Раздел - Энергоснабжение

Перспективы применения тепловых насосов

В системах теплоснабжения многих стран широкое распространение получили парокомпрессионные тепловые насосы (ТН) мощностью до 0,5 МВт с поршневыми компрессорами. Производятся также винтовые ТН установлен­ной тепловой мощностью до 9 МВт и турбокомпрессорные – выше 9 МВт. В настоящее время в мире в системах теплоснабжения эксплуатируется более 18 млн крупных ТН. В наибольших масштабах они применяются в Швеции, где общая установленная тепловая мощность ТН превысила 1200 МВт, а самый крупный из них имеет мощность 320 МВт.

В России общая установленная тепловая мощность ТН составляет всего 65 МВт. За последние 10 лет государственная система раз­работки, строительства и эксплуатации теплонасосных установок практически прекратила существование. В СССР была система норма­тивных документов, разработки, изготовления ТН, проектирования теплонасосных установок (ТНУ) в системах теплоснабжения.

Разработкой ТН занимался ВНИИхолодмаш (Москва). Тепловые насосы выпускали ПО "Мелитопольмаш" (45-65 кВт), эксперимента­льный завод ВНИИхолодмаша (80 кВт), Чи­тинский' машиностроительный завод (100 кВт), Московский завод "Компрессор" (300, 500 кВт), НПО "Казанькомпрессормаш" (1,0, 2,5, 8,5, 11,5 МВт).

В этих ТН была использована кон­струкция холодильных машин, что обусловли­вало их малый ресурс, так как соотношение давлений нагнетания и всасывания компрессо­ров ТН в 3 раза больше. Разработкой проек­тов установки ТН занимался ВНИПИэнерго-пром, Крымским филиалом которого было разработано 26 проектов с 117 ТН общей тепловой мощностью 165 МВт. Успешно эксп­луатировались десятки систем теплоснабжения с ТН. Так, в Ялте работала теплонасосная си­стема теплоснабжения с использованием теп­лоты морской воды мощностью 2,5 МВт.

На Светлогорском целлюлозно-бумажном комбина­те Ленинградской области эксплуатировалась ТНУ тепловой мощностью 18 МВт.

Перспективы применения ТН в российских системах теплоснабжения определяются их эко­номической и технологической востребованно­стью. Распространенная оценка эффективности ТН – по коэффициенту преобразования (от­ношению количества тепловой энергии на вы­ходе ТН к количеству электрической энергии на его привод).

По такой оценке для получе­ния 100 Вт тепловой мощности на выходе ТН необходимо в среднем затратить 30 кВт электрической мощности. Как показано, такое сопоставление необъективно. При работе ТН с электроприводом с учетом фактического КПД генерирования электроэнергии и ее потерь для получения на выходе из ТНУ 100 кВт тепловой мощности необходимо затратить 170 кВт (с учетом топливного эквивалента).

При работе ТН с приводом от двигателя внутреннего сгорания (турбины) для получения на выходе ТН той же мощности (100 кВт) требуется только 88 кВт энергии первичного органического топлива.

Таблица 9.5

Хотя в настоящее время в России нет государственной программы развития теплонасосного теплоснабжения, определенная работа в этом направлении все же ведется. В Минэнерго РФ разработан проект государственного стандарта "Нетрадиционная энергетика. Тепловые насосы для коммунально-бытового водоснабжения". По заказу Госстроя РФ разработаны "Методические рекомендации по применению ТН и методика расчета технико-экономической эффективности их использования в ЖКХ" (разработчик – ФГУП"МНИИЭКО ТЭК", г. Пермь, научный руководитель – доктор техн. наук Д. Г. Закиров). Министерство науки и технологий РФ организовало тендер на создание ТНУ с использованием низкопотенциальных источников тепла единичной тепловой мощностью до 20 МВт.

Разработкой и производством ТН в России в основном занимается ЗАО "Энергия" (Новосибирск) под руководством канд. техн. наук Ю. М. Петина. Оно серийно выпускает ТН мощностью от 0,1 до 5 МВт.

Наиболее массово производятся машины НТ-300. Такие ТН установлены в школе г. Карасук Новосибирской области, здании ЦСУ г. Горноалтайска, на курорте "Горячинск" в Бурятии, в г. Елизово и пос. Термальном на Камчатке, в совхозе "Мирный" Алтайского края. НТ-500 эксплуатируется в научном центре "Институт экологии" г. Красноярска. Две машины НТ-1000 установлены в Новосибирской области, четыре тепловых насоса НТ-3000 – в Тюмени и Каунасе (Литва). В таблице по данным справочника приведены технические и стоимостные характеристики ТН российских производителей. По данным, стоимость российских ТН: составляет 90-ПО тыс. долл/МВт, что значительно ниже зарубежных. Так, в США стоимость поршневого ТН равна 279 тыс. долл/МВт, в Европе стоимость винтовых – 137-159 тыс. долл/МВт, турбокомпрессорных 1500 тыс. долл/МВт.

Проектированием систем теплоснабжения объектов с использованием ТН в Москве занимается коллектив ОАО "Инсоляр-Инвест" под руководством канд. техн. наук Г. П. Васильева. Тепловые насосы АТНУ-15 Рыбинского завода приборостроения установлены в системе теплоснабжения зданий "Экопарк-Фили" и жилого дома в микрорайоне "Никулино-2" в Москве, школы в д. Филиппово Люблинского района Ярославской области.

Для столицы ими разработаны нормы проектирова­ния теплонасосных систем теплоснабжения. Проектирование и строительство теплонасос­ных систем теплоснабжения с использованием теплоты шахтных вод и водопровода осуществ­ляет коллектив ФГУП "МНИИЭКО ТЭК" под руководством доктора техн. наук Д. Г. Закирова. Наибольшими темпами теплонасосное теплоснабжение развивается в Новосибирской области.

Там реализуется областная целевая программа установки ТН на объектах 30 на­селенных пунктов общей тепловой мощно­стью 21 МВт.

С учетом изложенного можно сделать сле­дующие выводы:

1. Мировой опыт свидетельствует о перс­пективности масштабного применения ТН в теплоснабжении. Наибольшие успехи достиг­нуты в условиях государственной поддержки.

2. В России в настоящее время отсутствие большого спроса на ТН объясняется следую­щими причинами:

– низкой стоимостью топлива, тепловой и электрической энергии;

отсутствием государственной технической, экономической политики и нормативной базы в этой области;

– недостаточной информацией и малым опы­том практического применения;

– низкой надежностью, ограниченностью ти­поразмеров отечественных конструкций;

– высокой для отечественного рынка стоимо­стью зарубежных ТН.

3. Перспективы применения ТН в россий­ских системах теплоснабжения определяются:

– технологической востребованностью, в том числе при использовании вторичных энергоре­сурсов, геотермальной энергии;

– тенденцией повышения цен на топливо, тепловую и электрическую энергию;

– наличием в стране опытных разработчиков и производителей ТН, способных при сотрудничестве с зарубежными партнерами обеспечить выпуск конкурентноспособных ТН.