика. –2012. –№ 11. –С. 11.
- Николаев Ю.Е. Определение эффективности тепловых насосов, использующих теплоту обратной сетевой воды ТЭЦ / Ю.Е. Николаев, А.Ю. Бакшеев // Промышленная энергетика.
–2007. –№ 9. –С. 14-17.
- Батухтин А.Г. Повышение эффективности современных систем теплоснабжения / А.Г. Батухтин, С.А. Иванов, М.В. Кобылкин, А.В. Миткус. // Вестник Забайкальского государственного университета. –2013. –№ 09. С. 112-120.
Тепловые насосы в системах централизованного теплоснабжения и охлаждения – Анализ
Какова цель этого проекта?
Ожидается, что централизованное теплоснабжение будет играть ключевую роль в энергосистеме и снабжении, особенно когда к системе подключены тепловые насосы. Этот проект направлен на сбор информации и идей для политиков, лиц, принимающих решения, и специалистов по планированию энергетических систем о возможностях и проблемах внедрения тепловых насосов в системах централизованного теплоснабжения и охлаждения.
Как объяснить эту технологию старшекласснику?
Централизованное теплоснабжение – это система распределения тепла по зданиям через систему изолированных труб. Тепловые насосы могут использовать источники сбросного тепла с низкими температурами (ниже 45°C) в сети централизованного теплоснабжения, минимизируя потери тепла. Работая, когда производство возобновляемой энергии является высоким, они также могут способствовать интеграции возобновляемой энергии в электрические сети. Централизованное теплоснабжение может покрыть до 50% потребности в отоплении в Европе, а тепловые насосы могут поставлять около 25% энергии, транспортируемой по сети централизованного теплоснабжения.
Какова ценность этого проекта для общества?
- способствует поэтапному отказу от ископаемых видов топлива в энергосистеме
- балансирует электросеть при колебаниях производства электроэнергии из возобновляемых источников
- позволяет использовать источники тепла при очень низких температурах, тем самым повышая общую энергоэффективность
- является экономически выгодным вариантом
На какой стадии разработки находится этот проект?
Проект начался в 2015 году и завершился в 2019 году. Окончательный отчет доступен на веб-сайте HPT TCP вместе с отчетами о задачах и описаниями случаев внедрения тепловых насосов в системы централизованного теплоснабжения. Планируется новый дополняющий проект: Гибкость за счет внедрения тепловых насосов в многовекторные энергосистемы и тепловые сети.
Какая государственная политика может вывести это из лаборатории на рынок?
- поддержка повторного использования избыточного тепла от процессов и промышленности
- стимулирование развития сетей ЦО
- налогообложение ископаемого топлива.
Возможности и проблемы внедрения тепловых насосов в системах централизованного теплоснабжения и охлаждения
Partners
- Danish Technological Institute
- Dansk Fjernvarme
- Alborg Universitet
- Johnson Controls Industries
- RISE
- Austrian Institute of Technology
- TU Graz
- Hoschschule Luzern
- Technik & Architektur
- IGE
- UK Dept.
for Business, Energy & Industrial Strategy
- Glen Dimplex
Funders
Великобритания, Австрия, Швеция, Австрия, Швеция, Австрия, Дания,
Правительства
Партнеры и спонсоры
О Программе технологического сотрудничества в области теплонасосных технологий (HPT TCP)
Основанная в 1977 году, HPT TCP функционирует как международная структура сотрудничества и обмена знаниями для заинтересованных сторон в области теплонасосных технологий, используемых для отопления, охлаждение, кондиционирование воздуха и охлаждение в зданиях, промышленности, тепловых сетях и других применениях.
Контактное лицо: [email protected]
Узнать больше
Анализ
Весь анализкруг-стрелка
Технологический отчет
Сегодня в лаборатории – завтра в энергетике?
Освещение разрабатываемых исследовательских проектов в рамках программ технологического сотрудничества
Преимущества тепловых насосов в системе централизованного теплоснабжения
5 мин
Предпочтение тепловых насосов в централизованной энергетике связано со многими преимуществами и тем фактом, что эта технология очень энергоэффективна. Большинство отраслей промышленности стремятся поддерживать потребление энергии на как можно более низком уровне, что вполне объяснимо, учитывая рост цен на энергию.
Тепловые насосы передают тепло от системы с более низкой температурой к системе с более высокой температурой благодаря циклу охлаждения, который они выполняют между ними.
Тепло берется из источника тепла, температура которого обычно не контролируется. Затем тепло передается потребителю при подходящей и контролируемой температуре, которая зависит от области применения. Преимуществ у тепловых насосов достаточно много, и они могут использоваться в самых разных областях, от коммерческого до промышленного размера .
Тепловые насосы используются в качестве альтернативы традиционным котлам и электрическим нагревателям для производства тепловой энергии, поскольку их эффективность выше при наличии подходящего источника тепла.
Основными преимуществами теплового насоса являются ориентация на окружающую среду. Положительное воздействие, которое мы достигаем, снижая потребление энергии, в то же время уменьшая выбросы CO2 в общей системе районного энергоснабжения. Комбинация различных технологий нагрева улучшит цель обезуглероживания в краткосрочной перспективе.
Устойчивость: снижение зависимости от ископаемого топлива:
Если в секторе отопления будут использоваться более эффективные системы отопления, основанные на дешевых источниках тепла, подключенных к недорогим возобновляемым источникам энергии, окончательный системный баланс поможет сделать устойчивым весь энергетический рынок. Сокращение импорта топлива повысит энергетическую независимость этих стран, получив больше финансовых ресурсов для повышения конкурентоспособности промышленности и содействия экологическому переходу.
Вклад в экономику замкнутого цикла
Новые разработки в области централизованного теплоснабжения способствуют использованию отработанного тепла, поступающего от очистных сооружений, или излишков тепла с промышленных рынков или центров обработки данных в качестве предпочтительного источника тепла для тепловых насосов. Одна из основ экономики замкнутого цикла основана на поощрении использования возобновляемых источников энергии местного производства, управлении потреблением и предоставлении аккумулирующих мощностей региональной энергетической системе по запросу.
Вклад возобновляемых источников энергии:
Влияние тепловых насосов на интеграцию возобновляемой электроэнергии можно исследовать с помощью нескольких подходов. Влияние на использование тепловых насосов анализируется при допущении определенной доли возобновляемых источников энергии в производстве электроэнергии. В качестве альтернативы анализируется влияние производства электроэнергии из возобновляемых источников, исходя из предположения о высокой доле технологии тепловых насосов в производстве тепла. Расширение использования возобновляемых источников энергии и использование тепловых насосов взаимно влияют друг на друга, и поэтому необходимо моделировать их взаимозависимости при анализе отраслевой связи.
Выбросы CO2 и зеленый газ хладагента:
Выбор экологически чистого хладагента также важен для получения большего количества баллов LEED для достижения более высокого уровня сертификации. Используемый хладагент должен иметь очень низкий потенциал глобального потепления и потенциал разрушения озонового слоя. Природные хладагенты, учитывая их благоприятные свойства, остаются предпочтительными хладагентами по соображениям эффективности и защиты окружающей среды, и ожидается, что они останутся таковыми на неопределенный срок. Новые синтетические ГФО были одобрены в качестве надежного решения с использованием смесей углеводородов, которые в некоторых случаях могут обеспечить сверхнизкий ПГП, ниже 109.0005
Соответствие газовому законодательству
Европейский рынок и другие области экономики регулируют рынок охлаждения и отопления одним из самых амбициозных заявлений по сокращению выбросов CO2, сокращению использования ГФУ с высоким ПГП для охлаждающих или нагревательных установок. Новые конструкции тепловых насосов позволят справиться с этими ограничениями внутри ЕС, используя природные хладагенты (аммиак, CO2, углеводороды) и тяжелое дизельное топливо с низким ПГП (<10), поддерживая оптимальные критерии эффективности.