Децентралізація теплопостачання у житлово-комунальному секторі.

Увага споживачів до недоліків існуючих систем централізованого теплопос­тачання значно зросла, оскільки кожен відчуває значне подорожчання вартості його послуг. Почалися активні пошуки альтернативних способів тепло поста­чан­ня, направлених насамперед, на здешевлення послуг теплопостачання і під­ви­щення їх надійності та якості. На цей час процес децентралізації відбувається стихійно і на його розвиток впливають, головним чином, уявлення споживачів щодо бажаних умов створення теплового комфорту, купівельна спроможність промислових підприємств і населення щодо придбання власних джерел генерації тепла. Стосовно масштабу переходу, наприклад, мешканців Полтави на індивідуальне опалення свідчить той факт, що на засіданнях комісії міськ­ви­конкому двічі у місяць розглядували по 200 – 250 заяв про відключення від цен­т­ралізованого опалення.

Підвищуючи тарифи, енергетична монополія закручує енергетичні "лещата", які її ж витискують з ринку. Системи централізованого теплопостачання почали втрачати навантаження, а з ним – і можливості реконструкції та модернізації обладнання. Тому варіант з індивідуальними системами теплопостачання може розглядатися як прийнятий для нового будівництва за умови його належного техніко-економічного обґрунтування.

Теплопостачання споживачів України забезпечується переважно промисло­вими та опалювальними ТЕЦ, великими та середніми районними опалюваль­ними котельнями, груповими та автономними промислово-опалювальними ко­тельнями, дрібними автономними опалювальними котельнями, поквартир­ними генераторами, джерелами теплових вторинних енергоресурсів, нетрадиційними та відновлюваними джерелами теплової енергії.

На даний час в країні працюють близько 250 ТЕЦ, з яких більше 200 – дрібні відомчі промислові установки, введенні в дію у 30 – 80-х роках минулого століття. Основним паливом для ТЕЦ є природний газ (76–80%,) мазут (15–18%) та вугілля (5–6%). Обладнання на більшості ТЕЦ застаріле, не відповідає сучасним екологічним вимогам та нормативам, потребує реконструкції і модернізації. Закономірним результатом цього стали соціальні катастрофи, пов'язані із заморожуванням цілих міст.

Крайня зношеність старих трубопроводів теплових мереж веде до того, що тепловтрати в них доходять до 60 %. ККД старого котельного устаткування складає 60–70 %, а з урахуванням втрат в тепломережах знижується до 50 %. У якості прикладу можна навести сучасний стан Херсонської ТЕЦ. Уперше за 55 років її існування за допомогою ультразвукової діагностики (УЗД) була отримана об'єктивна інформація щодо її технічного стану. З'ясувалось, що 54% мережних трубопроводів міста вже давно не мають істотного запасу робочого ресурсу. УЗД теплових мереж виявила численні прориви, з яких кожну годину в землю витікає 350 кубометрів гарячої води, що становить 45% її загальної витрати.

Актуальність розвитку систем децентралізованої енергетики обумовлена, з одного боку - незадовільною якістю, ненадійністю і високою вартістю забез­пе­чення теплових і електричних споживачів від централізованих джерел, з іншого боку - появою на ринку України локальних високоефективних джерел тепла – електрокотлів, тепло акумуляторів, малих газових котлів і міні-котелень з висо­кими значеннями коефіцієнта використання палива (твердого, рідкого та газо­во­го), когенераційних джерел тепло- і електропостачання, електромеха­нічних теплогенераторів, теплових насосів тощо.

Об'єктивними передумовами впровадження автономних (децентралізованих) систем теплопостачання є: відсутність у ряді випадків вільних потужностей на централізованих джерелах у районах нової забудови; великі втрати теплової енергії в магістральних і розподільчих мережах. Сучасні тенденції змін цін на природний газ обумовлюють значні складнощі подальшого розвитку в Україні тра­ди­ційних паротурбінних ТЕЦ. При цьому необхідно розуміти, що повна відмова від ЦО недалекоглядна, більш того – неможлива, оскільки його частка в наший країні дуже велика. Порівняння екологічних впливів централізованих та децент­ралізованих джерел теплопостачання на навколишнє середовище в зонах щіль­ного проживання мешканців свідчить о суттєвих перевагах великих ТЕЦ та ко­тельних, особливо тих, яки розташовані за межами міст.

На цей час децентралізовані теплоджерела мають нижчі капіталовкладення і можливість повної автоматизації режимів, підтримки комфортних умов за влас­ним бажанням споживачів, зниження втрат теплоти через відсутність зовнішніх теплових мереж, значного зменшення витрат на ремонт і обслуговування устаткування, відсутність необхідності відведення землі під теплові мережі і котельні.

Сучасні квартирні теплогенератори на газовому паливі мають ККД 92–109 %. Коефіцієнт корисного використання палива у міської котельні значно нижчий.

Розглянемо основні енергозберегаючі установки генерації теплової енергії у по­буті та промисловості при децентралізації енергопостачання, що впровад­жу­ють­ся зараз і перспективні в майбутньому: побутові газові та електричні водонаг­рі­ва­чі і котельні установки, локальні акумуляційні водонагрівачі; когенераційні установки малої потужності, устрої гідродинамічного нагрівання (УГД), які от­римали назву ²Термер²; теплові насоси.

Побутові водогрійні котли. Ринок побутових котлів і конвекторів в Україні досяг європейського рівня ро­з­витку і продовжує інтенсивно розвиватися. Їх виробництво по суті перет­во­рилося на окрему галузь машинобудування, яка здатна задовольнити потреби вітчизняного ринку і має істотний експортний потенціал в країни СНД, а окремі виробники досягли європейського рівня виробництва. Вітчизняні котли малої по­тужності за основними експлуатаційними показниками і якістю не посту­паю­ть­ся імпортним (ККД 92-95%), розраховані на специфічні умови експлуатації в країні і відповідають вимогам вітчизняних споживачів. Питома вартість малих газових котлів вітчизняних фірм-виробників дорівнює 80 грн – 120 грн/кВт, закордонних – 20 – 40 USD / кВт.

Закордонні побутові газові двоконтурні конденсаційні котли (ККД до 109 %) поєднують в собі найкращі риси - надійність та високу ефективність при спо­жи­­ванні незначної кількості енергії, що досягається за рахунок використання тепла конденсації і забезпечує заощадження на опаленні без економії на ком­форті, але мають досить високу питому вартість (60 – 140 USD/кВт).

Основними категоріями споживачів побутових котлів малої потужності (умов­но до 30 кВт)на ринку є: а) жителі індивідуальних будинків в селах і невеликих містах (димохідні котли); б) жителі багатоквартирних будинків в районних цен­т­рах і малих містах (перевага парапетних котлів), обласних центрів і котеджів (настінні котли). Споживачами котлів потужністю 50-100 кВтє школи, дитячі садки і організації малого і середнього бізнесу.

Міні ТЕЦ. Останнім часом знаходять усе більш широке застосування малі тепло­елек­т­роцентралі (міні- і мікро-ТЕЦ). Основу міні- і мікро-ТЕЦ складають працюючі в когенераційному режимі електроагрегати з приводом від дизеля або поршне­вого двигуна; котли-утилізатори вихлопних газів; водогрійні або парові котли.

Перспективною є надбудова діючих котелен дизельними двигунами, що пра­цюють у газодизельному режимі. При цьому витрачається 85 – 90% природ­ного газу і 10 – 15% моторного палива при коефіцієнті використання палива 75 % – 80 %. Вартість дизельних двигунів у 1.8 – 4 рази нижче газопоршневих і газо­турбінних установок.

З огляду на обмеження будівництва джерел енергії на природному газі, коге­нераційні установки невеликої й середньої потужності можуть знайти застосу­вання при використанні альтернативних джерел палива, таких як біогаз різного походження, коксовий газ, шахтний метан.

Електронагрівачі. У світовій енергетиці накопичений значний досвід застосування електрич­ного нагріву в системах теплопостачання споживачів. Подорожчання газу при збереженні існуючої структури генерації електроенергії, для якої використо­ву­ється переважно вугілля й уран, істотно підвищить роль електричної енергії як засобу витіснення імпортних палив з паливно-енергетичного балансу країни.

Електроенергія являє собою універсальний енергоносій. Зручність передачі й використання, легкість створення електросилових установок, екологічна чис­тота обумовили створення в промислових країнах світу розвиненої інфра­струк­тури електропостачання. Електроенергія забезпечує найбільш комфортні умови обігріву, гарячого водопостачання (ГВП), вентиляції й кондиціювання приміщень, готування їжі.

Системи електронагріву в силу високої інерційності процесів передачі тепла мають низьку чутливість до режимів споживання електроенергії. Ця власти­ві­сть посилюється за рахунок застосування акумуляторів тепла. При цьому система електронагрівання може служити ефективним споживачем - регулятором, що допускає багатогодинні перерви електроживлення без істотного погіршення якості теплопостачання. Системи акумуляційного нагріву широко застосовують в США, Австралії, Новій Зеландії, країнах півдня Європи. У регіонах централь­ної й північної Європи застосовують електроопалення з акумуляційними елек­т­рокотлами.

Акумулятивні водонагрівачі. Найбільш широке впровадження у світі (зокрема в країнах ЄС) знаходять аку­муляційні водонагрівачі (АВН). Загальне споживання електроенергії АВН країн Євросоюзу оцінюється в 87 ТВт.год, що становить близько 15 % загаль­ного споживання електроенергії житловим сектором ЄС. Системи АВН вико­ристовують близько 43,5 млн. домогосподарств або 30 % від 142 млн. домо­господарств ЄС.

На цей час відомо багато технологій і пристроїв, що дозволяють ефективно використовувати електронагрів для заміщення водогрійних і парових котлів у системах теплопостачання. До них належать, зокрема, електрокотли резістив­но­го і ємнісного типів. Сучасна номенклатура електрокотлів забезпечує практик­но будь-які параметри відпуску тепла.

Однак при реконструкції й модернізації існуючих систем теплопостачання із заміною тільки теплогенеруючого обладнання при збереженні трубопроводів і приборів контуру, що гріє, застосування електрокотлів не завжди прийнятне за умовами корозійної стійкості тепломережі під дією струмів витоків і за умо­вами електробезпечності.

Гідродинамічні водонагрівачі. Виключити контакт струмоведучих частин з рідиною, що нагрівається, за­без­печивши безпеку й довговічність опалювальної системи, дозволяє механічне нагрівання води. Всі пристрої механічного нагрівання рідини використовують ефект гідродинамічного перетворення механічної енергії в теплову. Виділення тепла в об'ємі рідини збільшується з ростом швидкості руху її часток.

Найбільші швидкості нагрівання рідин, а отже й об'ємній щільності виді­лен­ня тепла, забезпечують гідродинамічні установки (УГД) «Термер», які розроб­ле­но інжиніринговою компанією «Гідротрансмаш».

В умовах України УГД «Термер» забезпечують ефективне рішення задач теп­лопостачання. Вони поставляються в блоковому виконанні, можуть встанов­люватися в осередках існуючих котлів, приєднуватися до існуючих теплових мереж та нагрівати мережну воду відповідно до будь-якого графіку теплопостачання.

Теплові насоси. Економічні умови, що склалися в Україні до останнього часу, не сприяли розвитку теплонасосної техніки побутового призначення через відносно низьку ціну на природний газ порівняно з електроенергією. Тому не див­но, що теплові насоси використовують, головним чином, у комерційній сфе­рі, де вони більш вигідні для власників, ніж теплозабезпечення від централі­зо­ва­них мереж. За даними фірм - виробників, щорічний обсяг реалізації повітряних кондиціонерів та реверсивних теплових насосів в Україні складає 140 тис. од., половина з них використовується у Києві, інші – у Донбасі та Криму.

Висновки. Виходячи з проведеного аналізу основних тенденцій світового розвитку систем теплопостачання, можна стверджувати, що в умовах України, як і в цілому в світі, повинні відбутися радикальні зміни в структурі джерел теплопостачання. Прогнозується поступове витіснення газових котелень та ТЕЦ новими технологіями. Враховуючи обмежені власні запаси вуглеводневих палив, суттєве підвищення цін на імпортовані енергоносії, постійне зростання потреб в теплі, підґрунтям енергетичної політики у галузі теплопостачання має стати енергозбереження у сфері споживання і докорінне підвищення енергоефективності у сфері генерації, транспорту та розподілу тепла. Реалізація енергозберігаючих заходів у секторі споживання передбачає перехід на сучасні норми та стандарти у громадянському будівництві, у першу чергу - у сфері будівництва та реконструкції житлового фонду, у всіх галузях промисловості. Головним напрямом розвитку систем генерації, транспорту та розподілу тепла має стати зниження рівнів споживання природного газу за рахунок підвищення ефективності його використання, розвитку систем теплопостачання на базі електричної енергії, вугілля, позабалансових, нетрадиційних та відновлюваних джерел енергії, вторинних енергетичних ресурсів, природних теплових ресурсів, тощо.

Основні результати оціночних розрахунків вартості виробництва однієї Гкал теплової енергії (грн/Гкал) з використанням існуючих технологій наведені на рис.16.1.

З урахуванням сезонного ходу температур повітря у характерних кліматичних зонах України тривалість використання газових котлів становитиме у таких системах не більше 10% від тривалості опалювального сезону, у той час як рештку часу будуть працювати теплові насоси, улітку вони будуть виконувати функції кондиціонування приміщень.

Рис. 16.1. Орієнтовна вартість виробництва теплової енергії різними типами теплоджерел.