CC BY
86
С точки зрения бизнеса результатом применения технологий «Big Data» - это реальные деньги, которые компания экономит или зарабатывает за счет того, что управленческие решения принимаются на основе обработки всего объема реальных данных, даже если их очень много. Ценность таких решений не соразмерна ценности решений, которые появились благодаря интуиции, анализу отдельного «куска» информации или каких-то вторичных признаков. Качество данных возрастает прямо пропорционально их количеству: чем больше информации - тем правильнее будет финальное решение. А технологии Big Data помогут его найти еще и быстро.
Литература
1. Martin Hilbert, Priscila Lopez (2011) / The World's Technological Capacity to Store, Communicate, and Compute Information // Science 332, pp. 60-65
2. Крис Преймсбергер /Большие планы на «большие данные» // [Электронный ресурс] -
http://www.pcweek.ua/themes/detail.php?ID=134659
3. Владимир Митин / Концепции Big Data помогают прогнозировать поведение клиентов // [Электронный ресурс] -http://www.pcweek.ru/themes/detail.php?ID 47358
4. Леонид Черняк / Большие Данные - новая теория и практика // Открытые технологии - [Электронный ресурс] -http://www.osp.ru/os/2011/10/13010990/
5. Donald A. Marchand, Joe Peppard / Why IT Fumbles Analytics // [Электронный ресурс] - http://hbr.org/product/why-it-fumbles-analytics/an/R1301H-PDF-ENG
6. Леонид Черняк / Большие Данные - новая теория и практика // Открытые технологии - [Электронный ресурс] -http://www.osp.ru/os/2011/10/13010990/.
7. Christy Pettey / Gartner Says Solving 'Big Data' Challenge Involves More Than Just Managing Volumes of Data // [Электронный ресурс] - http://www.gartner.com/newsroom/id/1731916
Барановская М.Г.1, Барановская А.Э.2, Возняк Е.И3 Специалисты ЗАО «Промышленное и гражданское строительство»
ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ РОССИИ И РЕГУЛИРОВАНИЯ
ОТПУСКА ТЕПЛОТЫ В НИХ
Аннотация
В статье представлен обзор современного состояния систем теплоснабжения России и регулирования отпуска теплоты в них. Определяются основные проблемы их функционирования и приводятся основные известные подходы по их решению.
Ключевые слова: Теплофикация, эффективность, недогрев, моделирование, объекты, теплота.
Baranovskaja M.G.1, Baranovskaja A.E.2, Voznjak E.I.3
Specialists of "Industrial and civil construction"
OVERVIEW OF THE CURRENT STATE OF HEAT AND RUSSIA REGULATION OF HEAT RELEASE IN THEM
Abstract
The article presents an overview of the current state of Russian heat supply systems and regulation of heat supply in them. Identifies the main problems of their operation, and basic well-known approaches to address them.
Keywords: District heating, efficiency, subcooling, modeling, objects heat.
Теплоснабжение сегодня - одна из наиболее затратных областей коммунального хозяйства. Обеспечение качественного и энергоэффективного теплоснабжения потребителей тепловой энергии является ее основной задачей. В соответствии с современными (кпримеру действующими нормами для Забайкальского края) СНиП температура воздуха в жилых помещениях в холодный период года должна составлять не менее 22 оС, в общественных и административно-бытовых помещениях при их использовании - как правило 18 С вне зависимости от погодных и временных условий [1-3]. Однако, в настоящее время повсеместно наблюдается недогрев и перегрев потребителей тепла. Проблема ненормативного отпуска присуща практически всем городам России с централизованным теплоснабжением, и это связано с рядом факторов. До начала 90-х годов XX в. и возникновения острого кризиса в экономике центральное качественное регулирование тепловой нагрузки в большинстве случаев позволяло обеспечивать потребителей теплом требуемых параметров и в необходимых количествах. В период экономического кризиса осуществление центрального качественного регулирования на теплоисточниках во многих городах практически прекратилось. Почти все системы теплоснабжения страны стали работать со значительным недотопом (недогревом сетевой воды в
Лт
подающей магистрали L1 до нормативных величин), вызванным систематическими неплатежами за тепловую энергию, удорожанием топлива, отсутствием средств на модернизацию оборудования систем теплоснабжения [4].
Анализ потребления тепловой энергии потребителями города Читы Забайкальского края, оборудованными приборами учета тепловой энергии, показал значительное отклонение реального теплопотребления от расчетных значений. К примеру, из 81 объекта, финансируемого из городского бюджета, 14 характеризуются превышением фактического потребления над расчетным, причем отклонение доходит до 40%, что определяет перетоп данных объектов. Остальные 67 объектов характеризуются недоотпуском тепловой энергии. При этом общий недоотпуск тепловой энергии на всех объектах составил более 22%. Усредненные статистические данные теплопотребления в течение отопительного периода данных объектов за последние 5 лет представлены в таблице 1. [5-7]
В таблице 2 представлены статистические данные по ряду неведомственных объектов города Читы [8-9].
Поддержание комфортных температурных условий в помещениях потребителей является первоочередной задачей для систем теплоснабжения, а при общем недоотпуске тепловой энергии не представляется возможным.
Таблица 1 - Статистические данные по фактическому и расчетному теплопотреблению 81 ведомственного объекта (объектов
комитета образования города Чита) оборудованных приборами учета тепловой энергии, за отопительный период
Показатель Отопительный период
Октябрь Ноябрь Декабрь Январь Февраль Март Апрель Всего
Фактическое теплопотребление, МВтч 4876,5 7595, 11369,7 15936,3 14940,9 12573,2 9732,4 77025,1
Расчетное теплопотребление (по графику отпуска тепла с ТЭЦ), МВт ч 5670,4 8347,1 15364,4 18748,6 15894,6 14287,7 10244,6 98313,4
Отношение фактического значения к расчетному, % 86 91 74 85 94 88 94 87
46
Таблица 2 - Статистические данные по фактическому и расчетному теплопотреблению 100 неведомственных объектов города
Читы, оборудованных приборами учета тепловой энергии, за отопительный период
Наимен ование потреби теля Колич ество потре би- телей Фактическое теплопотребление, МВт ч/ Расчетное теплопотребление (по графику отпуска тепла с ТЭЦ), МВт ч /Отношение фактического значения к расчетному, %
Октябрь Ноябрь Декабрь Январь Февраль Март Апрель Всего
Жилые здания 20 2284,5 3558,4 5326,3 7465,6 6999,3 5890,1 4559,3 36083,5
2611,8 3840,3 7550,2 9025,3 7477,2 6569,7 4248,6 41323,1
87 % 93 % 71 % 83 % 94 % 90 % 107 % 87 %
Другие объекты 80 5438,4 11186,7 15874.3 20335,6 18593,3 14602,7 10874,8 96905,8
9227,9 17437,9 24956,4 30981,2 22894,6 20595,2 14105,3 140198,5
59 % 64 % 64 % 66 % 81 % 71 % 77 % 69 %
Итого 100 7722,9 14745,1 21200,6 27801,2 25592,6 20492,8 15434,1 132989,3
11839,7 21278,2 32506,6 40006,5 30371,8 27164,9 18353,9 182521,6
В работах [10-12] авторами приводятся результаты исследований ряда действующих систем теплоснабжения Центральной России. В ходе обследования системы теплоснабжения сравнивались фактические температуры сетевой воды с температурами, которые должны быть по графику 150/70 °С для климатических условий г. Ульяновска, что позволило определить степень нарушения графика тепловых нагрузок. За время всех исследованных отопительных периодов теплоисточники работали со значительным недогревом сетевой воды до стандартного температурного графика. Величина недогрева увеличивалась с понижением температуры наружного воздуха и достигала 60-70 °С при расчетной температуре наружного воздуха.
Работа системы теплоснабжения с недотопом привела к нарушению условий комфортности у потребителей: температура внутренних ограждений зданий при температуре наружного воздуха tHB= -20 °С и ниже была отрицательной [10].
Подобная ситуация в системах теплоснабжения приводится авторами не только для г. Ульяновска, но и для систем теплоснабжения других городов, в частности, г. Иваново, г. Набережные Челны и г. Москвы. Проведенные обследования показывают, что системы теплоснабжения в них работают со значительным недогревом сетевой воды до стандартных температурных графиков. Практически прекращено центральное качественное регулирование тепловой нагрузки систем теплоснабжения [13-16]. Недотоп на теплоисточнике означает сознательное ухудшение качества теплоснабжения подключенных потребителей. Причем в большинстве случаев снижение качества теплоснабжения значительно превосходит ожидаемое, а получаемая на теплоисточнике экономия топлива далека от ожидаемого значения.
Например, при нормальном режиме теплоснабжения с температурами ^1 =125 °C и ^2=62 °С, соответствующими температурному графику работы теплосети при температуре наружного воздуха tH= -20 °С (для климатических условий г.
X
Ульяновска), принимается решение снизить температуру 1 до 100 °С. Температура tH= -20 °С и ниже в г. Ульяновске стоит в
X
течение двух недель в году [11] и при принятом снижении 1 , казалось бы, появляется возможность снизить на этот период на 40% Ат = X — X
2 и, соответственно, расход топлива на подогрев сетевой воды. Однако понижение температуры
X
нагрев сетевой воды
сетевой воды в подающей магистрали постепенно приводит к остыванию обратной сетевой воды. Понижение
X
при
уменьшенном расходе топлива на подогрев сетевой воды в свою очередь приводит к дальнейшему снижению 1 и последующему,
еще большему, понижению температуры обратной сетевой воды. Величина снижения Т и Т определяется температурой наружного воздуха, длительностью работы системы с недотопом и рядом других факторов.
Действительное снижение температуры сетевой воды всегда значительно превышает первоначальное, поэтому ухудшение качества теплоснабжения получается гораздо более серьезным, чем в начале работы с недотопом. Как правило, чтобы не допустить
X1
дальнейшего остывания воды в системе на теплоисточнике приходится вновь увеличивать расход топлива для поддержания 1 и
Ат . Предположим, конечную температуру сетевой воды удается относительно стабилизировать на уровне Т =100 °C и Т =45
Ат
°С, следовательно, действительное снижение и расхода топлива оказывается в 3,15 раза меньше желаемых величин. Таким образом, в большинстве случаев недотоп не приводит к значительному реальному снижению расхода топлива, сказываясь, тем не менее, крайне отрицательно на теплоснабжении жилищно-коммунального сектора и промышленных предприятий. [11]
Одним из главных отрицательных последствий работы с недотопом является гидравлическая разрегулировка систем теплоснабжения. Нарушения теплового режима зданий и сооружений при недотопе вынуждают отдельных потребителей самовольно повышать расход сетевой воды на отопление, например, увеличивать размер сопел элеваторов при присоединении местных систем по зависимым схемам или, что наиболее распространено и опасно, - включать местные системы отопления со сливом обратной сетевой воды в канализацию для улучшения теплообмена в отопительных приборах. Разрегулировка носит цепной характер: увеличение расхода сетевой воды у одного из абонентов снижает располагаемые перепады напора у соседних потребителей, которые также вынуждены прибегать к аналогичным мерам увеличения расхода сетевой воды через свои отопительные установки.
Разрегулировке систем теплоснабжения способствует также изменение режима горячего водоснабжения абонентов. При пониженной температуре сетевой воды для горячего водоснабжения используется вода только из подающей магистрали (в нормальных условиях вода забирается как из подающей, так и из обратной магистралей, а в расчетном режиме вся нагрузка горячего водоснабжения покрывается обратной сетевой водой). Отбор воды на горячее водоснабжение из подающей магистрали связан с увеличением циркуляционного расхода сетевой воды и понижением экономичности систем теплоснабжения. Гидравлическая разрегулировка систем теплоснабжения вызывает дальнейшее снижение качества теплоснабжения большинства абонентов, неуправляемый рост расхода сетевой воды и расхода воды на подпитку тепловых сетей. Увеличение количества циркулирующей в системе воды приводит к понижению экономичности теплоснабжения вследствие повышения удельного расхода сетевой воды на отпущенную единицу теплоты и возрастания затрат электроэнергии на транспорт теплоты. Во многих городах технически и экономически неоправданный режим работы систем теплоснабжения с заниженным температурным графиком стал утверждаться теплоэлектроцентралями и городскими властями в качестве нормативного. Например, в г. Ульяновске в течение ряда
47
последних лет согласовывается температурный график теплоснабжения от городских ТЭЦ с максимальной температурой воды в подающей магистрали 95 °С [11], а в городе Чите варьируется и доходит до 106 °С. Серьезные осложнения в работе магистральных теплопроводов связаны с изменением их гидравлического режима вследствие увеличения циркуляционного расхода сетевой воды и большими ее утечками в абонентских системах.[17] Наиболее ощутимо это проявляется в изменении пьезометрического графика системы теплоснабжения, снижении располагаемых перепадов давлений и ухудшении теплоснабжения удаленных потребителей. Которые зачастую переходят на альтернативные источники энергии. [18-25]
В местных тепловых пунктах абонентов при пониженном температурном режиме открытых систем теплоснабжения в связи с использованием для горячего водоснабжения сетевой воды только из подающей магистрали теплосети исключаются из работы и приходят в негодность регуляторы температуры. При восстановлении стандартного температурного режима теплосети восстановление нормального режима горячего водоснабжения становится вследствие этого практически невозможным.
Кроме представленных выше, можно выделить следующие причины неоптимальной работы системы транспортировки, распределения и потребления тепловой энергии.
1. Разрегулировка абонентов друг относительно друга вследствие их разноудаленности от источника теплоснабжения. Конфигурация тепловой сети может иметь сложный вид, абоненты расположены на разных расстояниях от источников теплоснабжения. К примеру, не в самой большой системе теплоснабжения г. Читы запаздывание температурных откликов различных лучей теплосетей составляет от 1 до 8 часов [26].
2. Отсутствие комплексного учета воздействующих на эффективность теплоснабжения факторов при формировании графиков отпуска тепла от источников теплоснабжения. К таким факторам можно отнести погодные условия, суточное изменение нагрузки ГВС, потери тепла на участках тепловой сети, инерционное запаздывание теплоносителя, аккумулирующую способность зданий, техническое состояние теплосети, а также множество схем абонентских вводов и неоднородность у различных потребителей соотношения разных видов тепловой нагрузки.
3. Увеличение тепловой нагрузки. С каждым годом тепловые сети значительно расширяются, ведется строительство большого количества благоустроенных зданий. Увеличение же нагрузки не учтено в действующих графиках отпуска тепла от источников теплоснабжения. Во многих городах графики регулирования не пересчитывались еще с 90-х годов и необоснованно отклонялись от оптимальных значений [11].
4. Установка местных и индивидуальных средств автоматики. Потребители тепла самостоятельно устанавливают на вводах и перед отопительными приборами средства автоматического регулирования, что никак не учитывается на источниках теплоснабжения. Результаты испытаний и расчетов [27-33] показывают экономическую целесообразность энергосбережения путем индивидуального автоматического регулирования отопительных приборов и оборудования абонентских вводов автоматическими узлами управления, но только для конкретного абонента, а не всей системы в целом. Срок окупаемости капитальных затрат, включающих затраты на закупку оборудования, составляет 2-3 года. Небольшой срок окупаемости является положительным фактором стимулирования установки автоматических узлов управления индивидуальными потребителями.
Оснащение большинства абонентов регуляторами отопления приведет к естественному изменению расхода сетевой воды в соответствии с изменением температуры наружного воздуха, т.е. к количественному регулированию тепловой нагрузки. Такое явление наблюдалось в 1980-е годы в ряде районов г. Москвы при оснащении абонентов отечественными приборами местного регулирования отопительной нагрузки. Полная автоматизация абонентских установок делает их определяющим звеном систем теплоснабжения, от которого зависят режимы работы теплоисточников и тепловых сетей, качество и энергетическая эффективность теплоснабжения. Изменение расхода сетевой воды в абонентских системах должно сопровождаться адекватным изменением расхода сетевой воды на теплоисточниках, обеспечивающим сохранение расчетного гидравлического режима системы теплоснабжения. В наиболее экономичном режиме такое изменение осуществляется при использовании сетевых насосов с электродвигателями, оснащенными частотным регулированием числа оборотов [11].
5. В связи с большим разнообразием условий эксплуатации оборудования, режимов его работы, характер динамики изменений технического состояния элементов и контролируемых параметров является случайным. И поэтому, с учетом приведенных выше факторов требует оптимизации отпуска теплоты от ТЭЦ потребителям. [34-36]
В современной технической литературе приводятся различные способы решения рассматриваемой проблемы неоптимальной работы системы транспортировки, распределения и потребления тепловой энергии вследствие разветвленности и разной инерционности участков тепловых сетей, а также влияния различной степени автоматизации потребителей тепловой энергии и разнородности их тепловых нагрузок, целиком либо ее составных частей. Предметом исследования в них является система транспортировки, распределения и потребления тепловой энергии. По целям и задачам исследования их можно разделить на три группы: технические изменения системы транспортировки [16-25], распределения и потребления тепловой энергии, новые подходы к построению графиков центрального регулирования и программные методы оптимизации [34-39]. Фактическое внедрение данных методов сопряжено с множеством проблем и не нашло массового применения.
В результате можно сделать следующий вывод: к основным причинам неоптимальной работы современных систем транспортировки, распределения и потребления тепловой энергии России можно отнести разветвленность и разную инерционность участков тепловых сетей, а также влияние различной степени автоматизации потребителей тепловой энергии и разнородности их тепловых нагрузок, не учитываемые в графиках центрального регулирования.
Литература
1. Петин В.В. Современные технологии использования электрической энергии в системах централизованного теплоснабжения / В.В. Петин, А.Г. Батухтин, А.В. Калугин, П.Г. Сафронов. // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2010. - №4. - С. 32-38.
2. Калугин А.В. Применение технологии тепловых насосов для повышения эффективности методов оптимизации отпуска теплоты / А.В. Калугин, А.Г. Батухтин, С.Г. Батухтин. // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2011. № 1. -С. 201-203.
3. Батухтин А.Г. Моделирование современных систем централизованного теплоснабжения / А.Г. Батухтин, А.В. Калугин. // Вестник ИрГТУ, 2011. - Т. 55. -№8. - С. 84-91.
4. Шарапов В.И. Особенности теплоснабжения городов при дефиците топлива на электростанциях / В.И. Шарапов. // Электрические станции. - 1999. - № 10. - С. 63-66.
5. Батухтин А.Г. Применение оптимизационных моделей функционирования систем теплоснабжения для снижения себестоимости тепловой энергии и увеличения располагаемой мощности станции / А.Г. Батухтин, В.В. Маккавеев // Промышленная энергетика 2010. - №3. С. 7-8.
6. Батухтин А.Г. Методы повышения эффективности и увеличения располагаемой мощности систем централизованного теплоснабжения / А.Г. Батухтин // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - 2010. - №1. - С. 189-192.
7. Батухтин А.Г. Методы повышения эффективности функционирования современных систем транспортировки, распределения и потребления тепловой энергии // А.Г. Батухтин, М.С. Басс, С.Г. Батухтин / Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - 2009. - №2. - С. 199-202.
48
8. Маккавеев В.В. О проблеме ненормативного отпуска теплоты потребителям / В.В. Маккавеев, С.А. Иванов, А.Г. Батухтин // Промышленная энергетика. - 2010. - № 7. - С. 12-14.
9. Батухтин А.Г. Анализ методов повышения эффективности систем централизованного теплоснабжения / А.Г. Батухтин, В.В. Пинигин, М.В. Кобылкин // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - 2012. №3-2. С. 45-51.
10. Куликов А.И. Проблемы эксплуатации зданий при систематических нарушениях теплоснабжения (недотопах) / А.И. Куликов. // Энергосбережение в городском хозяйстве: материалы Второй Рос. научн.-техн. конф. - Ульяновск: УлГТУ. 2000. - С. 49-51.
11. Шарапов В.И. Регулирование нагрузки систем теплоснабжения / В.И.Шарапов, П.В. Ротов. // - Москва: Новости теплоснабжения, 2007. - 164 с.: ил.
12. Шарапов В.И. Особенности теплоснабжения городов при дефиците топлива на электростанциях / В.И. Шарапов. // Электрические станции. - 1999. - № 10. - С. 63-66.
13. Иванов С.А. Повышение эффективности работы ТЭЦ: оптимизация отпуска теплоты потребителю: монография / С.А. Иванов, А.Г. Батухтин, О.Е. Куприянов. - Новосибирск: Наука, 2008. - 80 с.
14. Маккавеев В.В. Оптимизация отпуска теплоты при качественно-количественном регулировании открытых системах теплоснабжения: монография / В.В. Маккавеев, О.Е. Куприянов, А.Г. Батухтин. - Чита: ЧитГУ, 2009. - 132 с.
15. Батухтин А.Г. Особенности моделирования современных систем централизованного теплоснабжения: монография / А.Г. Батухтин. - Чита: ЗабГУ, 2012. - 128 с.
16. Батухтин А.Г. Разработка критериев и методов совершенствования систем централизованного теплоснабжения функционирующих в условиях резкоконтинентального климата: монография / А.Г. Батухтин. - Чита: ЗабГУ, 2013. - 216 с.
17. Басс М.С. Проблемы нормирования тепловых потерь в тепловых сетях на примере г. Чита / М.С. Басс, А.Г. Батухтин // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - 2009. - №4. - С. 177-183.
18. Сафронов П.Г. Использование теплового насоса в тепловых схемах тепловых электростанций / П.Г. Сафронов, А.Г. Батухтин, С.А. Иванов // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - 2009. - №2. - С. 202-204.
19. Батухтин А.Г. Обеззараживание воды в системах централизованного теплоснабжения / А.Г. Батухтин, В.В. Петин, И.Ф. Суворов // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - 2010. - №1. - С. 209-212.
20. Батухтин А.Г. Использование тепловых насосов для повышения тепловой мощности и эффективности существующих систем централизованного теплоснабжения / А.Г. Батухтин // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - 2010. - №2. - С. 28-33.
21. Петин В.В. Современные технологии использования электрической энергии в системах централизованного теплоснабжения / В.В. Петин, А.Г. Батухтин, А.В. Калугин, П.Г. Сафронов // Научно-технические ведомости СпбГПУ. - Санкт Петербург: пб. - 2010. - № 4. - С. 32-38.
22. Батухтин А.Г. Особенности моделирования работы в течение суток установок гелионагрева абонентских вводов потребителей тепловой энергии / А.Г. Батухтин // Научно-технические ведомости СпбГПУ. - 2010. - № 4. - С. 50-58.
23. Батухтин А.Г. Современные методы повышения эффективности совместной работы установок гелиоотопления и систем централизованного теплоснабжения / А.Г. Батухтин, С.Г. Батухтин // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - 2009. - №3. - С. 48-53.
24. Петин В.В. Комплексное использование инновационных методов обработки воды в системе "ТЭЦ-потребитель" / В.В. Петин, А.Г. Батухтин, Ю.В. Дорфман // Научно-технические ведомости СпбГПУ. - 2011. -№1. - С. 63-69.
25. Батухтин А.Г. Современные способы модернизации существующих систем теплоснабжения / А.Г. Батухтин, М.В. Кобылкин, А.В. Миткус, В.В. Петин // МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЖУРНАЛ. - 2013. №7 (14) Часть 2 С.- 40-45.
26. Иванов С.А. Оптимизация отпуска теплоты от источника теплоснабжения с учетом функционирования тепловых сетей и потребителей тепловой энергии как один из методов энергосбережения / С.А. Иванов, А.Г. Батухтин, В.В. Маккавеев // Вестник Забайкальского центра РАЕН. - 2008. - №1. - С. 80-83.
27. Батухтин А.Г. Автоматизированная система регулирования расхода теплоносителя для теплоснабжения групп потребителей / А.Г. Батухтин, М.В. Кобылкин // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - 2013. №2. С. 68-72.
28. Басс М.С. Методические вопросы оценки эффективности систем централизованного теплоснабжения / М.С. Басс, А.Г. Батухтин, С.А. Требунских // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - 2013. №2. С. 80-84.
29. Горячих Н.В. Использование факторного анализа для оптимизации режимов работы систем теплоснабжения / Н.В. Горячих, А.Г. Батухтин // Промышленная энергетика. - 2013. - № 9. С. 26-30.
30. Батухтин А.Г. Повышение эффективности современных систем теплоснабжения / А.Г. Батухтин, С.А. Иванов, М.В. Кобылкин, А.В. Миткус // Вестник Забайкальского государственного университета. - Чита: ЗабГУ. - 2013. - №9(100). С. 112-120.
31. Иванов С.А. Метод повышения электрической мощности турбин / С.А. Иванов, А.Г. Батухтин, Н.В. Горячих // Промышленная энергетика. - 2009. - № 12. - С. 13-15.
32. Иванов С.А. Оптимизация систем централизованного теплоснабжения / С.А. Иванов, А.Г. Батухтин, Н.В. Горячих // Вестник Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности т. 14, №3. Санкт-Петербург - Чита. 2009. - С. 102 - 104.
33. Горячих Н.В. Некоторые методы повышения маневренности ТЭЦ / Н.В. Горячих, А.Г. Батухтин, С.А. Иванов // Теплоэнергетика. - 2010. - №10. - С. 69-73.
34. Батухтин А.Г. Особенности математических моделей современных теплопотребляющих установок в системах централизованного теплоснабжения / А.Г. Батухтин // Научно-технические ведомости СпбГПУ. - 2011. - № 1. - С. 250-255.
35. Батухтин А.Г. Особенности диспетчеризации современных систем теплоснабжения / А.Г. Батухтин // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - 2011. - №1. - С. 198-201.
36. Иванов С.А. Методика расчета параметров потребителя при качественно-количественном регулировании в открытых системах централизованного теплоснабжения / С.А. Иванов, А.Г. Батухтин, В.В. Маккавеев // Промышленная энергетика. - 2008. -№ 4. - С. 13-15.
37. Иванов С.А. Расчет суточного графика отпуска теплоты от источника теплоснабжения при качественно-количественном регулировании в открытых системах централизованного теплоснабжения / С.А. Иванов, А.Г. Батухтин, В.В. Маккавеев // Промышленная энергетика. - 2008. - № 5. - С. 32-34.
38. Маккавеев В.В. Практическое применение некоторых методик оптимизации режимов отпуска теплоты / В.В. Маккавеев,
О.Е. Куприянов, А.Г. Батухтин // Промышленная энергетика. - 2008. - № 10. - С. 23-27.
39. Маккавеев В.В. Математическая модель ряда абонентских вводов закрытых систем теплоснабжения / В.В. Маккавеев, А.Г. Батухтин // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - 2009. - №3. - С. 200 - 207.
40. Сафронов П.Г. Способ увеличения экономичности основного оборудования ТЭЦ / П.Г. Сафронов, С.А. Иванов, А.Г. Батухтин, И.Ю. Батухтина // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - 2010. - №1. - С. 175-178.
41. А.Г. Батухтин. Оптимизация отпуска теплоты от ТЭЦ на основе математического моделирования с учетом функционирования различных типов потребителей: Автореф. дис. канд. техн. наук. Улан - Удэ.: ВСГТУ, 2005 - 16 с.
49
Батухтин А.Г.
Кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «ЗабГУ»
ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ ДЛЯ ДОГРЕВА СЕТЕВОЙ ВОДЫ
Аннотация
В статье представлены методы использования тепловых насосов для совершенствования режимов работы, системы распределения и потребления тепловой энергии на основе оптимизационных моделей. Дается оценка экономического эффекта применения технологии тепловых насосов для повышения эффективности методов оптимизации отпуска теплоты.
Ключевые слова: Оптимизация, эффективность, система централизованного теплоснабжения, моделирование
Batukhtin A.G.
PhD in engineering, assosiate professor, Transbaikal State University HEAT PUMPS FOR WATER MAINS REHEATING
Abstract
The paper presents methods of using heat pumps to improve modes, distribution and consumption of thermal energy based optimization models. Assesses the economic impact of application of heat pump technology to enhance the effectiveness of the methods of optimization of heat supply.
Keywords: Optimization, efficiency, system of centralized heat-supply, modeling.
Комплекс теплоснабжения, как правило, состоит из производителя, поставщика, и потребителя тепловой энергии. Экономичность всего комплекса остается низкой, при достаточно совершенном производстве энергии ее распределение, передача и потребление еще требуют совершенствования. Низкая эффективность комплекса теплоснабжения определяет высокую энергоемкость экономики России в целом. Последние заявления первых лиц государства призывают обратить внимание на энергосберегающие технологии. К методам энергосбережения можно отнести мероприятия по оптимизации отпуска теплоты от ТЭЦ потребителю, которые могут быть отнесены к самым малозатратным энергосберегающим технологиям.
Большинство городов и поселков РФ отапливаются от местных котельных или ТЭЦ, работающих по графикам центрального качественного регулирования отпуска теплоты, рассчитанным по методикам 50-х годов прошлого века. При этом рост городов значительно увеличивает и количество потребителей теплоты, подсоединенных к местной системе централизованного теплоснабжения. Новые же нагрузки покрываются за счет повышения мощностей источников теплоснабжения, как правило без учета изменения характеристик тепловых сетей. Все это приводит к неоптимальному использованию топливных ресурсов и повышению стоимости энергии. Обеспечение качественного и энергоэффективного теплоснабжения потребителей тепловой энергии является ее основной задачей. В соответствии с действующими нормами температура воздуха в помещениях в холодный период года должна иметь определенное значение и не зависит от погодных и временных условий. Однако, в настоящее время повсеместно наблюдается недогрев и перегрев потребителей тепла. Эта проблема ненормативного отпуска присуща практически для всех городов России с централизованным теплоснабжением. Поддержание комфортных температурных условий в помещениях потребителей является первоочередной задачей для систем теплоснабжения, а при общем недоотпуске тепловой энергии не представляется возможным без внедрения современных технологий [1-3].
Современные методы оптимизации отпуска теплоты потребителям основаны на построении моделей функционирования системы распределения и потребления тепловой энергии. Наиболее полные из них обладают следующими функциями:
- корректировка подаваемой от источника теплоты основана не на системе поправок температуры сетевой воды, а на теплогидравлическом расчете абонентских вводов с учетом схем присоединения установок ГВС, при этом реакция на любые возмущения осуществляется качественно-количественным регулированием;
- нагрузка ГВС принимается в расчетах с учетом суточной неравномерности определенной для различных групп потребителей, а проверка суточного баланса теплоты у потребителей и корректировка температурного графика в связи с изменением нагрузки ГВС предлагается не в качестве рекомендаций, а как одно из основных ограничительных условий суточного графика регулирования;
- в модели производится расчет характеристик абонентов не только в конкретные моменты времени, но и осуществляется суточный анализ, при этом появляется возможность учитывать суточный перегрев абонентов и осуществлять регулирование параметров на источнике теплоснабжения с учетом суточной оптимизации;
- помимо удовлетворения потребностей всех потребителей в модели появляется возможность оптимизировать суточный график отпуска теплоты на основе анализа всевозможных графиков, а в качестве критерия оптимальности принимаются затраты на ТЭЦ при заданной электрической нагрузке;
- при оптимизации отпуска теплоты учитывается инерционность изменения параметров теплоносителя, а также аккумулирующая способность потребителей.
Произведенный расчет эффективности оптимизации отпуска теплоты от ТЭЦ потребителю с учетом изменения в течение суток нагрузки ГВС и температуры наружного воздуха на основе моделирования системы с учетом ее реального состояния на примере системы теплоснабжения микрорайона КСК (г. Читы Забайкальского края) отапливаемого от теплофикационных отборов двух турбин ПТ-60 Читинской ТЭЦ-1 показал экономический эффект 3 млн. руб./год, При этом располагаемая тепловая мощность станции может быть увеличена на 6,1% при сохранении расхода теплоносителя и пропусканной способности тепловых сетей, а также выработки электрической энергии [4-5].
Данный экономический эффект не является предельным поскольку диапазон температур прямой сетевой воды на ТЭЦ, в котором находится оптимальная, на конкретном временном промежутке, ограничивается: разной протяженностью отдельных участков тепловых сетей; участки тепловых сетей имеют разные характеристики тепловой изоляции, скорость изменения температуры прямой сетевой воды на ТЭЦ не должна превышать 30 0С/ч; районы теплопотребления обладают разными потребителями тепловой энергии и как следствие требуют разного изменения температур прямой сетевой воды в течение суток [6]. Снять эти ограничения позволит изменение температуры теплоносителя по лучам тепловых сетей. Данное изменение температуры согласно оптимизированным графикам центрального регулирования (в зависимости от оптимального суточного графика и потребностей конкретных потребителей) для каждого направления тепловых сетей позволит уменьшить перерасходы тепловой энергии, а также снизить температуру обратной сетевой воды и как следствие увеличить выработку на тепловом потреблении на ТЭЦ. Решением этой задачи может служить применение установок по перераспределению потоков теплоты по разноинерционным ветвям теплосетей в зависимости от оптимального суточного графика и потребностей конкретных потребителей. Перераспределение потоков теплоты предполагается осуществлять с применением технологии тепловых насосов [7-10]. Метод перераспределения заключается в том, что от источника отпускается оптимальная температура теплоносителя, при этом в период натопа в наиболее удаленные участки тепловых сетей температура увеличивается за счет нагрева в конденсаторе теплового насоса, а в период снижения тепловой нагрузки температура увеличивается в ближних участках тепловых сетей. Применение данной методики позволит экономический эффект увеличить на 30-50% в зависимости от времени года.
Для снижения эксплуатационных затрат на нагрев в качестве низкопотенциального источника теплоты может быть использованы другие источники. К возможным источникам можно отнести тепло грунта, воду различных источников, воздух, а
50
