« Разработка и внедрение энергосберегающей теплонасосной технологии нового поколения с использованием НВИЭ для повышения эффективности работы систем теплоснабжения зданий и сооружений в Республике Казахстан» « Разработка и внедрение энергосберегающей теплонасосной технологии нового поколения с использованием НВИЭ для повышения эффективности работы систем теплоснабжения зданий и сооружений в Республике Казахстан» А.Ш.Алимгазин, ЕНУ им.Л.Н.Гумилева, профессор кафедры Теплоэнергетика, доктор технических наук г.Астана, 2012 г. Казахстан

В настоящее время вопросы энергосбережения и эффективного использования возобновляемых и альтернативных источников энергии, являются одними из приоритетных направлений развития различных отраслей экономики Республики Казахстан В настоящее время вопросы энергосбережения и эффективного использования возобновляемых и альтернативных источников энергии, являются одними из приоритетных направлений развития различных отраслей экономики Республики Казахстан

Тепловой насос компактная, экономичная и экологически чистая система, позволяющая получать тепло для отопления и ГВС за счет аккумулирования тепла от низкопотенциальных источников (грунтовые и артезианские воды, тепло земных недр, промышленные и бытовые стоки, воды технологических циклов) и переноса его к теплоносителю с более высокой температурой компактная, экономичная и экологически чистая система, позволяющая получать тепло для отопления и ГВС за счет аккумулирования тепла от низкопотенциальных источников (грунтовые и артезианские воды, тепло земных недр, промышленные и бытовые стоки, воды технологических циклов) и переноса его к теплоносителю с более высокой температурой

Принцип работы ТНУ ТНУ имеет 4 основных элемента: испаритель, компрессор, конденсатор и сбросной клапан. В испарителе хладагент нагревается до температуры С, отобранной из окружающей среды (из земли, воды, воздуха), закипает и испаряется. Полученный пар сжимается компрессором, и при росте давления температура хладагента поднимается до С. Эта температура отдается через теплообменник конденсатора рабочей жидкости отопительного контура, и хладагент обратно конденсируется. Сбросной клапан сбрасывает давление, перепуская хладагент в испаритель. ТНУ имеет 4 основных элемента: испаритель, компрессор, конденсатор и сбросной клапан. В испарителе хладагент нагревается до температуры С, отобранной из окружающей среды (из земли, воды, воздуха), закипает и испаряется. Полученный пар сжимается компрессором, и при росте давления температура хладагента поднимается до С. Эта температура отдается через теплообменник конденсатора рабочей жидкости отопительного контура, и хладагент обратно конденсируется. Сбросной клапан сбрасывает давление, перепуская хладагент в испаритель.

Источники низкопотенциальной теплоты (с температурой от +5 0 С до С) для теплонасосных систем теплоснабжения теплота грунтов, подземных вод, теплота близлежащих естественных водоемов; теплота грунтов, подземных вод, теплота близлежащих естественных водоемов; сбросная теплота промышленных стоков предприятий (очистных сооружений крупных городов и населенных пунктов, стоков банно-прачечных комбинатов, сбросная теплота холодильных и насосных перекачивающих станций и т.п.); сбросная теплота промышленных стоков предприятий (очистных сооружений крупных городов и населенных пунктов, стоков банно-прачечных комбинатов, сбросная теплота холодильных и насосных перекачивающих станций и т.п.); сбросная теплота крупных промышленных предприятий регионов (оборотная вода технологических циклов ТЭЦ, ГРЭС, шахтные воды и т.д.); сбросная теплота крупных промышленных предприятий регионов (оборотная вода технологических циклов ТЭЦ, ГРЭС, шахтные воды и т.д.); теплота обратной линии тепловых сетей; теплота обратной линии тепловых сетей; теплота вытяжного воздуха систем вентиляции, кондиционирования зданий теплота вытяжного воздуха систем вентиляции, кондиционирования зданий

Низкопотенциальные источники теплоты в ТНУ

Применение ТНУ в мире Развитие и усовершенствование ТНУ, постоянно возрастающий спрос на них, привели к тому, что многие высокоразвитые страны мира (США, Япония, Швеция, Германия, Финляндия и т.д.) используют их как основной источник в системах отопления и горячего водоснабжения жилых, общественных и производственных помещений, при утилизации низкопотенциальной теплоты в промышленности, ЖКХ, сельском хозяйстве. Развитие и усовершенствование ТНУ, постоянно возрастающий спрос на них, привели к тому, что многие высокоразвитые страны мира (США, Япония, Швеция, Германия, Финляндия и т.д.) используют их как основной источник в системах отопления и горячего водоснабжения жилых, общественных и производственных помещений, при утилизации низкопотенциальной теплоты в промышленности, ЖКХ, сельском хозяйстве.

в Швеции около 70% всего отопления обеспечивают геотермальные тепловые насосы. В Стокгольме 12% отопления города обеспечивается геотермальными тепловыми насосами общей мощностью 320 МВт, использующими как источник тепла Балтийское море с температурой + 8°С; в Японии ежегодно производится около 3 млн. тепловых насосов различной мощности; в Германии предусмотрена дотация государства на установку тепловых насосов в размере 200 евро за каждый кВт установленной мощности

Примеры применения тепловых насосов в КНР На предприятии по очистке сточ-ных вод (г.Шэньян) установлено оборудование - тепловые насосы типа GSHP (8,8 МВт). Источник низкопотенциальной теплоты - сточные воды с температурой до 20 С и объемом до м3/час. Твод., подаваемой потребителю 70 С. Суммарная проектная мощность теплонасосной станции, работающей от теплоты сточных вод, составит 280 мВт (30 машин) и позволит обеспечить теплом до 1/3 объектов теплоснабжения в г.Шэньян

В странах СНГ внедрение ТНУ не получило достаточно широкого распространения по целому ряду причин (относительно низкая стоимость органического топлива до середины 90-х годов ХХ века, ориентация на центра- лизованное теплоснабжение и отсутствие необходимого оборудования) и на данный момент находится на начальной стадии, например, в России работает около 3000 ТНУ, а в Казахстане их порядка 400.

Эффективность внедрения ТНУ в Республике Казахстан Эффективность применения тепловых насосов в Республике Казахстан будет более высока, чем в большинстве других стран, из-за: Эффективность применения тепловых насосов в Республике Казахстан будет более высока, чем в большинстве других стран, из-за: жестких климатических условий; жестких климатических условий; продолжительного отопительного периода, достигающего от 200 до 250 дней в году продолжительного отопительного периода, достигающего от 200 до 250 дней в году

Нормативно-законодательная база для внедрения теплонасосных технологий в Республике Казахстан Закон РК «О поддержке использования возобновляемых источниках энергии» (165-IV от 4 июля 2009 г.); Закон РК «О поддержке использования возобновляемых источниках энергии» (165-IV от 4 июля 2009 г.); Закон РК «Об энергосбережении и повышении энергоэ- ффективности» (принят Парламентом РК г.); Закон РК «Об энергосбережении и повышении энергоэ- ффективности» (принят Парламентом РК г.); Закон РК «О внесении изменений и дополнений в некоторые законодательные акты Республики Казахстан по вопросам энергосбережения и повышения энергоэффективности» » (принят Парламентом РК г.); Закон РК «О внесении изменений и дополнений в некоторые законодательные акты Республики Казахстан по вопросам энергосбережения и повышения энергоэффективности» » (принят Парламентом РК г.); нормативные документы «Руководство по применению тепловых насосов с использованием нетрадиционных возобновляемых источников энергии и вторичных энергетических ресурсов» нормативные документы «Руководство по применению тепловых насосов с использованием нетрадиционных возобновляемых источников энергии и вторичных энергетических ресурсов»

Научные достижения в г.г. получено 5 инновационных патентов Республики Казахстан на теплонасосные установки; в г.г. получено 5 инновационных патентов Республики Казахстан на теплонасосные установки; разработаны и утверждены Агентством РК по делам строительства и ЖКХ (ноябрь 2009 г.) нормативные документы по применению ТНУ в Республике Казахстан; разработаны и утверждены Агентством РК по делам строительства и ЖКХ (ноябрь 2009 г.) нормативные документы по применению ТНУ в Республике Казахстан; издана первая в РК монография по теплонасосным технологиям(2010 г.); издана первая в РК монография по теплонасосным технологиям(2010 г.); в 2010 году совместно с коллегами из ЗАО «Энергия» (г. Новосибирск) подана заявка на международный патент по разработке теплонасосной технологии нового поколения, которая позволяет подавать теплоноситель в систему отопления с температурой до 80 0 С, в то время как все существующие зарубежные аналоги могут обеспечить только С в 2010 году совместно с коллегами из ЗАО «Энергия» (г. Новосибирск) подана заявка на международный патент по разработке теплонасосной технологии нового поколения, которая позволяет подавать теплоноситель в систему отопления с температурой до 80 0 С, в то время как все существующие зарубежные аналоги могут обеспечить только С

При реализации этих технологий вместо существующих систем автономного энергоснабжения (угольные котельные, котельные на жидком топливе, электро- котлы) будут получены значительные экономический и экологический эффекты: - снижение в 2-4 раза бюджетных средств, выделяемых на теплоснабже-ние с традиционными котельными; - снижение в 2-4 раза бюджетных средств, выделяемых на теплоснабже-ние с традиционными котельными; - полное отсутствие выбросов в атмосферу; - полное отсутствие выбросов в атмосферу; - малый срок окупаемости проектов (2-4 года) - малый срок окупаемости проектов (2-4 года)

За годы группой наших компаний в Республике Казахстан внедрены: - свыше 130 пилотных объектов в различных климатических регионах Республики Казахстан, в том числе: - свыше 130 пилотных объектов в различных климатических регионах Республики Казахстан, в том числе: - АО «Казцинк»(г.Усть-Каменогорск); - АО «Казцинк»(г.Усть-Каменогорск); - Черемшанская птицефабрика ВКО; - Черемшанская птицефабрика ВКО; - ГУ «Восточно-Казахстанская областная специальная школа-интернат для детей-сирот»(г.Усть-Каменогорск); - ГУ «Восточно-Казахстанская областная специальная школа-интернат для детей-сирот»(г.Усть-Каменогорск); - Комплекс административно-производственных зданий АО «Парк ядерных технологий» (г.Курчатов ВКО); - Комплекс административно-производственных зданий АО «Парк ядерных технологий» (г.Курчатов ВКО); - административные и производственные здания, фермерские хозяйства, ряд коттеджей; - административные и производственные здания, фермерские хозяйства, ряд коттеджей; - объекты малого и среднего бизнеса - объекты малого и среднего бизнеса Тепловая мощность установленных составляет от 5 кВт до Тепловая мощность установленных составляет от 5 кВт до кВт кВт

Краткая характеристика объекта теплоснабжения с применением ТНУ - ГУ «Восточно-Казахстанская областная школа - интернат для детей - сирот» (г.У-Каменогорск ) Общая отапливаемая площадь объекта м2,Общая отапливаемая площадь объекта м2, Расход топлива за отопительный сезон 127,0 тыс.литров дизельного топлива общей стоимостью свыше 8,5 млн.тенгеРасход топлива за отопительный сезон 127,0 тыс.литров дизельного топлива общей стоимостью свыше 8,5 млн.тенге Вместо двух котлов на жидком топливе (марки «Buran Boyler») установлен тепловой насос типа GSHP- 310 тепловой мощностью 310 кВт и электрической мощностью 60 кВт. Вместо двух котлов на жидком топливе (марки «Buran Boyler») установлен тепловой насос типа GSHP- 310 тепловой мощностью 310 кВт и электрической мощностью 60 кВт. Экономический эффект - применение такой установки позволило снизить ежегодные затраты на отопление, по результатам отопительных сезонов года, в 4 разаЭкономический эффект - применение такой установки позволило снизить ежегодные затраты на отопление, по результатам отопительных сезонов года, в 4 раза

Общий вид школы, устройство, панель управления теплового насоса типа GSHP – 310 для автономного теплоснабжения ГУ «Восточно-Казахстанская областная школа-интернат для детей-сирот »

Первый в Республике Казахстан промышленный тепловой насос НТ-3000 (тепловая мощность 3,7 Гкал) запущен на АО «Казцинк» в декабре 1999 г. (г.Усть-Каменогорск)

Применение ТНУ для отопления «Комплекса административно-производственного назначения» АО «Парк ядерных технологий» (г.Курчатов) Общая площадь обогрева объекта – м 2, Общая площадь обогрева объекта – м 2, Год реализации проекта год Год реализации проекта год Вместо двух котлов на жидком топливе (фирма Wiеssman) были установлены 2 тепловых насоса типа GSHP-380 и GSHP-250. Вместо двух котлов на жидком топливе (фирма Wiеssman) были установлены 2 тепловых насоса типа GSHP-380 и GSHP-250. Источник теплоты - грунтовые воды. Создана инженерная система подающих и сбросных скважин, обеспечивающая надежную работу агрегатов, которые хорошо зарекомендовали себя в отопительные сезоны года с сильными и продолжительными морозами. Источник теплоты - грунтовые воды. Создана инженерная система подающих и сбросных скважин, обеспечивающая надежную работу агрегатов, которые хорошо зарекомендовали себя в отопительные сезоны года с сильными и продолжительными морозами.

Проекты по применению ТНУ, над которыми ведутся работы в настоящее время Теплоснабжение на ряде объектов Министерства обороны РК (Щучинско-Боровская зона), Министерства по ЧС РК (вместо существующих котельных на жидком и твердом видах топлива); Теплоснабжение на ряде объектов Министерства обороны РК (Щучинско-Боровская зона), Министерства по ЧС РК (вместо существующих котельных на жидком и твердом видах топлива); Реконструкция системы отопления 5 жилых домов АО «Санаторий Щучинский» (г.Щучинск); Реконструкция системы отопления 5 жилых домов АО «Санаторий Щучинский» (г.Щучинск); Реконструкция теплоснабжения учреждений образова- ния: средни е школы г.Астаны, СШ 38 г.Семей (вместо существующих котельных) Реконструкция теплоснабжения учреждений образова- ния: средни е школы г.Астаны, СШ 38 г.Семей (вместо существующих котельных) Реконструкция систем отопления объектов АО «Астана- СуАрнасы»; Реконструкция систем отопления объектов АО «Астана- СуАрнасы»; Реконструкция системы теплоснабжения объекта «Детская деревня г.Темиртау» Реконструкция системы теплоснабжения объекта «Детская деревня г.Темиртау»

Рабочей группой акимата г.Астаны разраба- тывается проект «Регионального комплексного плана мероприятий энергосбережения г.Астаны на годы»,согласно которого предусматривается применение ТНУ на ряде объектов социальной сферы столицы с использованием теплоты грунта, грунтовых вод (объекты здравохранения, образования), а также сбросной теплоты предприятий (АО «АстанаСуАрнасы») Рабочей группой акимата г.Астаны разраба- тывается проект «Регионального комплексного плана мероприятий энергосбережения г.Астаны на годы»,согласно которого предусматривается применение ТНУ на ряде объектов социальной сферы столицы с использованием теплоты грунта, грунтовых вод (объекты здравохранения, образования), а также сбросной теплоты предприятий (АО «АстанаСуАрнасы»)

Планируемые пилотные проекты по применению теплонасосных систем теплоснабжения на объектах социальной сферы г.Астаны (2012 г г.г.) Планируемые пилотные проекты по применению теплонасосных систем теплоснабжения на объектах социальной сферы г.Астаны (2012 г г.г.) Наименова- ние объекта Используе- мое топливо Затраты на внедрение ТНУ, млн.тг Эксплуатационные затраты, млн.тенге/год допослеэкономия Школа 20Дизельное топливо 27,010,142,87,34 Школа 45Электро- котлы 31,57,793,124,67 Школа 41Дизельное топливо 32,514,023,7610,26 Школа 44 Д/сад 39 Дизельное топливо 35,7 24,5 17,43 9,22 4,12 2,96 13,31 6,26 ИТОГО: - 151,2 58,616,7641,84 Общая экономия – 41,86 млн. тенге в год Средняя окупаемость проектов – 3,5 года

Сравнение различных видов автономного теплоснабжения ГУ «Средняя школа 44» г. Астаны (стадия разработки ПСД) Показатели Котельная на дизтопливе Теплонасосная станция из 3-х SDW5-40Т Стоимость оборудования, тыс.тенге Энергоносители Дизельное топливоЭлектрический ток Потребление энергоносителей л кВт*час Эксплуатационные затраты, тыс.тенге/год Стоимость 1 Гкал тепла, тенге/Гкал Пожаровзрывоопасность Опасен Безопасен Срок окупаемости - 2,63 года

Использование сбросной теплоты циркуляционной воды ТЭЦ-2 г.Астаны Перспективным представляется (совместно со специалистами из КНР, РФ) реализация пилотного энергосберегающего проекта в г.Астане с использованием теплоты циркуляционной воды ТЭЦ-2 для теплоснабжения строящихся объектов зоны Парка индустриально-инновацион-ного развития столицы.Перспективным представляется (совместно со специалистами из КНР, РФ) реализация пилотного энергосберегающего проекта в г.Астане с использованием теплоты циркуляционной воды ТЭЦ-2 для теплоснабжения строящихся объектов зоны Парка индустриально-инновацион-ного развития столицы. Параметры сбросной воды, идущей на градирни ТЭЦ-2: Параметры сбросной воды, идущей на градирни ТЭЦ-2: - температура С;- температура С; - объем до м3/ час- объем до м3/ час

Канализационно-очистные сооружения АО «Астана Су Арнасы » В г.г. запланиро- вано применение ТНУ с утилизацией теплоты очищенных сточных вод на объектах 1 и 2 очереди предприятия: станция ультрафиолетового обеззараживания (УФО); насосная станция биоло- гически очищенных сточных вод (НС); здание флотофильтров (ФФ); реагентное хозяйство (РХ).

РЕЗЮМЕ Резюме Резюме Внедрение новых энергосберегающих тепло-насосных систем теплоснабжения с использованием возобновляемых и низкопотенциальных источников теплоты дает возможность: существенного снижения расхода органичес-кого топлива, что позволит значительно уменьшить эффект неблагоприятного воздействия на окружающую среду от сжигания различных видов топлив; существенного снижения расхода органичес-кого топлива, что позволит значительно уменьшить эффект неблагоприятного воздействия на окружающую среду от сжигания различных видов топлив; повышения эффективности систем тепло- снабжения зданий и сооружений; повышения эффективности систем тепло- снабжения зданий и сооружений; уменьшения парникового эффекта. уменьшения парникового эффекта.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ ! СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ ! ЗА ВНИМАНИЕ !