«« Разработка и внедрение энергосберегающей Разработка и внедрение энергосберегающей теплонасосной технологии нового поколения с теплонасосной технологии нового поколения с

использованием НВИЭ для повышения использованием НВИЭ для повышения эффективности работы систем теплоснабжения эффективности работы систем теплоснабжения зданий и сооружений в Республике Казахстан»зданий и сооружений в Республике Казахстан»

  

А.Ш.А.Ш.ААлимгазин, лимгазин, ЕНУ им.Л.Н.Гумилева, ЕНУ им.Л.Н.Гумилева,

профессор профессор кафедры “Теплоэнергетика”, кафедры “Теплоэнергетика”,доктор тдоктор технических наукехнических наук

г.Астана, 20г.Астана, 201122 г. г.

Казахстан

В настоящее время В настоящее время вопросы вопросы энергосбережения и энергосбережения и эффективного эффективного использования возобновляемых и использования возобновляемых и альтернативных источников энергииальтернативных источников энергии, , являются одними из приоритетных являются одними из приоритетных направлений развития различных направлений развития различных отраслей экономики Республики отраслей экономики Республики КазахстанКазахстан

Тепловой насосТепловой насос компактная, экономичная и компактная, экономичная и

экологически чистая система, экологически чистая система, позволяющая получать тепло позволяющая получать тепло для отопления и ГВС за счет для отопления и ГВС за счет аккумулирования тепла от аккумулирования тепла от низкопотенциальных низкопотенциальных источников (грунтовые и источников (грунтовые и артезианские воды, тепло артезианские воды, тепло земных недр, промышленные земных недр, промышленные и бытовые стоки, воды и бытовые стоки, воды технологических циклов) и технологических циклов) и переноса его к теплоносителю переноса его к теплоносителю с более высокой с более высокой температуройтемпературой

Принцип работы ТНУПринцип работы ТНУ ТТНУНУ имеет имеет 44 основных элемента: основных элемента:

испаритель, компрессор, конденсатор и испаритель, компрессор, конденсатор и сбросной клапан. В испарителе сбросной клапан. В испарителе хладагент нагревается до температуры хладагент нагревается до температуры 6-8 6-8 00С, отобранной из окружающей С, отобранной из окружающей среды (из земли, воды, воздуха), среды (из земли, воды, воздуха), закипает и испаряется. Полученный закипает и испаряется. Полученный пар сжимается компрессором, и при пар сжимается компрессором, и при росте давления температура росте давления температура хладагента поднимается до 35-хладагента поднимается до 35-880 0 00С. С. Эта температура отдается через Эта температура отдается через теплообменник конденсатора рабочей теплообменник конденсатора рабочей жидкости отопительного контура, и жидкости отопительного контура, и хладагент обратно конденсируется. хладагент обратно конденсируется. Сбросной клапан сбрасывает давление, Сбросной клапан сбрасывает давление, перепуская хладагент в испаритель. перепуская хладагент в испаритель.

Источники низкопотенциальной теплоты Источники низкопотенциальной теплоты (с температурой от +5(с температурой от +500С до + 45С до + 4500С)С)

для теплонасосных систем теплоснабжения для теплонасосных систем теплоснабжения

теплота грунтов, подземных водтеплота грунтов, подземных вод, теплота близлежащих , теплота близлежащих естественных водоемов;естественных водоемов;

сбросная теплота промышленных стоков предприятий сбросная теплота промышленных стоков предприятий (очистных сооружений крупных городов и населенных (очистных сооружений крупных городов и населенных пунктов, стоков банно-прачечных комбинатов, сбросная пунктов, стоков банно-прачечных комбинатов, сбросная теплота холодильных и насосных перекачивающих станций и теплота холодильных и насосных перекачивающих станций и т.п.);т.п.);

сбросная теплота крупных промышленных предприятий сбросная теплота крупных промышленных предприятий регионов регионов (оборотная вода технологических циклов ТЭЦ, (оборотная вода технологических циклов ТЭЦ, ГРЭС, шахтные воды и т.д.);ГРЭС, шахтные воды и т.д.);

теплота обратной линии тепловых сетейтеплота обратной линии тепловых сетей;; теплота вытяжного воздуха теплота вытяжного воздуха систем вентиляции, систем вентиляции,

кондиционирования зданийкондиционирования зданий

Низкопотенциальные источники теплоты в ТНУ

Применение ТНУ в миреПрименение ТНУ в мире Развитие и усовершенствование Развитие и усовершенствование

ТНУ, постоянно возрастающий ТНУ, постоянно возрастающий спрос на них, привели к тому, что спрос на них, привели к тому, что многие высокоразвитые страны многие высокоразвитые страны мира (США, Япония, Швеция, мира (США, Япония, Швеция, Германия, Финляндия и т.д.) Германия, Финляндия и т.д.) используют их как используют их как основной основной источник в системах отопления и источник в системах отопления и горячего водоснабжения горячего водоснабжения жилых, жилых, общественных и производственных общественных и производственных помещений, помещений, при утилизации при утилизации низкопотенциальной теплоты в низкопотенциальной теплоты в промышленности, ЖКХ, сельском промышленности, ЖКХ, сельском хозяйстве.хозяйстве.

в Швеции около 70% всего отопления обеспечивают геотермальные тепловые насосы. В Стокгольме 12% отопления города обеспечивается геотермальными тепловыми насосами общей мощностью 320 МВт, использующими как источник тепла Балтийское море с температурой + 8°С;

в Японии ежегодно производится около 3 млн. тепловых насосов различной мощности;

в Германии предусмотрена дотация государства на установку тепловых насосов в размере 200 евро за каждый кВт установленной мощности

Примеры применения тепловых Примеры применения тепловых насосов в КНРнасосов в КНР

• На предприятии по очистке сточ-ных вод (г.Шэньян) установлено оборудование - тепловые насосы типа GSHP- 8800 (8,8 МВт). Источник низкопотенциальной теплоты - сточные воды с температурой до 20 С и объемом до 120 000 м3/час. Твод., подаваемой потребителю 70С. Суммарная проектная мощность теплонасосной станции, работающей от теплоты сточных вод, составит 280 мВт (30 машин) и позволит обеспечить теплом до 1/3 объектов теплоснабжения в г.Шэньян

В странах СНГ внедрение ТНУ не получило достаточно широкого распространения по целому ряду причин (относительно низкая стоимость органического топлива до середины 90-х годов ХХ века, ориентация на центра-лизованное теплоснабжение и отсутствие необходимого оборудования) и на данный момент находится на начальной стадии, например, в России работает около 3000 ТНУ, а в Казахстане их порядка 400.

Эффективность внедрения Эффективность внедрения ТНУ в Республике КазахстанТНУ в Республике Казахстан

Эффективность применения тепловых Эффективность применения тепловых насосов в Республике Казахстан будет насосов в Республике Казахстан будет более высока, чем в большинстве более высока, чем в большинстве других страндругих стран, из-за: , из-за:

жесткихжестких климатических условий; климатических условий; продолжительногопродолжительного отопительного отопительного

периода, достигающего периода, достигающего от 200 до 250 от 200 до 250 дней в годудней в году

Нормативно-законодательная база для Нормативно-законодательная база для внедрения теплонасосных технологий в внедрения теплонасосных технологий в

Республике КазахстанРеспублике Казахстан Закон РК «Закон РК «О поддержке использования возобновляемых О поддержке использования возобновляемых

источниках энергииисточниках энергии» (№165-» (№165-IVIV от 4 июля 2009 г.); от 4 июля 2009 г.); Закон РК «Закон РК «Об энергосбережении и повышении энергоэ-Об энергосбережении и повышении энергоэ-

ффективностиффективности» (принят Парламентом РК 21.12.2011 г.);» (принят Парламентом РК 21.12.2011 г.); Закон РК «Закон РК «О внесении изменений и дополнений в некоторые О внесении изменений и дополнений в некоторые

законодательные акты Республики Казахстан по вопросам законодательные акты Республики Казахстан по вопросам энергосбережения и повышения энергоэффективностиэнергосбережения и повышения энергоэффективности» » » » (принят Парламентом РК 21.12.2011 г.);(принят Парламентом РК 21.12.2011 г.);

нормативные документы «нормативные документы «Руководство по применению Руководство по применению тепловых насосов с использованием нетрадиционных тепловых насосов с использованием нетрадиционных возобновляемых источников энергии и вторичных возобновляемых источников энергии и вторичных энергетических ресурсовэнергетических ресурсов»»

Научные достижения Научные достижения в 2008 -2011 г.г. получено в 2008 -2011 г.г. получено 5 инновационных патентов 5 инновационных патентов

Республики Казахстан Республики Казахстан на теплонасосные установки;на теплонасосные установки; разработаны и утверждены Агентством РК по делам разработаны и утверждены Агентством РК по делам

строительства и ЖКХ (ноябрь 2009 г.) строительства и ЖКХ (ноябрь 2009 г.) нормативные нормативные документы по применению ТНУ в Республике Казахстандокументы по применению ТНУ в Республике Казахстан;;

издана издана первая в РК монография по теплонасосным первая в РК монография по теплонасосным технологиям(2010 г.);технологиям(2010 г.);

в 2010 году совместно с коллегами из ЗАО «Энергия» (г. в 2010 году совместно с коллегами из ЗАО «Энергия» (г. Новосибирск) подана Новосибирск) подана заявка на международный патент по заявка на международный патент по разработке теплонасосной технологии нового поколенияразработке теплонасосной технологии нового поколения, , которая позволяет подавать теплоноситель в систему которая позволяет подавать теплоноситель в систему отопления с отопления с температурой до 80температурой до 8000СС, в то время как все , в то время как все существующие зарубежные аналоги могут обеспечить существующие зарубежные аналоги могут обеспечить только 55-60только 55-6000СС

При реализации этих технологий вместо При реализации этих технологий вместо существующих систем автономного существующих систем автономного энергоснабжения энергоснабжения (угольные котельные, (угольные котельные, котельные на жидком топливе, электро-котельные на жидком топливе, электро-котлы) будут получены котлы) будут получены значительные значительные экономический и экологический эффекты:экономический и экологический эффекты:

- снижение - снижение в 2-4 раза бюджетных средствв 2-4 раза бюджетных средств, , выделяемых на теплоснабже-ние с выделяемых на теплоснабже-ние с традиционными котельными; традиционными котельными;

- - полное отсутствие выбросов в атмосферу;полное отсутствие выбросов в атмосферу;

- малый срок окупаемости проектов (2-4 года)- малый срок окупаемости проектов (2-4 года)

За 1999- 2012 годы группой наших За 1999- 2012 годы группой наших компаний в Республике Казахстан компаний в Республике Казахстан

внедрены: внедрены: - свыше - свыше 11330 пилотных объектов 0 пилотных объектов в различных климатических в различных климатических

регионах Республики Казахстан, в том числе:регионах Республики Казахстан, в том числе:

- - АО «Казцинк»(АО «Казцинк»(г.Усть-Каменогорск);г.Усть-Каменогорск);

- - Черемшанская птицефабрика Черемшанская птицефабрика ВКО;ВКО;

- ГУ «Восточно-Казахстанская областная специальная - ГУ «Восточно-Казахстанская областная специальная школа-интернат для детей-сирот»(школа-интернат для детей-сирот»(г.Усть-Каменогорск);г.Усть-Каменогорск);

- - Комплекс административно-производственных зданий АО Комплекс административно-производственных зданий АО «Парк ядерных технологий» «Парк ядерных технологий» (г.Курчатов ВКО);(г.Курчатов ВКО);

- - административные и производственные зданияадминистративные и производственные здания, , фермерские хозяйства, ряд коттеджейфермерские хозяйства, ряд коттеджей;;

- объекты малого и среднего бизнеса - объекты малого и среднего бизнеса

Тепловая мощность Тепловая мощность установленных составляет от установленных составляет от 5 кВт 5 кВт до до

3 000 кВт3 000 кВт

Краткая характеристика объекта теплоснабжения с Краткая характеристика объекта теплоснабжения с применением ТНУ - ГУ «Восточно-Казахстанская областная применением ТНУ - ГУ «Восточно-Казахстанская областная

школа - интернат для детей - сирот» (г.У-Каменогорскшкола - интернат для детей - сирот» (г.У-Каменогорск))

• Общая отапливаемая площадьОбщая отапливаемая площадь объекта-объекта-33885454 м2, м2,

• Расход топлива за отопительный сезонРасход топлива за отопительный сезон 127,0 тыс.литров127,0 тыс.литров дизельного топлива дизельного топлива общей стоимостью свыше общей стоимостью свыше 88,5 млн.тенге,5 млн.тенге

• Вместо двух котлов на жидком Вместо двух котлов на жидком топливе (марки «Buran Boyler») топливе (марки «Buran Boyler») установлен установлен тепловой насос типа GSHP-тепловой насос типа GSHP-310 тепловой мощностью 310 кВт и 310 тепловой мощностью 310 кВт и электрической мощностью 60 кВтэлектрической мощностью 60 кВт. .

• Экономический эффектЭкономический эффект - применение - применение такой установки позволитакой установки позволилоло снизить снизить ежегодные затраты на отопление, по ежегодные затраты на отопление, по результатам отопительнрезультатам отопительныхых сезон сезоновов 2006-202006-201111 года, в 4 раза года, в 4 раза

Общий вид школы, устройство, панель управления Общий вид школы, устройство, панель управления теплового насоса типа GSHP – 310 для автономного теплового насоса типа GSHP – 310 для автономного

теплоснабжения ГУ «Восточно-Казахстанская областная теплоснабжения ГУ «Восточно-Казахстанская областная

школа-интернат для детей-сирот школа-интернат для детей-сирот»»

Первый в Республике Казахстан промышленный Первый в Республике Казахстан промышленный тепловой насос НТ-3000 (тепловая мощность 3,7 Гкал) тепловой насос НТ-3000 (тепловая мощность 3,7 Гкал)

запущен на АО «Казцинк» в декабре 1999 г. запущен на АО «Казцинк» в декабре 1999 г. (г.Усть-Каменогорск)(г.Усть-Каменогорск)

Применение ТНУ для отопления «Комплекса Применение ТНУ для отопления «Комплекса административно-производственного административно-производственного

назначения» АО «Парк ядерных технологий» назначения» АО «Парк ядерных технологий» (г.Курчатов)(г.Курчатов)

Общая площадь обогрева объекта – Общая площадь обогрева объекта – 6 500 м6 500 м22, , Год реализации проекта - Год реализации проекта - 2009 год2009 год Вместо двух котлов на жидком топливе Вместо двух котлов на жидком топливе

((фирма фирма WiWiееssmanssman)) были установлены были установлены 22 тепловых насоса типа тепловых насоса типа GSHPGSHP-380 и -380 и GSHPGSHP-250-250..

Источник теплоты - Источник теплоты - грунтовые водыгрунтовые воды. . Создана Создана инженерная система подающих и инженерная система подающих и сбросных скважинсбросных скважин, обеспечивающая , обеспечивающая надежную работу агрегатов, которые хорошо надежную работу агрегатов, которые хорошо зарекомендовали себя в отопительные зарекомендовали себя в отопительные сезоны сезоны 2009-2012 г2009-2012 года с сильными и ода с сильными и продолжительными морозамипродолжительными морозами..

Проекты по применению ТНУ, над которыми Проекты по применению ТНУ, над которыми ведутся работы в настоящее времяведутся работы в настоящее время

Теплоснабжение на ряде объектов Министерства Теплоснабжение на ряде объектов Министерства обороны РКобороны РК ( (Щучинско-Боровская зонаЩучинско-Боровская зона)), Министерства , Министерства по ЧС РК (вместо существующих котельных на жидком по ЧС РК (вместо существующих котельных на жидком и твердом видах топлива);и твердом видах топлива);

Реконструкция системы отопления Реконструкция системы отопления 5 жилых домов АО 5 жилых домов АО «Санаторий Щучинский» «Санаторий Щучинский» (г.Щучинск);(г.Щучинск);

Реконструкция теплоснабжения Реконструкция теплоснабжения учреждений образова-учреждений образова-нияния: средни е школы г.Астаны, СШ №: средни е школы г.Астаны, СШ №338 г.Семей 8 г.Семей (вместо существующих котельных) (вместо существующих котельных)

Реконструкция систем отопления Реконструкция систем отопления объектов АО «Астана-объектов АО «Астана-СуАрнасы»СуАрнасы»;;

Реконструкция системы теплоснабжения объекта Реконструкция системы теплоснабжения объекта «Детская деревня г.Темиртау» «Детская деревня г.Темиртау»

Рабочей группой акимата г.Астаны разраба-Рабочей группой акимата г.Астаны разраба-тывается проекттывается проект ««Регионального Регионального комплексного плана мероприятий комплексного плана мероприятий энергосбережения г.Астаны на 2012-2015 энергосбережения г.Астаны на 2012-2015 годы»годы»,согласно которого ,согласно которого предусматрипредусматриваетсявается применение ТНУ на ряде объектов применение ТНУ на ряде объектов социальной сферы столицы социальной сферы столицы с использованием с использованием теплоты грунта, грунтовых вод теплоты грунта, грунтовых вод (объекты (объекты здравохранения, образования), здравохранения, образования), а также а также сбросной теплоты предприятий сбросной теплоты предприятий (АО (АО «АстанаСуАрнасы»)«АстанаСуАрнасы»)

Планируемые пилотные проекты по применению теплонасосных Планируемые пилотные проекты по применению теплонасосных систем теплоснабжения на объектах социальной сферы г.Астаны систем теплоснабжения на объектах социальной сферы г.Астаны

(2012 г.- 2013 г.г.)(2012 г.- 2013 г.г.)

Наименова-ние объекта

Используе-мое топливо

Затраты на внедрение ТНУ, млн.тг

Эксплуатационные затраты, млн.тенге/год

до после экономия

Школа №20 Дизельное топливо

27,0 10,14 2,8 7,34

Школа №45 Электро-котлы

31,5 7,79 3,12 4,67

Школа №41 Дизельное топливо

32,5 14,02 3,76 10,26

Школа №44

Д/сад №39

Дизельное топливо

Дизельное топливо

35,7

24,5

17,43

9,22

4,12

2,96

13,31

6,26

ИТОГО:

- 151,2 58,6 16,76 41,84

Общая экономия – 41,86 млн. тенге в годСредняя окупаемость проектов – 3,5 годаОбщая экономия – 41,86 млн. тенге в годСредняя окупаемость проектов – 3,5 года

Сравнение различных видов автономного Сравнение различных видов автономного теплоснабжения ГУ «Средняя школа № 44» теплоснабжения ГУ «Средняя школа № 44»

г. Астаны (стадия разработки ПСД)г. Астаны (стадия разработки ПСД)Показатели Котельная на

дизтопливе Теплонасосная станция из

3-х SDW5-40Т

Стоимость оборудования, тыс.тенге

1 734 35 000

Энергоносители  Дизельное топливо Электрический ток

Потребление энергоносителей

183 806 л 162 540 кВт*час

Эксплуатационные затраты, тыс.тенге/год

17 432 540 4 119 825

Стоимость 1 Гкал тепла, тенге/Гкал

11 981 2 831

Пожаровзрывоопасность Опасен Безопасен

Срок окупаемости - 2,63 года

Использование сбросной теплоты Использование сбросной теплоты циркуляционной воды ТЭЦ-2 г.Астаныциркуляционной воды ТЭЦ-2 г.Астаны

• Перспективным представляется Перспективным представляется (совместно со специалистами из КНР, (совместно со специалистами из КНР, РФ) реализация пилотного РФ) реализация пилотного энергосберегающего проекта в энергосберегающего проекта в г.Астане с использованием теплоты г.Астане с использованием теплоты циркуляционной воды ТЭЦ-2 для циркуляционной воды ТЭЦ-2 для теплоснабжения строящихся теплоснабжения строящихся объектов зоны Парка объектов зоны Парка индустриально-инновацион-ного индустриально-инновацион-ного развития столицы .развития столицы .

• Параметры сбросной воды, идущей Параметры сбросной воды, идущей на градирни ТЭЦ-2:на градирни ТЭЦ-2:

• - температура 20-32 С;- температура 20-32 С;

• - объем до 32 000 м3/ час- объем до 32 000 м3/ час

Канализационно-очистные Канализационно-очистные сооружения АО «Астана Су сооружения АО «Астана Су

АрнасыАрнасы»»• В 2011-2014 г.г. запланиро-

вано применение ТНУ с утилизацией теплоты очищенных сточных вод на объектах 1 и 2 очереди предприятия:

• станция ультрафиолетового обеззараживания (УФО);

• насосная станция биоло-гически очищенных сточных вод (НС);

• здание флотофильтров (ФФ);• реагентное хозяйство (РХ).

РЕЗЮМЕРЕЗЮМЕ

РезюмеРезюмеВВнедрение новых энергосберегающих недрение новых энергосберегающих

теплотепло--насосных систем теплоснабжения с насосных систем теплоснабжения с использованием использованием возобновляемых и возобновляемых и низкопотенциальных источников теплнизкопотенциальных источников теплотыоты дадаеетт возможность: возможность:

существенного существенного снисниженияжения расход расходаа органичесорганичес--кого топлива, что позволит кого топлива, что позволит значительно уменьшить эффект значительно уменьшить эффект неблагоприятнеблагоприятнного воздействия на ого воздействия на окружающую среду от сжигания различных окружающую среду от сжигания различных видов топлив;видов топлив;

повышения эффективности систем тепло-повышения эффективности систем тепло-снабжения зданий и сооруженийснабжения зданий и сооружений;;

уменьшуменьшенияения парников парниковогоого эффект эффекта.а.

СПАСИБОСПАСИБО

ЗА ЗА

ВНИМАНИЕ !ВНИМАНИЕ !

СПАСИБО СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ !ЗА ВНИМАНИЕ !