Plumbing. Heating. Conditioning. Energy Efficiency.

Энергетическая оценка применения электроэнергии

(0) (7321)
Опубликовано в журнале СОК №6 | 2012

В настоящее время проблематично определить, насколько реальна перспектива применения тех или иных инноваций в энергетике в ближайшем будущем. Но исключать возможность этого не следует. Бивалентная система теплоснабжения обеспечивает большие возможности адаптации к возможным изменениям в энергетике, чем другие известные системы.

 

Есть основания предполагать, что в будущем соотношение между потреблением тепловой и электрической энергий будет меняться. Во-первых, как показывает мировой опыт, имеется тенденция к повышению доли потребления электроэнергии для бытовых целей. Это потребует увеличения мощности системы электроснабжения жилья и сферы услуг. В основном эти потребители работают в дневное время.

Во-вторых, в строительстве ужесточаются нормы теплопотерь зданий. В статье [6] достаточно подробно обосновывается возможность применения электроотопления, при этом указывается, что для зданий, построенных по новым нормам, ограничивающим теплопотери, среднесуточные затраты энергии на отопление сравнимы по величине с потреблением электроэнергии.

Таким образом, может сложиться такая ситуация, когда в жилом секторе в ночное время появится резерв электроэнергии, близкий по мощности с потребностями для целей теплоснабжения, а пропускная способность электросетей низкого напряжения в перспективе уже будет достаточной для обеспечения работы электротеплоснабжения. В Энергетической стратегии города Москвы на период до 2025 г. предусмотрено внепиковое использование электроэнергии на обогрев помещений при длительных похолоданиях [7].

В принципе это могло бы применяться и постоянно, особенно там, где велики потери в тепловых сетях. Как отмечается в [6], при применении электронагревательных приборов электроаккумуляционного типа и автоматики ограничения максимума электропотребления, путем предпочтения осветительной и розеточной нагрузки отоплению и ГВС, можно перенести значительную часть электропотребления на ночь, позволит выровнять внутрисуточный график электропотребления, а введение сниженного ночного тарифа уменьшит затраты на оплату за использованную электроэнергию.

В дальнейшем может сложиться такая ситуация, когда перспектива электротеплоснабжения будет неоднозначна. С одной стороны уменьшение тепловых потерь зданий и, соответственно, мощности, необходимой для отопления и увеличение мощности бытового электропотребления являются факторами, обеспечивающими преимущество электротеплоснабжения.

Но, с другой стороны, с увеличением доли зданий с пониженной величиной теплопотерь, отношение зимней отопительной нагрузки к электрической нагрузке в целом по населенным пунктам будет уменьшаться (в настоящее время это соотношение равно 3,5 [2]). В предельном случае, когда это отношение сравняется с отношением электрической мощности ТЭЦ к тепловой, (зона электрического покрытия ТЭЦ совпадет с зоной теплового покрытия), электротеплоснабжение может оказаться невостребованным.

Это произойдет не вследствие его недостаточной эффективности, а потому что некуда будет девать тепло, выдаваемое ТЭЦ. Однако, с увеличением электрического КПД ТЭЦ, не исключено, что даже в случае широкого распространения энергоэффективных зданий могут появиться излишки электроэнергии, и наличие бивалентной системы теплоснабжения будет обеспечивать большую эффективность, по сравнению с чисто водяной системой (бивалентными называются системы, где совмещены два типа отопления — например, водяное и электрическое).

При этом водяная система теплоснабжения обеспечивает минимально допустимый температурный уровень теплового режима помещений, а электрическая часть выполняет функции «доводчика». Аналогичным образом может быть организована и работа системы ГВС, и будет проще обеспечить работу ТЭЦ в оптимальном режиме с максимальным коэффициентом использования топлива. Снижение затрат энергии на отопление приведет к увеличению доли ГВС в системе теплоснабжения.

Увеличение доли ГВС в общей мощности теплоснабжения может, в принципе, привести к тому, что практически все тепло, вырабатываемое ТЭЦ может быть использовано для целей ГВС, а электрическая надстройка будет использоваться для обеспечения пиковых режимов, регулирования мощности системы теплоснабжения и выравнивания графика потребления электроэнергии. Значительное сокращение потерь энергии, затрачиваемой на отопление, может быть достигнуто за счет рационального регулирования процессом обеспечения требуемого температурного режима.

В общем виде принципы рационального отопления можно сформулировать следующим образом: тепло подводить там, где это необходимо, тогда, когда это необходимо и ровно столько, сколько необходимо. Резервы энергосбережения в этом направлении особенно велики. Каждый градус «перетопа» увеличивает потребление энергии на 5 %, а человек ощущает «перегрев» лишь после превышения комфортной температуры на 3–4 °C [8].

По данным [9] использование погодного регулирования способно до 30 % снизить потребление тепла зданием при одновременном повышении комфортности в его помещениях. О потерях, обусловленных несоответствием фактической мощности системы отопления требуемой по времени и по месту, следует сказать особо. Привычной является такая работа системы отопления, когда требуемый температурный режим обеспечивается повсеместно и постоянно во всей квартире.

Поэтому в этом случае, наверное, более уместно говорить не о потерях, а резерве экономии. Экономия энергии за счет реализации второго принципа — греть тогда, когда это нужно зависит от распорядка дня обитателей помещения. Для коттеджей, служебных помещений и общественных зданий этот принцип уже иногда реализуется. Что касается локализации отопления в зависимости от потребности, т.е. осуществлять подвод теплоты в тех помещениях, где в этом есть необходимость, то традиционная водяная система отопления не может в полной мере обеспечить выполнение этого принципа.

Этому препятствуют ограниченные возможности гидравлической системы регулирования расхода теплоносителя в теплообменных аппаратах и инерционность системы. Скорее всего, даже когда будет технически реализована возможность перевода системы отопления в режим ожидания, у потребителей не сразу появится привычка при уходе из помещения переключать его в этот режим, как это выполняется с освещением.

Разумеется, для формирования такой привычки необходимо наличие приборов учета энергии, расходуемой на отопление. Наиболее в полной мере эти резервы могут быть использованы при использовании системы электроотопления. Особенно следует оценить возможность применения ИК-панелей (инфракрасных обогревателей) в системах отопления.

При этом, по данным работы [10] низкотемпературные ИК-отопительные панели (температура излучающей поверхности от 25 до 50 °C) оказывают положительное влияние на организм человека и обеспечивают комфортный тепловой режим при меньшей температуре воздуха в помещении. Экономия электропотребления на отопление по сравнению с отопителями конвективного типа составляет не менее 20–30 %.

По прогнозам многих специалистов, технологии ИК-отопления получат широкое внедрение уже в самой ближайшей перспективе. К преимуществам ИК-панелей следует также отнести их сравнительно невысокая стоимость, удобство монтажа и большой ресурс работы. Возможны разнообразные варианты их исполнения, что позволяет органично вписывать их в интерьер квартир. Весьма ценным свойством ИК-панелей является возможность исполнения их в теплоаккумулирующем варианте, что позволит выровнять график энергопотребления.

Но при этом снизится их способность оперативно реагировать на потребности в отоплении. Для сохранения их способности обеспечивать быстрый нагрев, потребуется усложненная тепловая структура панелей: одна часть — теплоаккумулирующая, другая — оперативная. С учетом всех этих положительных свойств ИК-панелей целесообразно оценить возможность их применения в качестве регулируемой надстройки бивалентной системы отопления, в которой в качестве базовой принята водяная система отопления.

Кроме того, как уже упоминалось ранее, применение ИК-панелей позволит снизить температуру теплоносителя в водяной системе отопления, что в свою очередь снизит потери в тепловых сетях, уменьшит скорость их старения, а повышение электрической нагрузки на ТЭЦ с одновременным понижением температуры теплоносителя приведет к повышению коэффициенту использования теплоты топлива [5].

Возможно также применение инфракрасных панелей в особо энергонеэффективных зданиях с ограниченным остаточным ресурсом, для которых нецелесообразно проводить мероприятия по утеплению. Поскольку ИК-панели обеспечивают комфортные условия при температуре воздуха, меньшей, чем с конвективными обогревателями, а также позволят регулировать тепловую мощность отопления, то тепловые потери таких домов должны значительно сократиться.

Стоимость таких панелей сравнительно невелика, кроме того, поскольку монтаж и демонтаж ИК-панелей, не представляет особых трудностей, то при переселении жильцов, эти панели могут быть демонтированы и установлены в новых квартирах. Возможны различные варианты применения бивалентной системы теплоснабжения. Например, по мере удаления от ТЭЦ в зданиях уменьшается мощность водяной системы и увеличивается доля электрической надстройки.

В принципе, особенно для энергоэффективных домов, возможно подключение водяной системы теплоснабжения к обратной магистрали системы теплоснабжения. Таким образом, бивалентная системы теплоснабжения, включающая в себя базовую — водяную и электрическую надстройку, обладает большими возможностями повышения энергоэффективности, чем водяная и электрическая системы в отдельности.

Еще одним преимуществом электротеплоснабжения является наличие некоторого запаса экономичной базовой мощности. Хотя температура воздуха летом в России и ниже, чем в Калифорнии, но вследствие всеобщей «кондиционеризации» летний период может оказаться достаточно напряженным с точки зрения энергоснабжения. Наличие дополнительной базовой мощности позволит более безболезненно обеспечить работу систем кондиционирования воздуха и холодильников в жаркое время года.

В отдаленной перспективе еще одно обстоятельство может оказать влияние на выбор типа системы теплоснабжения. В настоящее время ведущие страны мира ищут новые источники энергии, не связанные с потреблением углеводородов. Происходят процессы, свидетельствующие о назревающих переменах в области энергетики. Многими исследователями отмечается, что попытки совершенствования существующих сегодня промышленных способов, средств получения энергии ведут в тупик.

Ведущие нефтяные компании запада продают старый бизнес (связанный с нефтью) компаниям второго эшелона и внедряются в нетрадиционную энергетику. Также отмечается, что потенциал России в этой отрасли достаточно высок, прототипы новых энергетических установок можно получить в течение полутора-двух лет, и наши вероятные противники прилагают серьезные усилия по изъятию у России передовых технологий.

В докладе заместителя генерального директора по науке Института энергетической стратегии Громова А.И. ««Дорожная карта» государственной энергетической политики России» [11] отмечаются такие вызовы будущего для российской энергетики как: опережающее развитие неуглеводородной энергетики, появление новых источников энергии, энергоносителей и энерготехнологий.

Сегодня накоплено достаточно большое количество экспериментальных фактов, которые подтверждают реальность аномального энергобаланса в генераторах энергии, при котором энергия на выходе значительно превосходит энергию, затраченную первичным источником. Как правило, такие явления проявляются в исследованиях, связанных с физическим вакуумом. Такие работы интенсивно проводятся в США, Германии, Японии и других странах.

Экспериментальные достижения показывают, что мир приближается к практической реализации наиновейших способов получения энергии, немыслимых даже несколько лет тому. Относительной монополией на новые способы получения избыточной энергии стремятся завладеть исследователи США, Германии, России, Франции, Швейцарии, Австралии и других стран, проводя активное патентование всех разрабатываемых технических решений [12].

А по мнению В.С. Леонова [13], развитие базовой энергетики в XXI в. будет развиваться на принципиально новых фундаментальных теоретических и экспериментальных открытиях в области естествознания. В первую очередь это относится к открытию элементарного кванта пространства — квантона в теории УКС (упругой квантовой среды) и эффекту Ушеренко сверхглубокого проникания микрочастиц в стальные преграды (мишени).

Реакторы нового типа, в буквальном смысле работающие на песке, уже в ближайшей перспективе могут заменить реакторы на урановом топливе, что позволит обеспечить им высокую экологичность и экономичность. Имеется информация и о других перспективных разработках. В настоящее время проблематично определить, насколько реальна перспектива применения всех этих инноваций в энергетике в ближайшем будущем. Но исключать возможность этого не следует. Бивалентная система теплоснабжения обеспечивает большие возможности адаптации к возможным изменениям в энергетике, чем другие известные системы. 

Выводы

  1. Использование электроэнергии для целей теплоснабжения при производстве электроэнергии в теплофикационном режиме по затратам первичных энергоресурсов практически не уступает теплоснабжению от котельной.
  2. Преимуществом электрической системы теплоснабжения является возможность использование единого источника энергии, как для целей теплоснабжения, так и для электроснабжения. Поскольку электроэнергия может быть преобразована в тепловую энергию, а тепловая энергия может быть аккумулирована (в объеме суточной потребности), то электротеплоснабжение будет способствовать выравниванию суточного графика энергопотребления, что является весьма ценным при существующих возможностях регулирования ТЭЦ.
  3. Применение электроэнергии для целей теплоснабжения позволит обеспечить запас мощности для работы кондиционеров и холодильников в жаркое время года.
  4. Поскольку при существующих способах производства электроэнергии (на ТЭЦ) неизбежны «тепловые хвосты», то в ближайшем будущем неизбежно применение традиционной водяной системы теплоснабжения. Наиболее эффективным будет использование бивалентной системы теплоснабжения, которая обеспечивает кумулятивный эффект от ее применения. Это проявляется в сокращении затрат на теплоснабжение за счет возможностей регулирования и учета, понижения температуры теплоносителя в сетях, уменьшении потерь в тепловых сетях и скорости их старения, и в значительном увеличении коэффициента использования теплоты топлива ТЭЦ.
  5. Судя по открытым источникам информации, в энергетике назревают значительные изменения. Электротеплоснабжение (в т.ч. в составе бивалентной системы) имеет большие, чем другие современные системы возможности для адаптации к этим возможным изменениям.
(0) (7321)
Comments
  • В этой теме еще нет комментариев
Add a comment

Your name *

Your e-mail *

Your message