Разработка комплекса ресурсосберегающих мероприятий в системе энергообеспечения городского хозяйства

Самым большим по объему потребляемых энергоресурсов — более 400 млн. условного топлива в год или 45% от общего потребления, является сектор теплоснабжения страны. В 2000 г. суммарное производство тепловой энергии составило 2060 млн. Гкал. [1]. Система теплоснабжения, сложившаяся в России, в основном централизованная. Централизованно производится более 71% тепловой энергии, и только 29% приходится на децентрализованные источники. Тепловыми электростанциями (ТЭЦ) отпускается более 34% всего тепла, котельными почти 50% [1].

Даже в условиях спада промышленного производства темпы роста потребности в энергии превышают темпы вводимых в эксплуатацию энергомощностей. Поэтому сбережение энергии всех видов становится главным фактором снижения нагрузки энергетики на инвестиционный баланс страны [2]. На это были направлены правительственная «Программа энергосбережения России: на * 1996;2000 годы» и Постановление № 1087 от 2 ноября 1995 г. «О неотложных мерах по энергосбережению».

Прогноз теплопотребления в России в благоприятных условиях экономического развития предусматривает ежегодный рост производства теплоэнергии, в 2020 году оно достигнет 2650 млн. Гкал. Поэтому энергосбережение в городском хозяйстве является приоритетной задачей.

Энергообеспечение городского хозяйства — это снабжение потребителей электроэнергией, теплом и водой. Проблемы рациональной организации и энергосбережения в системах электроснабжения успешно решались и решаются на основе использования электротехнических средств и методов, тогда как для систем тепло-и водоснабжения до недавнего времени не существовало эффективных электротехнических устройств для управления потоками неэлектрической энергии, что существенно затрудняло решение задач экономии энергоресурсов, хотя актуальность этих задач стремительно возрастала.

Появление на широком рынке, благодаря успехам силовой и информационной электроники, доступных преобразователей частоты, микропроцессорных средств, новых датчиков неэлектрических величин и т. п. сделало актуальной задачу их эффективного использования в системах теплои водоснабжения для обеспечения экономии газа, электроэнергии и воды.

В Москве, как и во множестве городов России, действует централизованная система теплоснабжения. Здесь присутствуют, в основном, два производителя тепла: АО «Мосэнерго» и ГУП «Мостеплоэнерго». На долю «Мосэнерго» приходится около 70% тепловой энергии, производимой ТЭЦ и распределяемой через сеть центральных тепловых пунктов (ЦТП). Остальные 30% тепла производит «Мостеплоэнерго» на районных и квартальных тепловых станциях (РТС и КТС) и распределяется через сеть ЦТП и ИТП (индивидуальный тепловой пункт).

Резервы экономии энергоресурсов имеются на всех стадиях производства и распределения тепловой энергии.

При производстве тепловой энергии на теплостанциях доля затрат на собственные нужды в сравнение с вырабатываемой тепловой энергией незначительна, поэтому КПД станции зависит от полноты сгорания топлива, то есть от количества. теплопродукции на единицу условного топлива — в конкретном случае газа. Недопустимо как неполное сгорание топлива (выбрасывание неиспользованного газа в атмосферу), так и отток недоиспользованного тепла вместе с уходящими газами.

Тепловой режим теплосетей определяется не только количеством выработанной тепловой энергии, но и режимом циркуляции теплоносителя (перегретая воды) по первичному замкнутому контуру, включающему бойлеры отопительной системы и горячего водоснабжения. Избыток или недостаток давления в напорном трубопроводе (или разности давлений в напорном или обратном трубопроводах) ведут к повышенным теплопотерям в протяженных магистралях (дополнительные затраты топлива) или снижение качества отопления и горячего водоснабжения. Регулирование подачи теплоносителя в сеть ведется в настоящее время задвижками на напоре сетевых насосов. За счет потери давления на этих задвижках перерасход потребляемой электроэнергии в мощных сетевых насосах достигает 60%.

Установленная тепловая мощность котлов центральных систем теплоснабжения учитывает среднегодовую температуру наружного воздуха и наиболее соответствует отопительному сезону. В летний период при отсутствии отопления встает проблема избыточной тепловой мощности даже при работающем только одном котле и его минимально возможной тепловой мощности. Любое техническое мероприятие, в том числе связанное с временным остановом выработки тепловой энергии и его возобновлением, связано с повышенными энергозатратами и ухудшением качества энергообеспечения населения.

Значительная доля потребляемой электроэнергии и воды приходится на центральные тепловые пункты (ЦТП) теплосетей: Подача расходуемых холодной и горячей воды осуществляется насосами мощностью, как правило, от 15 до 30 кВт. Насосы рассчитаны на максимальный разбор воды в часы пик, причем по проекту с существенными запасами. Практика показывает, что реальный ресурс сбережения электроэнергии достигает 50−60% при условии соблюдения требуемого давления воды в зависимости от водоразбора. Кроме того, следует уделить внимание состоянию гидросистемы у потребителя — соотношению гидросопротивлений параллельных оборотных колец горячего водоснабжения и др. Правильная наладка гидросистемы обеспечивает значительную экономию электроэнергии, как в циркуляционных насосах горячей воды, так и насосах холодного водоснабжения.

В рамках данной работы рассматриваются задачи, решаемые электротехническими средствами и методами: регулируемый электропривод насосов и вентиляторов, системы автоматического регулирования технологических параметров при выработке и транспортировке тепловой энергии.

В работе решается комплекс задач энергосбережения, основные из которых следующие:

— оптимизация сгорания топлива в котлоагрегатах путем автоматического регулирования соотношения воздух-газ в зависимости от внешних параметров;

— дискретно-непрерывное автоматическое регулирование тепловой мощности котлов и температуры сетевой воды на базе группового частотно-регулируемого электропривода дутьевых вентиляторов и системы оптимизации, сгорания топлива;

— автоматическое регулирование параметров теплоносителя (температура, давление и разность давлений в напорном и обратном трубопроводах) с переходом от дросселирования к частотно-регулируемому электроприводу сетевых насосов;

— комплексная модернизация центральных тепловых пунктов, основным элементом которой является система автоматического регулирования давления холодной и горячей воды на базе регулируемого электропривода насосов.

Кроме эффекта энергосбережения, решаемые задачи повышают качество тепловодообеспечения населения, повышают эксплуатационные свойства тепловых систем, улучшают условия труда и снижают количество вредных выбросов в атмосферу.

Уделено внимание оценке эффективности энергосберегающих мероприятий, проводимой по всему техническому комплексу целых районов теплосетей.

Наиболее достоверные результаты достигаются при статистической оценке за длительный период времени расходов холодной и горячей воды, газа и электроэнергии.

Настоящая работа посвящена решению поставленных задач на примере энергетических объектов ГУП «Мостеплоэнерго». Централизованная система теплоснабжения г. Москвы характерна для всех городов России, что обусловливает применимость результатов работы в других регионах.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

Основные теоретические и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Обоснованы технологии, где на основе современных электротехнических средств можно получить технико-экономический и экологический эффект:

— горение газа в котлах — оптимизация режима;

— режимы теплосетиспособы регулирования;

— безаварийное включение насосов * в условиях прерывания электропитания;

— управление давлением в системах водоснабжения зданий.

2. Предложена и разработана система автоматического регулирования сжигания топлива для котлов типа ПТВМ с коррекцией по содержанию кислорода в отходящих газах. Разработанный алгоритм базируется на режимной карте и действиях оператора, включающего необходимое количество горелок.

Обеспечивается устойчивая работа котла при неисправностях в системе или кратковременных нарушениях электропитания и оптимальное сгорание топлива. Экономия, газа от внедрения систем составляет около 1,8%. Разработана методика оценки экономии газа от применения системы автоматического регулирования качества сгорания топлива.

3. Предложена и разработана система непрерывного регулирования тепловой мощности путем одновременного изменения количества подаваемого газа и дутьевого воздуха. Используется групповой частотно-регулируемый электропривод дутьевых вентиляторов и регулирующий клапан давления газа, программируемые средства. Алгоритм и структура учитывают особенности объекта в период розжига, останова и при внешних возмущениях. На этой основе создана система автоматического регулирования температуры сетевой воды (котел-регулятор).

Впервые объединяются известные принципы регулирования (соотношение воздух-газ), частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) и программируемые средства автоматики.

4. Установка ЧРП на электродвигателях сетевых насосов, а также впервые разработанная система автоматического включения резервного сетевого насоса с помощью устройства «мягкого пуска» позволяет поддерживать постоянный расход и давление на тепловой станции и экономить электроэнергию. Впервые такая система введена и прошла испытание на КТС-25 в отопительный период 2001;2002гг.

5. Разработан комплекс мероприятий по модернизации ЦТПважного объекта в системе тепло и водообеспечения городского хозяйства, включающий регулирование давления воды посредством частотнорегулируемого электропривода насосов, а также использование циркуляционноповысительной, циркуляционной системы горячего водоснабжения, выравнивания гидросопротивлений циркуляционных колец, модернизация теплообменников и др.

Проведение указанных мероприятий на половине ЦТП Предприятия № 1 (100 шт.) обеспечило существенный суммарный экономический эффект. Получена экономия электроэнергии до 50% и воды до 16%.

6. Проведенные на ЦТП натурные испытания новых технических решенийвентильно-индукторного электропривода насоса ХВС и совмещенных хозяйственно-противопожарных насосовпоказали их перспективность.