Разработка мероприятий по повышению эффективности энергетического хозяйства

ВВЕДЕНИЕ
На сегодняшний день значимость энергетики в экономическом и техническом развитии России очень велика, потому что в настоящее время Россия занимает второе место в мире по потреблению энергоресурсов. При этом Россия является обладателем одного из самых больших в мире потенциалов топливно-энергетических ресурсов – это её несомненное конкурентное преимущество [1-3].
При всех видимых положительных тенденциях развития энергетики России сохраняются её основные недостатки – низкая энергоэффективность использования энергетических ресурсов. В настоящее время до одной трети всех производимых в стране энергоресурсов расходуется непроизводительно либо в виде прямых потерь в нефтегазовых факелах, при перевозке угля, в теплотрассах либо в производствах, работающих сами на себя, не приносящих населению ни прямых, ни косвенных энергетических услуг.
Следует отметить, что на сегодняшний день одним из перспективных направлений в энергетике является энергосбережение.
…

1.1 Законодательные акты, постановления правительства
В июле 2010 года Государственная Дума приняла Федеральный закон Российской Федерации от 27 июля 2010 г. N 190-ФЗ «О теплоснабжении» [2], который имеет декларативный характер и направлен на улучшение теплоснабжения страны. Принятие этого закона длилось около 10 лет, поэтому до его появления в стране не было четкого и всеобъемлющего регулирования отношений в сфере теплоснабжения.
…

1.2 Интернет источники
Первым рассмотренным интернет-источником является сайт «ProTown.ru» – сайт о городах России [1]. Данный сайт является федеральным порталом и содержит в себе географические, экономические, исторические сведения о городах России и обо всей стране в целом. Сайт имеет разделы по почтовым индексам России, руководителям страны, экономике государства, антикоррупционным организациям, регионам страны и т.д. Для данной дипломной работы сайт интересен тем, что на нем размещены экономико-статистические сведения об основных показателях деятельности государства. В частности, сайт содержит информацию по современному состоянию теплоснабжения, по основным проблемам в этой области.
Вторым интернет-источником является сайт «РосТепло.ru» [5]. Данный сайт представляет собой информационную систему по теплоснабжению. На нем размещено большое количество рекламы организаций, предлагающих свои услуги в области теплоснабжения.
…

2.1 Описание существующей системы теплоснабжения п. Шексна
Централизованное теплоснабжение поселка Шексна осуществляется от пяти источников тепловой энергии: котельной №1 ШКДП, котельной №2 «Центральная», котельной №3 «Спецшкола», котельной № 4 СЖД и котельной № 5 «Балтика».
Общая протяженность трубопроводов системы теплоснабжения в двухтрубном исчислении от пяти котельных составляет 72,3492 км. Суммарная нагрузка потребителей от всех котельных составляет 48,2 Гкал/ч. Расчетная температура наружного воздуха для проектирования системы теплоснабжения – минус 32 оС, средняя за отопительный период – минус 4 оС, скорость ветра – 4 м/с. Длительность отопительного периода – 228 день (5544 часов). Зоны действия источников тепловой энергии представлены на рисунке 2.1.
…

2.2 Описание котельной ШКДП
Котельная ШКДП находится в собственности ОАО «Шексна-Теплосеть» и расположена на территории предприятия ООО “Шекснинский комбинат древесных плит”.
Установленная мощность 42,13 Гкал/ч. Котельная включает в свой состав 4 котлоагрегата – два котла ТТ 100-01 мощностью 16500 кВт и два котла ТТ 100-01 мощностью 8000 кВт. Схема котла представлена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – Схема котла ТТ 100-01.
…

2.3 Описание системы теплоснабжения от котельной ШКДП
Котельная предприятия ООО «Шекснинский комбинат древесных плит» расположена в поселке Шексна (Вологодской области) на территории предприятия.
В районе, обслуживаемом котельной, осуществляется централизованное отопление и горячее водоснабжение.
Тепловая сеть двухтрубная тупиковая. Система теплоснабжения потребителей закрытого типа, центральное регулирование качественное, температурный график 115-700С.
Годовые расходы тепловой энергии жилыми и общественными зданиями определялись по справочным данным исходя из расчетной нагрузки, числа часов работы, режима и т.д.
Тепловая сеть котельной предприятия ООО «Шекснинский комбинат древесных плит» имеет следующие характеристики.
Конструктивно сеть выполнена двухтрубной тупиковой из труб стальных электросварных по ГОСТ 10704-91 [9]. Прокладка тепловой сети большей частью выполнена подземно в непроходных каналах.
Общее количество объектов теплопотребления 209.
…

2.4.1 Определение нагрузок на отопление и на ГВС
Определяем часовой расход теплоты на отопление по формуле [11]:

, Мкал/ч (2.1)

Расход тепловой энергии на отопление зданий за отопительный период определяется по формуле [11]:

, Гкал (2.2)

где-поправочный коэффициент, учитывающий зависимость тепловой характеристики здания qo от расчетной температуры наружного воздуха, =0,98;
– наружный строительный объем зданий, м3;
– удельная отопительная характеристика здания, зависящая от его назначения и объема, ккал/(м3 ч °С);
– усредненная расчетная температура внутреннего воздуха отапливаемых помещений, °С;
– расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления (температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92), °С [10];
– средняя температура наружного воздуха за отопительный сезон, °С [10];
– продолжительность отопительного периода, сут [10].
…

2.5 Остальные исходные данные
Основные параметры климата п. Шексна согласно СП 131.13330.2012 «Строительная климатология» [10] следующие:
1. Средняя температура наиболее холодной пятидневки -32 0С;
2. Средняя температура за отопительный период -40С;
3. Продолжительность отопительного периода 228 день.
Климат характеризуется воздействием северных морей, умеренно-континентальный, неустойчив в течение года. Преобладающими ветрами являются ветры юго-западного направления.
А также задаемся следующими величинами:
1. Коэффициент тепловых потерь 0,25;
2. Температура холодной воды на входе в ПГВ зимой 50С;
3. Температура холодной воды на входе в ПГВ летом 150С;
4. Температура горячей воды на выходе из ПГВ 650С;
5. Период работы системы ГВС в течение суток 24 час/сут;
6. Эквивалентная шероховатость труб 0,002 м;
7. КПД сетевых насосов 0,6
Фактический тариф на теплоснабжение составляет Тт = 1698,02 руб/Гкал (Приказ РЭК области №828 от 15.12.
…

3.1 Результаты гидравлического расчета системы теплоснабжения
Разработанная электронная модель системы теплоснабжения от котельной ШКДП поселка Шексна представлена на рисунке 3.1.
Расчет выполнен в табличной форме с помощью программного комплекса ГИС Zulu (Результаты расчетов в электронном виде прилагаются). Результаты гидравлического расчета приведены в таблице 3.1.
По данным гидравлического расчета построен пьезометрический график котельной. За основное направление принята магистраль от котельной до 1ТК-24. График приведен на рисунке 3.2.
По результатам гидравлического расчета можно сделать вывод, что напора, создаваемого насосами котельной, достаточно для подачи теплоносителя самому удаленному потребителю. Избыточный напор в теплосети устраняется с помощью дроссельных диафрагм (шайб). Если расчетный диаметр шайбы менее 3 мм, то устанавливается балансировочный клапан.
…

3.2 Радиус эффективного теплоснабжения
Исходя из результатов гидравлических расчетов и отсутствия ограничений по использованию тепловой мощности строительство, реконструкция и техническое перевооружение источников тепловой энергии нецелесообразно.
Радиус эффективного теплоснабжения – максимальное расстояние от теплопотребляющей установки до ближайшего источника тепловой энергии в системе теплоснабжения, при превышении которого подключение теплопотребляющей установки к данной системе теплоснабжения нецелесообразно по причине увеличения совокупных расходов в системе теплоснабжения.
Подключение дополнительной тепловой нагрузки с увеличением радиуса действия источника тепловой энергии приводит к возрастанию затрат на производство и транспорт тепловой энергии и одновременно к увеличению доходов от дополнительного объема ее реализации. Радиус эффективного теплоснабжения представляет собой то расстояние, при котором увеличение доходов равно по величине возрастанию затрат.
…

3.3.1 Общие положения
Оценка надежности теплоснабжения разрабатываются в соответствии с подпунктом «и» пункта 19 и пункта 46 Требований к схемам теплоснабжения. Нормативные требования к надёжности теплоснабжения установлены в СНиП 41.02.2003 «Тепловые сети» в части пунктов 6.27-6.31 раздела «Надежность».
В СНиП 41.02.2003 надежность теплоснабжения определяется по спообности проектируемых и действующих источников теплоты, тепловых сетей и в целом систем централизованного теплоснабжения обеспечивать в течение заданного времени требуемые режимы, параметры и качество теплоснабжения (отопления, вентиляции, горячего водоснабжения, а также технологических потребностей предприятий в паре и горячей воде) обеспечивать
В качестве основных критериев надёжности тепловых сетей и системы теплоснабжения приняты:
1) вероятность безотказной работы [Р];
2) коэффициент готовности системы [КГ];
3) живучесть системы [Ж].
…

3.3.2 Результаты расчета надежности в программе Zulu.
По участкам тепловой сети
1) Trep_nad, Время восстановления, ч
2) Mrep_nad, Интенсивность восстановления, 1/ч
3) Lambda_nad, Интенсивность отказов, 1/(км*ч)
4) Omega_nad, Поток отказов, 1/ч
5) Qot_nad, Относительное кол. отключ. нагрузки
6) Pbreak_nad, Вероятность отказа
По задвижкам
1) Trep_nad, Время восстановления, ч
2) Mrep_nad, Интенсивность восстановления, 1/ч
3) Lambda_nad, Интенсивность отказов, 1/(км*ч)
4) Omega_nad, Поток отказов, 1/ч
5) Qot_nad, Относительное кол. отключ. нагрузки
6) Pbreak_nad, Вероятность отказа
По потребителям и обобщенным потребителям
1) R_nad, Вероятность безотказной работы
2) K_nad, Коэффициент готовности
3) Qlost_nad, Средний суммарный недоотпуск теплоты, Гкал/от. период
3.3.
…

3.3.3 Вероятность безотказной работы тепловых сетей
При расчете надежности системы транспорта теплоносителя в поселке
Шексна использовались следующие исходные данные:
1) расчетная температура наружного воздуха для систем отопления
2) Шексна сельского поселения (Вологодская область) – минус 32°С;
3) расчетная температура внутреннего воздуха для жилых помещений –
4) плюс 20°С;
5) повторяемость температур наружного воздуха определена по СНиП
6) 2.01.
…

4.1 Замена элеваторного узла индивидуальным тепловым пунктом
Анонс: данное мероприятие может быть использовано для снижения тепловых потерь.
Вид энергоресурса: тепловая энергия
Тип решения: технологическое
Область применения: здания, сооружения → энергосистемы → индивидуальный тепловой пункт (узел присоединения).
Общая характеристика: элеваторный узел не имеет средств для регулирования расхода и температуры теплоносителя, что приводит к значительному перерасходу тепловой энергии. Внедрение ИТП позволяет автоматизировать управление теплопотребляющими системами здания. Регулирование расходов и температур теплоносителя в зависимости от текущего уровня потребностей позволяет экономить значительную (от 15 до 30 %) долю тепловой энергии.
На рисунке 4.1 представлена схема индивидуального теплового пункта.
Кроме возможностей автоматического регулирования, ИТП позволяет разделить по теплоносителю теплопотребляющие системы и тепловую сеть благодаря применению пластинчатых теплообменников.
…

4.2 Задание суточной и недельной программы ИТП
Анонс: данное мероприятие может быть использовано для снижения тепловых потерь.
Вид энергоресурса: тепловая энергия
Тип решения: технологическое
Область применения: здания, сооружения → энергосистемы → индивидуальный тепловой пункт
Общая характеристика: в холодный период года в помещениях образовательных учреждений, когда они не используются и в нерабочее время, допускается снижение температуры воздуха до 12 ˚С, при условии восстановления нормируемой температуры к началу использования помещения. Для восстановления нормируемой температуры необходимо за 23 часа до начала использования помещения повысить температуру теплоносителя выше требуемой по графику.
Помещения образовательных учреждений используются по недельному расписанию, которое корректируется 2 или 4 раза в год. Это позволяет задавать суточную и недельную программу автоматического изменения температуры в помещениях в целях экономии тепловой энергии.
…

4.3 Применение тепловых насосов для утилизации тепла вытяжного воздуха
Анонс: данное мероприятие может быть использовано для снижения тепловых потерь.
Вид энергоресурса: тепловая энергия
Тип решения: технологическое
Область применения: здания, сооружения → энергосистемы → системы вентиляции
Общая характеристика: применение тепловых насосов для утилизации тепла вытяжного воздуха может применяться в сборных шахтах вытяжной вентиляции с естественным побуждением (рисунок 4.8). Преимущество данного способа утилизации тепла состоит в возможности использования отобранной тепловой энергии не только для подогрева приточного воздуха, но и для других целей (например, для системы горячего водоснабжения).
Недостатки технологии:
1) сложность практической реализации;
2) зависимость от обеспечения электроэнергией;
3) более высокая цена по сравнению с рекуператорами и регенераторами.
Экономия тепловой энергии при использовании тепловых насосов может составлять от 30 до 50 %.
…

4.3.1 Рекомендации по проектированию систем теплоснабжения с использованием теплоты грунта
Наибольшая эффективность грунтовых теплообменников с U-образными трубами достигается при их размещении по периметру наружной образующей скважины с максимально возможным количеством и диаметром, это позволяет повысить теплопроизводительность системы на 9% в сравнении с однотрубными вертикальными грунтовыми теплообменниками.
Возможно использовать извлеченный из скважины грунт в качестве заполнителя при монтаже вертикальных грунтовых теплообменников без существенного снижения (до 4%) параметров системы по сравнению с традиционными заполнителями с большей теплопроводностью.
Целесообразно применять вертикальные грунтовые теплообменники с увеличенным количеством полиэтиленовых труб, что позволит увеличить теплопроизводительность системы до значений, что и с металлическими трубами, при снижении затрат по сравнению со стальными трубами в 2,9 раза, а медными – в 17 раз.
…