Вместе с тем, система электроснабжения несет большие потери ночью, когда потребление энергии существенно уменьшается, и возникает потребность останавливать некоторые электрогенераторы, что связано с дополнительным сжиганием топлива на электрических станциях. Поэтому установлены льготные тарифы, которые действуют, если электрическая энергия потребляется от 23:00 до 6:00. Потребителем электрической энергии, оплачиваемой по льготному тарифу, может быть, в частности, отопительная система, если она имеет оборудование, которое способно аккумулировать тепло ночью, отдавая в течение суток. Следует, однако, заметить, что такой способ использования электрической энергии не должен распространяться очень широко. Если домов, использующих электроэнергию ночью, станет много, ночные провалы в графике потребления электроэнергии уменьшатся, и тогда льготные тарифы приблизят к обычным или вообще будут отменены. Кроме того, ночное потребление электроэнергии в перспективе может быть увеличено благодаря электромобилям, которые будут заряжаться исключительно ночью. Как известно, эта область машиностроения теперь интенсивно развивается во многих странах мира, поскольку нефтяные месторождения истощаются. Тем не менее, эти соображения пока что не касаются одной из школ г. Запорожье, где угольная котельная, которая отапливает школьное здание, должна быть заменена более совершенным источником тепла. Ответ на вопрос, насколько выгодна такая замена, содержится в техникоэкономическом обосновании, выполненном предприятием «Энергоминимум» по заказу концерна «Городские тепловые сети» (Запорожье).Применение теплоаккумулирующей системы электрического отопления именно в школах имеет экономические преимущества перед ее применением в зданиях другого назначения, потому что дети уходят домой из школы рано. Поэтому комфортная температура в школьных помещениях должна поддерживаться лишь на протяжении нескольких часов в сутки, с 8:00 до 15:00, а в остальное время температура может отличаться от нормативной. Существующая система отопления школьного здания характеризуется тепловой мощностью 0,11 Гкал/ч. Нагрузки горячего водоснабжения и вентиляции отсутствуют. Источником тепла является угольный котел, в котором сжигается уголь с теплотворной способностью 4130 ккал/кг. Принципиальная схема оборудования, которая предлагается для существующей системы отопления, показана на рис. 1.В теплоизолированной емкости 1 установлен ТЭН 2, который включается в 23:00 и выключается после того, как вода в емкости подогреется до температуры 95 °C, но не позднее 6:00. Циркуляционный насос 3 включается в 6:00 и работает до 15:00, когда рабочее время в школе заканчивается. Температура теплоносителя, который подается в существующую систему отопления, регулируется трехходовым клапаном 4, который управляется погодным регулятором. На протяжении рабочего времени помещения обогреваются радиаторами 5 существующей системы отопления. Начиная с 15:00 система отключается, и температура в помещениях начнет снижаться. Чтобы утром поднять температуру в помещениях до нормативного уровня, тепловой мощности существующих радиаторов будет недостаточно, т.к. они не рассчитаны на работу в нестационарном тепловом режиме, когда нужно быстро разогреть помещение. Поэтому необходимо дополнительно установить в каждом помещении электрические радиаторы 6, которые будут включаться в 4:00 или в 5:00 (в зависимости от погоды) и выключаться в 6:00, когда заканчивается срок действия льготного тарифа. Возможен второй вариант использования непиковой электрической энергии в местных теплоаккумуляторах. Вид из учебного класса на внешнюю стену с местным теплоаккумулятором показан на рис. 2. Местный электрический теплоаккумулятор (импортного производства) состоит из массивного теплоизолированного отопительного прибора 1, который ночью подогревается ТЭНом, а днем отдает тепло после того, как включится встроенный вентилятор 2, подающий воздух из комнаты через подогретый массив и теплой струей направляет его в помещение. В 15:00 вентилятор выключится, а новая порция тепла начнет поступать от ТЭНа к массиву отопительного прибора в 23:00.Максимальное суточное потребление W24.co [кВт?ч] тепловой энергии существующей системой водяного отопления мощностью Q [кВт] при работе с электрическими тепло-аккумуляторами рассчитывается по формуле:W24.co = Q?1?2zp, (1)где ?1 — коэффициент, учитывающий несоответствие расчетной мощности действительной потребности тепла в школе, где при расчетных морозах, которые по обыкновению практически всегда стоят недолго, учебный процесс прекращается, — ?1 = 0,8; ?2 — коэффициент, который учитывает потери тепла аккумуляторами тепла, принимается ?2 = 1,05; zp — продолжительность периода [ч/сут.], во время которого тепло потребляется в полном объеме, принимается zp = 9 (с 6:00 до 15:00); Q — тепловая мощность существующей системы отопления здания, равная 0,11 Гкал/чили 128 кВт. Расчет по формуле (1) приводит к результату W24.co = 968 кВт?ч.Общая расчетная мощность ТЭНов водяной системы отопления NТЭН при ее работе на протяжении семи часов (с 23:00 до 6:00) определяется:где 7 — число часов работы по льготному тарифу в сутки. Таким образом, расчетная мощность ТЭНов составляет 968/7 = 138 кВт. Полное, вместе с электрическими радиаторами (поз. 6 на рис. 1), максимальное суточное потребление тепла W24 школьным зданием определяется с учетом уменьшения на 30 % потерь тепла через ограждающие конструкции на протяжении пятнадцати часов (с 15:00 до 6:00) по формуле:W24 = Q?1?2[zp + 0,7(24 – zp)]. (3)Расчет по формуле (3) приводит к результату: W24 = 2097 кВт?ч. Потребление энергии Wгод [МВт?ч] отопительной системой за год при теплоснабжении от электрической сети ночью вычисляется по формуле:Wгод = 10–3W24mkcp, (4)где m — число дней отопительного периода, в Запорожье m = 174; kcp — коэффициент осреднения, равный отношению средней за отопительный период тепловой мощности к ее максимальной величине, для Запорожья kcp = 0,46.В результате вычисления по формуле (4) получаем Wгод = 168 МВт?ч или 145 Гкал в год. Максимальная суточная производительность W24.эр дополнительно устанавливаемых электрических радиаторов (поз. 6 на рис. 1) определяется:W24.эр = W24 – W24.co. (5)Выполнив вычисление по этой формуле, имеем W24.эр = 1129 кВт?ч.Общая мощность электрических радиаторов Nэр при их работе на протяжении семи часов по льготному тарифу определяется по формуле: Суммарная электрическая мощность радиаторов Nэр = 1129/7 = 161 кВт. Общая электрическая мощность N [кВт] электрических нагревателей ночного времени с учетом одновременной работы ТЭНов водяной системы отопления и электрических радиаторов определяется по формуле:N = NТЭН + Nэр (7)и составляет 138 + 161 = 299 кВт. Общая емкость V [м3] баков-аккумуляторов водяной системы отопления определяется: где W24.co и ?2 — то же, что и в формуле (1); с — теплоемкость воды, равная 1 ккал/(кг?°C); ? — плотность воды, равная 1000 кг/м3; tв и tн — самая высокая и самая низкая температуры воды в баках-аккумуляторах, которые принимаются равными 95 и 45 °C, соответственно. Расчет по формуле (8) показывает, что V = 17,8 м3:Необходимо установить три бака емкостью 6 м3 каждый. По формуле (2) было определено, что общая мощность ТЭНов составляет 138 кВт, или не менее 46 кВт в каждом баке. Практически потребуется 5 ТЭНов мощностью 10 кВт каждый. В случае установки местных аккумуляторов тепла по схеме рис. 2 их общая электрическая мощность должна быть 299 кВт, что следует из формуле (7).Сопоставление энергетических и экономических показателей систем теплоаккумуляционного отопления и существующей системы рассчитывались исходя из того, что максимальное суточное потребление тепла существующей системой водяного отопления при отсутствии автоматизации составляет 2,11 Гкал, а за отопительный период потребляется 169 Гкал тепловой энергии, на выработку которой сжигается 51,3 т угля в год. Теплотворная способность угля, который используется в котельной — 4130 ккал/т, а его цена — 740,15 грн/т (1 грн ? 3,79 руб., 07.02.2010 г.). Эксплуатационные затраты в котельной, кроме тех, которые связаны с приобретением угля, составляют 149619 грн/год. Действующий льготный тариф на электроэнергию составляет — 175 грн/МВт?ч. Основные энергетические и экономические показатели вариантов теплоснабжение школы приведены в табл. 1.Итак, для того, чтобы оборудовать систему отопления школы электрическими нагревателями с устройствами, позволяющими потреблять электрическую энергию исключительно ночью по льготному тарифу, нужно израсходовать (в разных вариантах технических решений) от 336 до 545 тыс. грн. При этом срок окупаемости капитальных затрат составит от 2,3 до 3,6 лет. Относительно короткий срок окупаемости позволяет с уверенностью отнести школы с местными угольными котельными к числу объектов, где использование теплоаккумуляционного электрического отопления, безусловно, выгодно. Вместе с тем, следует отметить, что при оценке капитальных затрат на реконструкцию теплоснабжения предполагалось, что необходимая электрическая мощность (в рассмотренном случае 300 кВт) может быть в ночное время получена от существующей трансформаторной подстанции. Практически, однако, это не всегда возможно, и это обстоятельство необходимо учитывать. Вывод об эффективности электрического отопления с тепловыми аккумуляторами не следует пока распространять на школы с централизованным теплоснабжением. Расчеты показывают, что тарифе 441 грн/Гкал, который пока действует в Запорожье для школ, срок окупаемости затрат составил бы 8–10 лет. В целом, особенностью технико-экономических обоснований технических решений, связанных с использованием электрической энергии, является то, что результат ТЭО зависит не столько от технического совершенства различного рода устройств, сколько от изменчивых и непредсказуемых тарифов на энергоносители. Точно известно, что тарифы будут расти, но совершенно неведомо соотношение тарифов на различные энергоносители в будущем. Прогнозировать здесь бесполезно, теоретизировать бессмысленно. Возможно, через несколько лет выводы технико-экономического обоснования будут прямо противоположны тем, которые сделаны сегодня. Поэтому единственно правильной рекомендацией руководителям организации, заказавшей ТЭО, мог бы быть совет как можно скорее реализовать проект, пока еще действуют тарифы, которые положены в основу экономических расчетов. ?