ТОПЛИВО, ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ, ТЕПЛО: РЕЗЕРВЫ ЭКОНОМИИ
ДУБРОВИНА И. В., ГИЛЮС А. Ю., кандидаты техн. наук, НИИ экономики энергетики — Литовский НИИ строительства и архитектуры
Эффективное энергосбережение невозможно без выбора верных технических решений. Частичным решением этой проблемы при строительстве и эксплуатации малоэтажных жилых домов является экономия тепла и топлива, которая может быть достигнута как усовершенствованием строительных конструкций, так и заменой топлива нетрадиционными источниками энергоснабжения, а также аккумулированием тепла в сочетании с традиционными и нетрадиционными источниками энергии.
Для отопления малоэтажных домов наряду с традиционными системами отопления в Литовской ССР используются электротеплоаккумуляционные системы отопления (ЭТА СО), потребляющие ночную электроэнергию по льготному тарифу. Производство таких систем освоено на Утенском заводе лабораторных электропечей.
Система состоит из пульта управления и отдельных отопительных аккумуляционных устройств мощностью по 2 и 3 кВт. К пульту управления подключается система отопления, общая мощность которой может достигать 50 кВт. В комплект этой системы входит датчик температуры наружного воздуха и датчики — регуляторы комнатной температуры.
Электротеплоаккумуляционная система отопления работает в период с 23 до 6 ч, который называется периодом зарядки. В это время отопительные приборы аккумулируют тепло в своем массиве, изготовленном из хромомагнезита. В процессе зарядки ЭТА СО треть тепла отдается в помещение. В течение остального времени ЭТА СО только отдает тепло потребителю. Коэффициент зарядки нагревательных приборов обратно пропорционален температурному перепаду между внутренним и наружным воздухом.
Мощность, потребляемая установленными в помещениях отопительными приборами, определяется исходя из расчетов теплопотерь помещений. Анализ типовых проектов малоэтажных сельских жилых домов, применяемых в Литовской ССР, показал, что средние тепло- потери для дома с общей площадью 100—120 м2 при условии, что термическое сопротивление ограждений соответствует требованиям СНиП II-3-79** «Строительная теплотехника», составляет 14 кВт. При этом в течение суток в доме поддерживается средняя температура воздуха 20 °С. С учетом продолжительности зарядки ЭТА СО и теплоустойчивости отапливаемого дома для климатических условий Литвы установочная мощность системы составит 42 кВт.
ЭТА СО заменяют используемые в настоящее время водяные системы отопления с теплогенераторами, работающими на традиционных видах топлива, в основном на твердом. Широко применяются котлы серии КЧМ и КС, они имеют небольшой коэффициент полезного действия (0,62—0,65) и характеризуются определенным количеством вредных выбросов в атмосферу: твердые частицы летучей золы и недогоревшего топлива, окислы серы и азота, окись углерода.
Для Литовской ССР основным видом применяемого топлива является уголь Силезского бассейна, в других регионах страны используется уголь Донбасса. Количество выбросов в атмосферу за отопительный период для дома с расчетными теплопотерями 14 кВт в случае сжигания донецкого угля составляет: твердых частиц — 0,198 т/год, SO2 — 0,696 т/год, СО — 0,62 т/год, NO2 — 2,35 т/год; приведенная масса годового выброса загрязнений из источника теплоснабжения достигает 130 т (в условном исчислении) на дом.
Эксплуатация систем отопления с теплогенераторами на твердом топливе требует от жильцов немало времени каждый день на обслуживание котла, а температурные условия в помещениях при этом не всегда поддерживаются на необходимом уровне комфорта. Высокий уровень комфорта и минимум времени на обслуживание системы отопления обеспечивает ЭТА СО.
Для обоснования эффективности использования ЭТА СО были выполнены вариантные расчеты приведенных затрат на теплоснабжение малоэтажного жилого дома. Рассмотрены три варианта.
Первый вариант предусматривал теплоснабжение от традиционного источника — котельной, сжигающей донецкий уголь.
Во втором варианте предполагалось, что теплоснабжение осуществляется от электрической сети, в часы ночного провала нагрузки по льготному тарифу — 1 коп/(кВт-ч).
Третий вариант подразумевал теплоснабжение от нетрадиционного возобновляемого источника энергии — ветро-агрегата.
Варианты сравнивались по критерию минимума суммарных приведенных затрат:
3=ЕНК+И+У, (1)
где Еи — нормативный коэффициент сравнительной эффективности капитальных вложений, равен 0,12; К — единовременные капитальные вложения в сооружаемые объекты, руб.; И — ежегодные эксплуатационные издержки, руб.; У — затраты на компенсацию последствий загрязнений воздушного бассейна, руб./год.
Затраты на компенсацию последствий загрязнений воздушного бассейна определялись по формуле
y=CGfM, (2)
где С — множитель, численное значение которого 2,4 руб./т условных выбросов; G — коэффициент, характеризующий относительную опасность загрязнений атмосферного воздуха над разными территориями (безразмерный); ф — поправочный коэффициент, учитывающий характер рассеяния примеси в атмосферу (безразмерный); М — приведенная масса годового выброса загрязнений из источника, т (в условном исчислении).
При определении приведенных затрат стоимость ЭТА СО установленной мощностью 50 кВт принята 3610 руб., стоимость сооружения водяной системы отопления с теплогенератором, работающим на твердом топливе, равна 1294 руб. на дом с учетом затрат энергии, т. е. прошлых затрат, начиная с добычи руды в недрах, сооружения шахт, железной дороги, добычи и т. п. Затраты на компенсацию последствий загрязнения воздушного бассейна от традиционной системы отопления на донецком угле в расчете на один дом определены по формуле (2) в размере 3,06 тыс. руб. Экономия условного топлива при использовании ЭТА СО по сравнению с традиционными источниками составляет на дом 6,9 т/год.
Приведенные затраты на водяную систему отопления и ЭТА СО составляют соответственно 3,9 и 3,2 тыс. руб., т. е. использование ЭТА СО более чем в 1,2 раза эффективнее, чем применение традиционной системы отопления.
Повышению эффективности использования топливно-энергетических ресурсов, реализации путей и способов их экономии, замене наиболее дефицитных видов энергии менее дефицитными может способствовать широкое использование возобновляемых источников энергии, в том числе и ветроэнергетических агрегатов. При этом частично решается экологическая проблема за счет предотвращения вредных выбросов в атмосферу.
Представляется перспективным комплекс отопления, состоящий из ЭТА СО и ветроэнергетической установки (ВЭУ).
«Такой вариант отопления вполне применим в районах с благоприятными ветровыми условиями, которые имеют место в Литовской ССР, где для прибрежной зоны Балтийского моря характерны сильные ветры со среднегодовой скоростью более 6 м/с.
Как уже отмечалось, при работе ЭТА СО от сети продолжительность зарядки имеет строго фиксированное и ограниченное время, определенное графиком нагрузки энергосистемы (всего 7 ч). Такое короткое время зарядки вынуждает применять ЭТА СО с большой установочной мощностью. Продление периода зарядки позволит уменьшить эту мощность. Исследования показали, что время зарядки ЭТА СО при работе в комплекте с ВЭУ может быть увеличено до 16 ч, что позволит уменьшить установленную мощность ЭТА СО примерно в 2 раза и приведет к соответственному снижению затрат.
Для реализации совместной работы ВЭУ с ЭТА СО могут быть использованы ВЭУ единичной мощностью от 25 кВт.
Ориентируясь на уменьшение установленной мощности ЭТА СО до 25 кВт при работе в комплекте с ВЭУ и среднегодовую выработку ею электроэнергии (при среднегодовой скорости ветра 6 м/с) от 67,5 до 90 тыс. кВт-ч в год, по формуле (1) были определены затраты, связанные с использованием ВЭУ в качестве источника теплоснабжения с ЭТА СО.
Эти затраты составили 3,1 тыс. руб. Они, как видно, для комплекса ВЭУ — ЭТА СО немного меньше, чем для системы отопления с ЭТА СО, работающей от электросети. В то же время ЭТА СО в сочетании с ВЭУ более чем в 1,2 раза эффективнее системы отопления на твердом топливе.
В расчетах не учитывалась экономическая составляющая социального фактора, которая, по предварительным оценкам, увеличит в зависимости от размещения потребителей эффективность использования ЭТА СО в несколько раз.
Таким образом, для районов, удаленных от централизованных источников энергии, куда доставка топлива сопряжена с большими затратами труда и времени, сочетание нетрадиционных источников энергии с ЭТА СО является наиболее перспективным решением с экономической, экологической и социальной точек зрения. Оно позволит также частично решить проблему энергосбережения.
