CC BY
40
УДК 621.9; 075.8
АНАЛИЗ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ВВОДА НОВЫХ И РЕКОНСТРУКЦИИ СУЩЕСТВУЮЩИХ ИСТОЧНИКОВ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ РЕСУРСОВ
Р. А. Ковалев, А.Р. Ковалева
Рассмотрена структура энергетики как энергетической системы, топливно-энергетического комплекса и перспективы использования ресурсов. Показана альтернатива традиционной - нетрадиционная энергетика; требования экологической безопасности, возобновляемые источники энергии; их ресурсы; классификация; перспективы их использования в Тульской области.
Ключевые слова: возобновляемые источники энергии, теплоснабжение, энергоэффективность.
К возобновляемым источникам энергии в соответствии с федеральным законом от 27.07.2010 №190-ФЗ «О теплоснабжении» [1] и постановлением Правительства РФ от 22.02.2012 № 154 «О требованиях к схемам теплоснабжения, порядку их разработки и утверждения» [2] относятся:
- ветроэнергетика, гелиоэнергетика(энергия солнечного потока); геотермальная энергия,гидроэнергетика - нетрадиционные ВИЭ первой группы (НВИЭ-1);
- энергия биомассы(бытовые отходы, продукты переработки, биомасса) - нетрадиционные ВИЭ второй группы (НВИЭ-2).
Нетрадиционныевозобновляемые источники энергии (ВИЭ) могут эффективно применяться для энергосбережения потребителей, расположенных в местах, где нет централизованного теплоснабжения.
Трактуют три вариации потенциала нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВЭИ): экономический, технический и валовый.
- экономический потенциал - это величина энергии, полученная экономиче-скицелесообразно из определенного вида энергоресурса.
- технический потенциал - это величина энергии, полученная из определенного вида ресурсов при высоком уровне развития науки и промышленности. Технический потенциал всегда увеличивается по мере совершенствования технологических разработок;
- валовый потенциал НВИЭ (теоретический) - это суммарная энергия, находящаяся в определенном виде энергоресурса.
Развитие энергетики на основе использования солнечной энергии на территории муниципального образования город Тула затруднительно и осложняется следующими факторами:
1. Погодозависимость установок. В пасмурную погоду выработка снижается до 20% по сравнению с ясной погодой. Сложность применения связанна с большим количеством осадковлетом и в межсезонье - дождь, зимой- снег, с количеством, приблизительно 188 мм в период ноябрь - март. Низкая среднесуточная выработка электроэнергиив зимний период в 5-10раз меньше, чем в летнийпериод для средней полосы.
2. Недостаточный потенциал, который вызван невысокими удельными мощностями солнечного излучения в средней полосе России. Значение суммарной солнечной радиации в кВт*ч/м2 (прямой ирассеянной) на горизонтальную поверхность при ясном небе приведено в табл. 1.
Значение суммарной солнечной радиации, кВт*ч/м2
Таблица 1
Месяц яянв ффев Ммарт Аапр ммай И. июнь ииюль аавг ссен оокт нноя ддек гГод
Географическая широта, 56 град.с.ш. 31 61 130 181 233 243 243 193 135 74 35 23 131,8
3. Стоимость оборудования очень высока, соответственно, период окупаемости очень велик. Далее приведены характеристики и размеры капитальных затрат строительства солнечных фотоэлектрических станций:
- SolarparkAltDaber, Германия. Объект введен в эксплуатацию в конце 2011г., занимает площадь 133га и имеет мощность 70МВт. Стоимость строительства составил для компании Belectric 150млн.евро;
- SanBellinoPVPowerPlant, Италия. Объект, стоимостью 250 млн. евро, был внедрен американской компанией SunEdison. Мощность фотоэлектрической станции составляет 70,5МВт.
4. Стоимость отпускаемой электроэнергии на выходе очень высокая. По данным Европейской Ассоциации Фотовольтаики (EPIA), к 2020г. стоимость электроэнергии, вырабатываемой «солнечными» системами, снизится с 0,25 € за кВт*ч до уровня менее 0,10€ за кВт*ч для промышленных установок и менее 0,15 € за кВт*ч для установок в жилых зданиях.
5. Необходимо задействовать большую площадь для размещения солнечных панелей и другого вспомогательного оборудования - 200га на 100МВт мощности.
6. Также необходимо устроить накопительные установки, чтобы была возможность запасать энергию для темного времени суток, но их стоимость превосходит стоимость солнечных фотоэлектрических станций, вырабатывающих электроэнергию лишь в течение светового дня.
Факторы, затрудняющие применение ветроэнергетики на территориях муниципального образования город Тула:
1. Недостаточный ветропотенциал - среднегодовая скорость ветра составляет 2,2 м/с или 8,2 км/ч.Наиболееблагоприятным месяцем является декабрь. При такой скорости ветра ветрогенератор вырабатывает около 30% от своей номинальной мощности. Данные по скорости ветра муниципального образования город Тула приведены в табл. 2.
Таблица2
Сведения по средней скорости ветра на территориях муниципального образования _ __город Тула^ по месяцам
Месяц яянв ффев Ммарт Аапр ммай И. июнь ииюль аавг ссен оокт нноя ддек гГод
Географическая широта, 56 град.с.ш. 32,5 62,5 12,5 12,5 22,2 22,1 21,9 11,8 12,0 72,4 32,5 22,6 ,2,3
2. Низкочастотный инфразвуковой шум, воспроизводимый ветрогенераторами при любой скорости ветра, оказывает негативное влияние на здоровье человека. Поэтому промышленные ветроэлектростанции необходимо устанавливать на значительном расстоянии от жилых кварталов.
3. Ветрогенератор должен находиться на высоте не менее 25м от земли, чтобы жилая застройка и лес не снизили скорость ветра, при этом необходимо отметить, что стоимость монтажа дороже стоимости самого ветрогенератора.
Факторы, затрудняющие применение теплонасосных установок (ТНУ) на территориях муниципального образования город Тула:
627
1. Капитальные вложения очень велики. Стоимость установки тепловой мощностью 10кВт (включая оборудование, монтаж, земляные работы) составляет в среднем 9,2 тыс. €.
2. Короткий срок безопасного использования ТНУ, это около 18000 часов в год. Превышение числа часов работы теплонасосных установок может привести к проседанию некоторых слоев грунта или более серьезным последствиям для микроклимата грунта и зданий, находящихсярядом со скважиной, поскольку тепловая регенерация используемого грунта осуществляется медленнее, чем мы расходуем теплоту грунта.
3. Затраты на потребляемую электроэнергию для работы теплонасосных установок (системы автоматики, циркуляционные насосы геоконтуров, компрессор) сравнимы с расходами на сжигание природного газа.
Основными факторами, затрудняющими использование биотопливных установок на территориях муниципального образования город Тула, является высокая удельная стоимость строительства в размере 3,5 тыс.€ за кВт установленной мощности, и следовательно, длительный период окупаемости.
Основными факторами, затрудняющими применение мусоросжигательных заводов на территориях муниципального образования город Тула, является их негативное воздействие на окружающую среду. Число мусоросжигательных заводов в мире в последние годы сокращается, при этом развивается сортировка и повторная переработка отходов.
Вышеприведенные факторы являются технологическими и экономическими ограничениями использования ВИЭ на территориях муниципального образования город Тула, определяющие экономическую неэффективность применения данных технологий в масштабах города.
Схема теплоснабжения города не регламентирует использование ВИЭ и ТНУ в целях автономного теплоснабжения объектов ЖКС, где вопросы применения ВИЭ решаются на уровне проектной документации. В частности технологии производства тепловой и электрической энергии на основе ВИЭ могут быть применены при индивидуальном строительстве, в основном, на территориях индивидуальной застройки, для создания источников теплоснабжения с относительно низкой мощностью не более 1Гкал/ч. При этом разрешительной документацией для строительства подобных индивидуальных проектов является не Схема теплоснабжения, а проектная документация на строительство объекта.
Список литературы
1. Федеральный закон от 27.07.2010 №190-ФЗ. О теплоснабжении.
2. Постановление Правительства РФ от 22.02.2012 № 154. О требованиях к схемам теплоснабжения, порядку их разработки и утверждения.
3. Пугач И., Серант Ф.А., Серант Д.Ф. Нетрадиционная энергетика - возобновляемые источники, использование биомассы, термохимическая подготовка, экологическая безопасность // Серия «Труды КОТЭС», 2006. Новосибирск.
Ковалев Роман Анатольевич, д-р техн. наук, директор института, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ковалева Анастасия Романовна, магистрант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF THE APPLICATION OF NEW AND RECONSTRUCTION OF EXISTING SOURCES OF THERMAL ENERGYWITH USING RENEWABLE ENERGY SOURCES
R.A. Kovalev, A.R. Kovaleva 628
The article discusses the structure of energy as an energy system, fuel and energy complex and prospects for the use of resources. An alternative to traditional - unconventional power engineering is shown; environmental safety requirements, renewable energy sources; their resources; classification; prospects for their use in the Tula region.
Key words: renewable energy, heat, energy efficiency.
Kovalev Roman Anatolievich, doctor of technical sciences, director of institute, kovalevdekan@mail. ru, Russia, Tula, Tula state university,
Kovaleva Anastasia Romanovna, master, kovalevaar@bk. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 697.34
ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ ОРГАНИЗАЦИИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ В ПОСЕЛЕНИЯХ С ЧИСЛЕННОСТЬЮ НАСЕЛЕНИЯ БОЛЕЕ 500 ТЫС. ЧЕЛОВЕК
Р. А. Ковалев, А.Р. Ковалева
Определены основные технологические особенности существующей организации теплоснабжения на примере городов России с численностью населения более 500 тысяч человек. Рассмотрены централизация и зоны действия источников теплоснабжения, структура систем централизованного теплоснабжения и организация теплоснабжения поселений.
Ключевые слова: теплоснабжение, ТЭЦ, тепловая мощность, централизация источников теплоснабжения, СЦТ, энергоэффективность.
Централизация и зоны действия источников теплоснабжения
В основном, исключая незначительное количество районов комплексной застройки территорий городов в последний десятилетний период, схемы теплоснабжения формировались на базе норм проектирования, введенных в действие в 60-х годах прошлого века. В соответствии с принятыми в то время концепциями размещения электро-и теплогенерирующего оборудования на территории Советского Союза, все городские поселения были разделены, в основном, на три группы [1]:
города с теплофикационной нагрузкой (спросом на тепловую мощность) более 1000 Гкал/ч;
города со спросом на тепловую мощность от 300 до 1000 Гкал/ч;
города со спросом на тепловую мощность меньше 300 Гкал/ч.
Для категории городов со спросом на тепловую мощность более 1000 Гкал/ч предусматривалось теплоснабжение от ТЭЦ общего пользования на органическом топливе. Крупные котельные в таких системах должны были работать в пиковых режимах.
Было показано, что для городов со спросом на тепловую мощность от 300 до 1000 Гкал/ч комбинированный способ производства тепловой и электрической энергии равноконкурентен с раздельным. Системы теплоснабжения в таких городах развивались, как правило, на базе промышленных ТЭЦ с одним или двумя выводами мощности
