О применении ТНУ для использования тепла из обратного трубопровода теплосети ТЭЦ, или почему забыли про потребителя

О применении ТНУ для использования тепла из обратного трубопровода теплосети ТЭЦ, или почему забыли про потребителя

(Отзыв на статью В. Ф. Гершковича и А. К. Литовченко «Оценка эффективности использования в тепловом насосе тепла из обратного трубопровода тепловой сети при теплоснабжении от ТЭЦ», журнал НТ, № 1, 2011 г.).

С.А. Козлов В статье [1] сделаны следующие выводы.

• 1. Энергетическая система с тепловым насосом, использующим теплоту низкотемпературного отбора паровой турбины ТЭЦ, работает с превышением расхода топлива по сравнению с обычной энергетической системой от ТЭЦ.
• 2. Применение тепловых насосов в любой централизованной системе теплоснабжения, в том числе в системе с ТЭЦ, энергетически неэффективно.

Выводы весьма категоричны и претендуют на применение в " любой централизованной системе теплоснабжения" . Но приведенный в статье рисунок иллюстрирует только упрощенную схему ТЭЦ — без изменения параметров цикла и величины теплопотребления, т. е. это частный случай. Соответственно и не изменился эффект от когенерации, а искусственно внесенный в схему элемент (ТНУ) привел к потерям. Поэтому с первым выводом (применительно к данной схеме) трудно не согласиться даже без расчетов — в обратном случае мы могли бы получить и «вечный» двигатель.

Однако, делать на основании такого упрощенного анализа заключение о неэффективности теплонасосной установки (ТНУ) преждевременно. Как аналог, можно привести пример с гидроаккумулирующей электростанцией (ГАЭС), естественно, что работа системы «насос — турбина» сопровождается в целом потерями электроэнергии и увеличением расхода топлива. Но, тем не менее, при «энергетической неэффективности» сооружение ГАЭС экономически целесообразно при учете ряда экономических показателей (тарифов, платы за мощность). Так и анализ эффективности ТНУ в системах с ТЭЦ должен включать экономические, а не только энергетические показатели.

Поэтому второй вывод " …применение ТНУ в любой централизованной системе теплоснабжения, в том числе в системе с ТЭЦ, энергетически неэффективно"  — по крайней мере, спорен. Точнее, вывод сформулирован для нехарактерной (даже нереальной) ситуации, когда отпуск тепла вместо отбора турбины осуществляется системой «конденсатор турбины + ТНУ». Напомним, в названии статьи речь идет об использовании " …тепла из обратного трубопровода тепловой сети" !

Смысл применения ТНУ в системе теплоснабжения с ТЭЦ совершенно в другом, а именно, в возможности присоединения к ТЭЦ новых потребителей и увеличения за счет этого комбинированной выработки. Реально на ТЭЦ имеет место и комбинированная, и конденсационная выработка электроэнергии. А потребитель может получить тепло или от ТЭЦ, или от котельной (для простоты обозначим условную пиково-резервную котельную — ПРК, которая обеспечивает альтернативное ТЭЦ теплоснабжение потребителей). Эффект ТНУ заключается в передаче тепловой нагрузки от ПРК к ТЭЦ (для комбинированной выработки).

Рассмотрим конкретный вариант, аналогичный материалу в статье. Авторы статьи оперируют физическим показателем — расходом топлива, ссылаясь при этом на «библию теплофикации» [2], но приходят к выводу о невозможности повышения эффективности ТЭЦ за счет применения ТНУ. В первую очередь, отметим, что объединение конкретной ТЭЦ и условной КЭС — предложение, не имеющее адресата (кто получает выгоду или проигрыш?), а следовательно, и методически не позволяющее определить эффект. Система теплоснабжения — это не «ТЭЦ+КЭС», а «ТЭЦ+ПРК+тепловые сети + потребитель». энергетический турбина насос Упомянутые работы Е. Я. Соколова относились к периоду составления топливно-энергетических балансов. В настоящее время логичнее рассмотреть город как единого владельца объектов (или потребителя продукции этих объектов) при ограниченном объеме ресурсов, тогда варианты будут отличаться только одним энергетическим показателем — расходом топлива. Перераспределение тепловой нагрузки между ТЭЦ и ПРК приводит к изменению для них расходов топлива. И в упомянутой книге Е. Я. Соколова, и в работах А. Б. Богданова [3] показано, что общий расход топлива на выработку тепловой и электрической энергии для варианта ТЭЦ на 20−30% меньше, чем при раздельном производстве. Практическое подтверждение этому — недавние успехи реализации программы по переводу московских потребителей на теплоснабжение от ТЭЦ вместо котельных по перераспределению тепловых нагрузок между ТЭЦ ОАО «Мосэнерго» и котельными ОАО «МОЭК», которая реализуется с 2010 г. Так, за счет летних переключений тепловых нагрузок с котельных на ТЭЦ в 2010 г было сэкономлено порядка 90 млн м 3 природного газа (в летний период 2011 г. перевод тепловых нагрузок суммарным объемом свыше 600 Гкал/ч с районных и квартальных котельных на ТЭЦ также предусмотрен) [4] (см. также сайт ОАО «Мосэнерго» — прим. авт.).

Возвращаясь к ТНУ, отметим перспективность данного решения именно с позиций перераспределения нагрузок в пользу ТЭЦ. Справедливая критика централизованных систем относится, прежде всего, к системам транспорта тепла: потерям, несоответствию температур расчетным, некачественному регулированию. В чем особенности решения «ТНУ на обратной сетевой воде» в существующей схеме традиционного теплоснабжения «ТЭЦ + ПРК» :

• 1. Применение ТНУ не является самоцелью. Если объект без проблем обеспечен теплоснабжением от ТЭЦ, нет необходимости в усложнении и удорожании системы.
• 2. Применение ТНУ позволяет обеспечить присоединение новых потребителей к ТЭЦ или переключить их от ПРК при ограничении пропускной способности существующих тепломагистралей. Так, например, существующий объект при расходе сетевой воды 100 т/ч с температурами 100/50 ОС получил 5 Гкал/ч. Новый объект может получить из той же сетевой воды при ее дальнейшем охлаждении с 50 до 30 ОС еще 2 Гкал/ч без дополнительных затрат на транспорт, который уже обеспечен технически и экономически. Важно то, что в соответствии с температурным графиком обратной сетевой воды есть возможность получения дополнительного количества тепла именно при низких температурах наружного воздуха, т.к. с ростом температуры «обратки» увеличивается и возможный теплосъем. Можно провести аналогию с низкотемпературными системами отопления, но для ТНУ используемый диапазон температур шире (возможно дальнейшее охлаждение до 15−20 ОС).
• 3. ТНУ в данном случае является только дополнением к традиционной системе — в размере до 40% к существующей нагрузке (это иллюстрируется приведенным выше диапазоном температур — 100/50 и 50/30 ОС).
• 4. Еще одним ограничением масштаба применения ТНУ является возможность использования отборов ТЭЦ, а также теплофикационного пучка в конденсаторе, т.к. без «дополнительной» когенерации данный вариант нецелесообразен.

Приведем несколько цифр для упомянутого выше примера. Новый потребитель с расчетной нагрузкой 2 Гкал/ч и годовым потреблением 78 тыс. Гкал обеспечивает дополнительную выручку ТЭЦ около 5−8 млн руб., при этом сопутствующие затраты ТЭЦ на порядок меньше, т.к. определяются только дополнительным расходом топлива в размере менее 400 т у.т. (см. упомянутую выше статью А. Б. Богданова: расчет по энергетическим характеристикам теплофикационных турбин показывает величину дополнительного расхода топлива около 0,05 т у.т./Гкал). Альтернативный вариант (в случае использования котельной) потребовал бы расхода топлива свыше 1200 т у.т. И еще раз напомним критикам централизованного теплоснабжения, что потерь тепла при транспорте здесь уже нет. А потребитель, реализовавший систему с ТНУ, получит и эффективное отопление зимой, и кондиционирование летом (для климатических систем зданий с ТНУ «вода-воздух» по кольцевой схеме).

Таким образом, для ТЭЦ вариант присоединения нового потребителя с ТНУ более чем эффективен. Вопрос в другом: будет ли такой вариант приемлем для потребителя (т.к. система с ТНУ означает и дополнительные капиталовложения, и эксплуатационные затраты на электроэнергию). Если подключение к ТЭЦ невозможно, альтернатива для него — новая котельная.

А.Б. Богданов рекомендует установить для ТЭЦ тариф на тепловую энергию 35−53% от цены на тепло от котельной, но введение новой системы тарифов — процесс непростой и длительный.

Стоит отметить, что необходимо экономически обосновать привлечение потребителя и при действующей системе тарифов. Например, у ОАО «Мосэнерго» при общем тарифе 1090,6 руб./Гкал в 2011 г для потребителей г Москвы тариф на производство тепла составляет только 651,29 руб./Гкал, а 439,31 руб./Гкал — это тариф на передачу тепла. Так как отбор дополнительного низкопотенциального тепла не увеличил затрат на транспорт теплоносителя, можно методически обоснованно исключить для ТНУ на обратной сетевой воде транспортную составляющую. В этом случае теплоснабжение от ТНУ на обратной сетевой воде, даже с учетом затрат на электроэнергию, стало бы для потребителя конкурентоспособно по сравнению со строительством новой котельной, а для ТЭЦ — по-прежнему, экономически выгодно. Про выигрыш для экологии города (на 800 т у.т. сокращение расхода топлива для данного примера) сказано выше.

Приведенные выше соображения не затрагивали вопросы технического совершенства ТЭЦ и ТНУ, однако стоит отметить несомненный прогресс в данных технологиях. В частности, предлагаются ТНУ большой мощности с улучшенными техническими показателями, что позволяет рассматривать их применение и в схеме ТЭЦ.

• 1. Гершкович В. Ф., Литовченко А. К. Оценка эффективности использования в тепловом насосе тепла из обратного трубопровода тепловой сети при теплоснабжении от ТЭЦ // Новости теплоснабжении. 2011. № 1. С. 35−37.
• 2. Соколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети. — М.: Энергоиздат. 1982.
• 3. Богданов А. Б. Анализ показателей теплофикационных турбин по относительным приростам топлива на тепло // Новости теплоснабжения. 2009. № 5. С. 30−37.