Конкурентноспособность ТЭЦ и котельных энергоснабжающих организаций России на рынке производства и передачи тепловой и электрической энергии в значительной степени зависит от температуры обратной сетевой воды, возвращаемой Потребителями. Тепловая мощность, расход сетевой воды и температура прямой сетевой воды поддерживаются на ТЭЦ и котельных на нужном уровне по заданию диспетчера Объединенной диспетчерской службы городов и областей РФ, обычно с верхней срезкой температур прямой сетевой воды на уровне 100-110°С при температурах наружного воздуха ниже минус 8-12°С (величины для г.С-Петербурга при температурном графике 150/70°С) и c нижней срезкой температур прямой сетевой воды на уровне 70°С (для закрытых схем ГВС) при температурах наружного воздуха более плюс 2°С или 65°С (для открытых схем ГВС) при температурах наружного воздуха более плюс 4°С.
Конкурентоспособность ТЭЦ и котельных энергоснабжающих организаций России на рынке производства и передачи тепловой и электрической энергии в значительной степени зависит от температуры обратной сетевой воды, возвращаемой Потребителями.
Тепловая мощность, расход сетевой воды и температура прямой сетевой воды поддерживаются на ТЭЦ и котельных на нужном уровне по заданию диспетчера Объединенной диспетчерской службы городов и областей РФ, обычно с верхней срезкой температур прямой сетевой воды на уровне 100-110°С при температурах наружного воздуха ниже минус 8-12°С (величины для г.С-Петербурга при температурном графике 150/70°С) и c нижней срезкой температур прямой сетевой воды на уровне 70°С (для закрытых схем ГВС) при температурах наружного воздуха более плюс 2°С или 65°С (для открытых схем ГВС) при температурах наружного воздуха более плюс 4°С.
Согласно Правилам технической эксплуатации тепловых энергоустановок и Правилам технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ температура сетевой воды в подающих тепломагистралях по температурному графику задается по усредненной температуре наружного воздуха за промежуток времени в пределах 12 – 24 ч, определяемый диспетчером тепловой сети в зависимости от длины сетей, климатических условий и других факторов. При этом, допустимое отклонение температуры сетевой в подающих тепломагистралях может составлять ± 3% от заданного режима.
Температура обратной сетевой воды является для энергоснабжающих организаций неуправляемым параметром и регламентируется режимом работы всей системы теплоснабжения (источник теплоты + тепловые сети + Потребитель).
Потребитель – это индивидуальный тепловой пункт с узлом учета тепловой энергии, система отопления, система теплоснабжения калориферов вентиляции и тепловых завес, система горячего водоснабжения и система теплоснабжения технологических процессов
На температуру обратной сетевой воды в большей мере оказывает влияние Потребитель.
В настоящее время правовые взаимоотношения между энергоснабжающей организацией и Абонентом в части соблюдения режимов теплопотребления и поддержания температуры обратной сетевой воды регламентируются следующими документами:
- Гражданским кодексом РФ (ГК), часть II § 6 «Энергосбережение», статья 543Г.
- Федеральным законом (ФЗ) РФ от 27.07.2010г. №190-Ф3, глава 4, статья 15, п.10.
- Правилами технической эксплуатации тепловых энергоустановок (ПТЭ), зарегистрированных в Минюсте РФ от 02.04.2003г.,рег.№4358,п.9.2.1.
- Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации, зарегистрированных в Минюсте РФ от 20.06.2003г.,рег.№4777,п.4.11.1.
- Правилами организации теплоснабжения в Российской Федерации, утв.Постановлением Правительства РФ от 08.08.2012г. №808, пп.21, 23 и 26.
В соответствии с п.9.2.1 ПТЭ-2003 среднесуточная температура обратной сетевой воды не должна превышать заданную температурным графиком температуру более чем на 5%, а согласно п.4.11.1 Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ – более чем на 3%.
Согласно вышеуказанным нормативным документам понижение температуры сетевой воды в обратных тепломагистралях ТЭЦ и котельных по сравнению с графиком не лимитируется.
В типовых договорах большинства энергоснабжающих организаций регламентируется, что фактическая среднесуточная температура обратной сетевой воды не должна превышать заданную температурным графиком температуру более чем на 3°С. В противном случае, при наличии у Абонента узла учета тепловой энергии (теплосчетчика) расчет отпущенной тепловой энергии осуществляется энергоснабжающей организацией по температурному перепаду, предусмотренному графиком при фактических величинах среднесуточной температуры прямой сетевой воды и среднесуточному расходу сетевой воды.
Т.о. Абонент оплачивает за расчетный ежемесячный период использованную тепловую энергию по показаниям узла учета тепла, а также производит дополнительную оплату за «недоиспользованную» тепловую энергию, величину которой рассчитывает энергоснабжающая организация по формуле:
∆Wнедоисп. = М2•[Т2факт.- (Т2график + 3)]/1000,
где: ∆Wнедоисп.- величина «недоиспользованной» тепловой энергии за расчетный ежемесячный период, Гкал; М2 – количество теплоносителя, возвращенного энергоснабжающей организации по обратному трубопроводу, за расчетный ежемесячный период по показаниям узла учета тепла (количество теплоносителя на системы отопления, вентиляции и технологию),т; Т2факт.- фактическая среднемесячная температура в обратном трубопроводе по показаниям узла учета тепла,°С; Т2график – температура сетевой воды в обратном трубопроводе по температурному графику при фактической среднемесячной температуре сетевой воды в подающем трубопроводе по показаниям узла учета тепла, °С; 3°С – допустимая величина превышения температуры в обратном трубопроводе; 1000 – коэффициент для перевода в Гкал.
Степень и характер влияния значения температуры обратной сетевой воды на энергоэффективность выработки тепла и электроэнергии ТЭЦ и отпуска тепла водогрейными котельными значительно отличаются.
Температура обратной сетевой воды отражает степень гидравлической и тепловой разрегулировки индивидуального теплового пункта и систем теплопотребления у Абонента (Потребителя), величину гидравлической разрегулировки тепловой сети, а также эффективность работы тепловой сети при транспортировке, распределении и использовании тепловой энергии, которая в настоящее время оценивается энергетическими характеристиками по следующим показателям (см.Методические указания. СО 153-34.20.523-2003 (ч.1,2,3,4)):
- «разность температур сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах» или «температура сетевой воды в обратных трубопроводах» (ч.1); «удельный расход электроэнергии (квт•ч/Гкал)» (ч.1); «удельный расход сетевой воды (т/Гкал)» (ч.2); «тепловые потери (Гкал)» (ч.3); «потери сетевой воды (м3)» (ч.4).
Значения расчетных (нормируемых) и фактических эксплуатационных показателей «разность температур сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах» или «температура сетевой воды в обратных трубопроводах» и «удельный расход электроэнергии», «удельный расход сетевой воды», «тепловые потери» , а также «потери сетевой воды» в тепловой сети (системе теплоснабжения) являются показателями энергетической эффективности транспорта, распределения и использования тепловой энергии, а также технического состояния тепловых сетей и системы теплоснабжения в целом и уровня их эксплуатации.
В качестве универсального общего показателя эффективности работы любой теплосети (см. В.И. Рябцев, Г.А.Рябцев, В.М.Гребеньков «О некоторых показателях тепловых переменных режимов теплосети», журнал «Новости теплоснабжения» №02(06), февраль 2001г.) целесообразно принять отношение фактической разности температур сетевой воды в подающем и обратном к нормативной (расчетной).
Отпуск тепла с ТЭЦ обеспечивается за счет отборов теплофикационных турбин c подогревом сетевой воды в основных сетевых подогревателях (нижний и верхний).
В режимах работы теплофикационной турбины по тепловому графику отпуск тепла и выработка электроэнергии в значительной степени зависит от уровня температуры обратной сетевой воды.
Повышенная температура обратной сетевой воды приводит к снижению отпуска тепла, снижению температуры прямой сетевой воды, перерасходу топлива и снижению выработки электроэнергии за счет вынужденной разгрузки паровой турбины из за повышения давления в регулируемом теплофикационном отборе (см. В.Е. Губин, А.С.Матвеев. «Совершенствование отпуска тепла от ТЭЦ с учетом влияния внешних факторов», Известия Томского политехнического университета. 2005,т.308 №5).
Эффективность работы ТЭЦ повышается при понижении температуры обратной сетевой воды по сравнению с величиной, заданной температурным графиком.
Так , при снижении температуры обратной сетевой воды на 1°С выработка электроэнергии на ТЭЦ увеличивается в среднем на 2÷2,5% (см. В.И.Шарапов, М.Е.Орлов, П.В.Потапов. «Технологии обеспечения пиковой мощности систем теплоснабжения». Доклад на заседании секции «Теплофикация и теплоснабжение» НТС ОАО РАО «ЕЭС России» от 28.02.2008г.).
В настоящее время значительная часть ТЭЦ России осуществляет переход от качественного регулирования отпуска тепла и поддержания температурного графика на качественно-количественное регулирование отпуска тепловой энергии.
При качественно-количественном регулировании осуществляется изменение расхода (ступенчатое или плавное) и температуры сетевой воды в зависимости от величины отопительной нагрузки.
В холодный период система теплоснабжения обеспечивает работу с расчетным расходом воды, а при повышении температуры наружного воздуха расход воды снижается.
При нормативном и сверхнормативном понижении температуры обратной сетевой воды дополнительно снижаются технологические потери при передаче тепловой энергии от ТЭЦ, а именно: потери тепловой энергии в тепловых сетях теплопередачей через теплоизоляционные конструкции теплопроводов.
Кроме того, при снижении температуры обратной сетевой воды в открытых системах теплоснабжения, например, с 60°С (максимум величины скорости коррозии) до 40°С скорость внутренней кислородной коррозии труб снижается практически 2 раза, что увеличивает срок службы тепловых сетей. Т.о. нормативное и сверхнормативное понижении температуры обратной сетевой воды в тепломагистралях ТЭЦ приводит не только к повышению эффективности работы самой ТЭЦ, но и к повышению эффективности работы тепловой сети, т.к. все эксплуатационные энергетические характеристики (удельный расход электроэнергии, удельный расход сетевой воды, тепловые потери, потери сетевой воды) значительно понижаются,
Несколько иной характер влияния носит температура обратной сетевой воды на эффективность работы водогрейных котельных и их тепломагистралей.
Большинство водогрейных котельных в настоящее время также осуществляют переход на качественно-количественное регулирование отпуска тепла.
Для уменьшения интенсивности наружной низкотемпературной кислородной и сернокислотной коррозии труб поверхностей стальных водогрейных котлов необходимо поддерживать температуру воды на входе в котлы выше температуры точки росы дымовых газов.
Минимально допустимая рекомендуемая температура воды на входе в котлы составляет: при работе на природном газе – не ниже 60 °С, при работе на малосернистом мазуте – не ниже 70 °С, а при работе на высокосернистом мазуте не ниже 110°С.
В связи с тем, что в течении отопительного периода температура обратной сетевой воды изменяется в диапазоне от +55°С (для температур наружного воздуха ниже минус 11°С) до + 35°С (окончание отопительного сезоне при температурах наружного воздуха плюс 8°С), что ниже минимально допустимой температуры (60-70)°С , в теплотехнических схемах водогрейных котельных предусматривается установка рециркуляционных насосов между подающей и обратной магистралями для поддержания требуемых температур на входе в котлы.
Таким образом, повышенная температура обратной сетевой воды, возвращаемой в водогрейную котельную, приводит к снижению потребления топлива котлами и электроэнергии двигателями рециркуляционных насосов, к увеличению потерь тепловой энергии в тепловых сетях теплопередачей через теплоизоляционные конструкции теплопроводов, к увеличению скорости внутренней кислородной коррозии трубопроводов и в целом снижает эффективность работы тепловой сети по всем фактическим энергетическим показателям и повышает удельные финансовые затраты (руб./Гкал) на выработку тепловой энергии.
Нормативное снижение температуры обратной сетевой водогрейных котельных приводит к повышению потребления топлива котлами, к увеличению потребления электроэнергии двигателями рециркуляционных насосов, к снижению потерь тепловой энергии в тепловых сетях теплопередачей через теплоизоляционные конструкции теплопроводов, уменьшению скорости внутренней кислородной коррозии трубопроводов и в целом повышает эффективность работы тепловой сети по всем фактическим энергетическим показателям и снижает удельные финансовые затраты на выработку тепловой энергии.
Свехнормативное снижение температуры обратной сетевой воды для тепломагистралей водогрейных котельных может привести к росту удельного расхода электроэнергии на единицу вырабатываемой тепловой мощности из-за увеличения потребления электроэнергии двигателями рециркуляционных насосов. Целесообразность сверхнормативного снижения температуры обратной сетевой воды для водогрейных котельных требует дополнительного технико-экономического анализа.
Одним из перспективных технических решений поддержания нормативной температуры обратной сетевой воды для Потребителей, подключенных как к тепломагистралям ТЭЦ, так и водогрейных котельных, является использование индивидуальных тепловых пунктов «ГАЛАКС АТП» (см.здесь), в которых используются нестандартные алгоритмы управления, учитывающее не только температуру наружного воздуха, но и фактическую температуру в подающей тепломагистрали сетевой воды, и обеспечивающие абсолютная точность поддержания температуры в обратном трубопроводе сетевой воды в пределах ±0,5°С (см.здесь).
С целью сверхнормативного снижения температуры обратной сетевой воды и выработки дополнительной тепловой энергии для Потребителей, подсоединенных к тепломагистралям ТЭЦ, перспективным является использование индивидуальных тепловых пунктов «ГАЛАКС АТП», оснащенных высокотемпературными (нагрев теплоносителя до 90°С) промышленными парокомпрессионными тепловыми насосами, например, немецких фирм «Thermea.Energiesysteme», «Waterkotte», «SmartHeat» (см.здесь) для подключения к обратным трубопроводам тепломагистралей.
Это техническое решение позволяет использовать низкотемпературное тепло «обратки» на уровне 45-50°С для дополнительной выработки тепловой энергии без изменения гидравлических режимов работы теплосети и обеспечивает дополнительное сверхнормативное снижение температуры обратной сетевой воды тепломагистралей ТЭЦ.
Использование индивидуальных тепловых пунктов «ГАЛАКС АТП» с высокотемпературными тепловыми насосами целесообразно также на существующих тепломагистралях от водогрейных котельных при дефиците тепловой мощности, а также при работе тепловой сети на предельных гидравлических режимах и значительных финансовых затратах при ее перекладке для подключения новых Потребителей тепловой энергии.
При каскадной (последовательной) установки тепловых насосов по контуру низкопотенциального тепла температура обратной сетевой воды может быть снижена до плюс 5°С. Тепловые насосы подключаются к обратному трубопроводу сетевой воды через теплообменник.
Кроме того, промышленные высокотемпературные тепловые насосы единичной тепловой мощностью от 1 МВт фирмы «Thermea.Energiesysteme» (Германия), работающие на диоксиде углерода (R744), и от 2 МВт до 20МВт фирмы «Friotherm» (Швейцария), работающие на фреоне R134a (см.здесь), могут быть подключены к обратной магистрали непосредственно на ТЭЦ перед сетевыми подогревателями, использующими тепло отборов теплофикационных турбин, что значительно повысит тепловую и электрическую эффективность работы ТЭЦ.
При подключении тепловых насосов к обратным тепломагистралям энергоснабжающих организаций целесообразно, чтобы Абонент за пользование низкотемпературной тепловой энергией обратных тепломагистралей осуществлял оплату по сниженным тарифам, что в настоящее время можно решить на основе «Правил регулирования цен (тарифов) в сфере теплоснабжения», утвержденных Постановлением РФ № 1075 от 22 октября 2012 г. «О ценообразовании в сфере теплоснабжения».