Энергетический Альянс: энергетическая безопасность Украины  

Концепция создания в Украине нового направления в энергетике на основе использования тепловых насосов

Разработчик:
Энергосервисная компания «СТАНДАРТ-С»

  

Днепропетровск 2008

Вступление

Одной из самых актуальных и самых острых проблем современного развитого мирового сообщества является всё нарастающий дефицит традиционных энергоресурсов. Перед развитыми странами стоит сложнейшая задача по внедрению новых энергосберегающих технологий использования органических (нефть, газ, уголь) энергоресурсов с минимальным воздействием на окружающую среду при разумном и достаточном удовлетворении производственных и бытовых потребностей, а также поиск и внедрение новых нетрадиционных источников энергии.
     Для Украины, с её отсталыми технологиями использования традиционных энергоресурсов, всё нарастающими ценами на них, в первую очередь на газ, поиск и внедрение новых направлений в энергообеспечении народнохозяйственного комплекса страны является решающим фактором в стабилизации развития экономики и условием её устойчивого развития.

I. Анализ ситуации

В Украине существует постоянный дефицит топливно-энергетических ресурсов, потребность которых покрывается как за счёт собственных ресурсов, так и за счёт импорта в следующих соотношениях: уголь- 90% собственный ресурс и 10% импорт, нефть – 20% собственный ресурс и 80% импорт, газ- 24% собственный ресурс и 76% импорт.
     Основным и главным отличием экономики Украины от развитых стран с такой же энергообеспеченностью является то, что экономика Украины крайне неэффективно использует эти ресурсы: затраты энергетических ресурсов на единицу валового внутреннего продукта (ВВП) в Украине в 3 - 4 раза, а в некоторых областях в 10 раз больше, чем в экономически развитых странах.
     Определяется это, прежде всего, низким техническим состоянием и высокой степенью изношенности энергетического оборудования, которое используется в основных отраслях промышленности и на предприятиях ТЭК.
     По экспертным оценкам во всех отраслях ТЭК изношенность основных фондов составляет около 60% и уже приобрела угрожающий характер.
     Начиная с 1991 года, в структуре тарифов на электроэнергию не были предусмотрены затраты на обновление и реконструкцию основного оборудования. Как следствие, сегодня 96% оборудования тепловых электростанций уже практически выработало свой проектный ресурс, а 73% превысило допустимый срок эксплуатации.
     Уже в настоящее время из 36 млн. кВт установленной мощности тепловых электростанций (ТЭС) только 17 млн. кВт могут нести необходимую нагрузку, другие требуют немедленного ремонта или замены.
     Именно изношенность основных генерирующих мощностей ТЭК и его транспортных энергосистем определяет их низкую эффективность.
     Примерно такая же ситуация сложилась во всех отраслях промышленности.
     В то же время, по данным Института общей энергетики НАН Украины, при потреблении ежегодно около 210 млн. тонн условного топлива (у.т.) топливно-энергетических ресурсов (ТЭР), потенциал энергосбережения Украины оценивается экспертами на уровне 42-48%. Основная экономия ТЭР может быть достигнута в промышленности – 48%, в коммунальной сфере - 40%, в топливно-энергетическом секторе около 17%.
     В целом, уровень обеспеченности Украины собственными энергоресурсами – около 42%, что соответствует среднемировому уровню. Из них, как известно, в генерации электроэнергии около 52% приходится на атомные электростанции, около 47% на тепловые электростанции и около 1% на нетрадиционные источники, в основном на ветровые электростанции, биогазовые когенерирующие установки и пр.
     За последние годы, по данным Министерства статистики, сложилась следующая структура энергопотребления: промышленность - 70%, транспорт - 5%, жилишно-коммунальное хозяйство около – 6%, сельское хозяйство - около 3%, строительство - около 1% и 15% прочее.
     Если рассмотреть эту структуру более детально, то мы увидим, что в использовании природного газа, а это основной лимитирующий в настоящее время и на ближайшее будущее энергоресурс, 60-70% приходится на коммунальный сектор. Даже в таких крупных промышленных центрах, как Днепропетровск, Днепродзержинск, Харьков, Луганск и другие, доля потребления природного газа в коммунальном секторе превышает 50%.
     В то же время в промышленном секторе, там, где появился эффективный собственник, имеющий личную заинтересованность в снижении доли природного газа в себестоимости конечной продукции, началось активное внедрение использования вторичных энергоресурсов (коксового и доменного газа, тепла отходящих газов, когенерация использования природного газа и т.д.). В богатом частном жилом секторе, многие хозяева также внедряют все новейшие технологии в энергосбережении и использовании нетрадиционных источников. Именно в частных домах и офисах, принадлежащих достаточно богатым хозяевам, уже действуют сотни тепловых насосов импортного производства. Хорошо известно, что эти люди не будут выбрасывать деньги на ветер.
     В коммунальном государственном секторе сохранилась старая тенденция в энергосбережении, направленная в основном на замену устаревшего, изношенного оборудования на новое, в основном, импортное оборудование.
     Это позволит, на какой-то недолгий период, улучшить ситуацию использования природного газа в коммунальном секторе, но ненадолго, так как существующая изношенность тепловых сетей, отсутствие эффективных регулирующих систем контроля за газопотреблением быстро сведёт на нет принимаемые меры. К тому же, поскольку коммунальный сектор находится в собственности государства и на его модернизацию необходимы, прежде всего, государственные средства, процесс этот затянется на многие годы, и его конечная эффективность будет крайне мала.Малая эффективность этих мер будет усугубляться ещё и тем, что подавляющее большинство домов, зданий и сооружений коммунального сектора имеют очень низкую способность удерживать внутреннее тепло. Как правило, более 20% генерируемого тепла расходуется на обогрев атмосферного воздуха.
     Правительство Украины, в поисках весомой альтернативы использованию природного газа, инициировало разработку государственной программы замены газового отопления в ряде котельных на электроотопление (Поручение Кабинета Министров Украины от 09.07.2008 г. № 35131\0\1-08).
     По мнению ряда экспертов, поспешный перевод газовых котлов на электронагрев, без специальной, достаточно сложной подготовки всей инфраструктуры энергообеспечения, может привести к созданию перегрузки как на внутренних сетях электроснабжения, так и на внешних. Это будет сопряжено с многочисленными аварийными, в том числе и пожароопасными ситуациями.
     Кроме того, само устройство газовых котлов не приспособлено к эффективному использованию мощных электронагревателей. В конечном итоге, прямая замена природного газа электричеством для обеспечения коммунального сектора теплом и горячей водой будет малоэффективной и экономически невыгодной. Ведь тарифы на электроэнергию тоже не стоят на месте, а постоянно растут.
     Поэтому, на наш взгляд, необходим принципиально новый, революционный подход в изменении структуры обеспечения коммунального сектора, а в определённой степени и промышленности, энергоресурсами на основе Тепловых Насосов (ТН), с использованием техногенных тепловых носителей (оборотные и сточные воды, отходящие газы), а также природного низкопотенциального тепла (вода водоёмов с температурой от -40С до +200С, атмосферный воздух с температурой до -40С, подземное тепло с глубины 1,5-2 метра), которое есть всюду в Украине.
     По расчётам наших специалистов, общий объём техногенных низкопотенциальных тепловых сбросов в Украине соответствует сжиганию приблизительно 54 млн. тонн условного топлива. Из этого количества тепловых сбросов реально можно использовать с помощью тепловых насосных установок от 40% и более.

Тепловые насосы (ТН) – это не слишком сложные, по современным меркам, технические устройства, принципиальная конструкция которых подобно устройству обычных холодильников или холодильных машин. В тепловых насосах используются специальные агенты (типа фреона), которые вскипают и превращаются в газ при низких температурах (до -40С). На кипение используется внешний источник низкотемпературного тепла. При сжатии этого газа с помощью электрического компрессора выделяется большое количество тепла, которое отводится с помощью теплообменника.
     Экономичность тепловых насосов заключается в том, что при средних затратах электроэнергии в 1 Квт, генерируется 4-7 Квт тепловой энергии. Этот, на первый взгляд парадоксальный, результат обусловлен наличием в контуре теплового насоса внешнего источника низкопотенциального тепла.

II. Идея и её обоснование

Идея
     Мы предлагаем начать активное внедрение тепловых насосных установок, работающих на низкотемпературных источниках тепла: незамерзающие водоёмы, подземное тепло (ниже уровня замерзания грунта) сбросы тёплых сточных вод промышленных предприятий.
     Сточные воды промышленных предприятий как источник низкотемпературного тепла наиболее перспективны для Украины, так как любое промышленное предприятие (металлургическое, химическое, машиностроительное) сбрасывает в открытые водоёмы от нескольких миллионов до десятков миллионов кубометров в год сточных вод с температурой 20-30 и выше градусов. Кроме того, на любом промышленном предприятии существуют оборотные циклы водоснабжения, с охлаждающими системами или незамерзающими отстойниками.
     Все эти воды являются потенциальными источниками низкотемпературного тепла для ТНУ, главное условие которых, чтобы температура воды была выше нуля градусов, при этом, чем выше температура, тем выше коэффициент преобразования тепла, то есть, выше КПД ТНУ.
     Например, если использовать сбросовые воды металлургического завода им. Петровского, Южного машиностроительного завода, Нижнеднепровского трубного завода, Днепропетровского шинного завода (а это десятки миллионов кубических метров тёплых вод в год) как источник низкопотенциального тепла для ТНУ, то можно, практически, весь коммунальный сектор города Днепропетровска с населением более миллиона человек обеспечить теплом и горячей водой и полностью отказаться от использования природного газа на эти нужды.
     Вторым необходимым источником для преобразования низко температурного тепла в высокотемпературное является электричество, в котором в настоящее время в Украине нет дефицита. При этом, нагрузка на электросети будет значительно ниже, чем при прямом использовании электроэнергии на нагрев воды, как теплоносителя.

Обоснование
     По прогнозам Мирового Энергетического Комитета (МИРЭК), к 2015 году в развитых странах мира более 75% теплоснабжения и горячего водоснабжения будет осуществляться с помощью тепловых насосов.
     Тепловые насосы широко применяют для отопления домов и горячего водоснабжения уже во многих развитых странах мира.
     В настоящее время в мире эксплуатируется более 20 млн ТН мощностью от нескольких киловатт до сотен мегаватт, а рынок ежегодных продаж составляет около миллиона установок.
     В США, Японии, Германии, Швеции, Австрии, Финляндии ТНУ внедряются просто скоростными темпами, а ведь в этих богатых странах умеют считать деньги и на ветер их не стали бы бросать, так как знают толк в экономике.
     В Украине за последние 10 лет разными организациями было разработано множество предложений и проектов по использованию ТНУ в государственных масштабах. Однако, ни один из них не был реально воплощён в жизнь из-за их нерентабельности на момент разработки предложений при условии действующих на тот период цен на энергоносители и при отсутствии политической и экономической поддержки со стороны государства.
     Поэтому в Украине мы имеем, к сожалению, сотни примеров использования ТН в частном жилом секторе и, к сожалению, единичные примеры использования ТН на отдельных государственных предприятиях и на промышленных предприятиях.
     Например, на Мелитопольском заводе холодильного машиностроения 13 лет назад была введена в эксплуатацию ТНУ собственного изготовления, полностью обеспечивающая завод горячей водой. На испарители тепловых насосов подавалась вода из системы оборотного водоснабжения, т.е. бросовое низкопотенциальное тепло, которое ранее отбиралось градирней.
     Лидером в использовании тепловых насосов является Швеция, осуществляющая тотальную программу их внедрения во всех сферах теплоэнергопотребления. Именно в Швеции работает самая мощная - 320 МВт - станция на ТН.

РентабельностьТН
     ТН использует введённую в него энергию намного эффективнее любых котлов, сжигающих топливо. Коэффициент преобразования тепла в ТН колеблется от 2 до 7, то есть, подводя к ТН 1 кВт, на выходе получаем от 2 до 7 кВт тепловой энергии. При теперешнем уровне цен на энергоносители, ТН по рентабельности уступают только газовым котлам, но, при ожидаемом увеличении цены на газ почти в два раза, их рентабельность будет явно выше.
     Безусловно, если ориентироваться на Тепловые Насосы только импортного производства, то естественно, на первых этапах их внедрения затраты достаточно ощутимы. Сам ТН, его монтаж и пусконаладка обойдутся от 300 до 1200 долларов на 1 Квт потребляемой мощности.
     Но, уже сейчас в Украине работает целый ряд фирм, которые производят ТН из импортных комплектующих и некоторых узлов собственного производства, подбирая, в каждом конкретном случае, наиболее оптимальный вариант. Себестоимость ТН будет, как минимум в два раза ниже, в пределах 200 – 400 долларов на 1 Квт.

 

Окупаемость составляет в среднем 4-8 лет, только за счёт сберегаемого топлива и электроэнергии, а для отечественных ТН 2-4-года. Срок службы – 15-20 лет до капитального ремонта, в то время как газовое отопительное оборудование требует постоянной смены горелок с периодичностью в 3-5 лет и постоянного обслуживания для обеспечения безопасности.
     В перспективе, в связи с прогрессирующим ростом цен на все виды топлива и, в первую очередь, на газ, лидерство и рентабельность ТНУ обеспечен. Рентабельность может быть существенно повышена и за счёт «социальной цены» на источники низкопотенциального тепла. Об этом свидетельствует и опыт развитых стран.

Экологичность ТН
     Агрегаты ТНУ не сжигают никакого топлива, а значит не образуют никаких выбросов вредных газов в атмосферу (СО, СО2, NxOу, SО2, PbО2 и других).
     Кроме того, новые хладоагенты, применяемые в ТНУ, не содержат фреона и хлоруглеродов и не разрушают озоновый экран.

Безопасность ТН
     Эти агрегаты практически взрыво- и пожаробезопасны. Нет топлива, нет открытого огня, опасных газов или смесей. Ни одна деталь не нагревается до температур, способных вызвать воспламенение горючих материалов. Остановка ТНУ не приводит к её поломкам или замерзанию жидкостей.

Повсеместность применения ТН
     Источник низкотемпературного тепла для ТНУ можно найти где угодно. Это и подземное тепло, и тепло незамерзающей воды (ниже ледовой корки), и теплые сточные и оборотные воды промышленных предприятий. Для них не нужен подвод газовых магистралей, склады угля или хранилища мазута и дизтоплива.

Рынок ТН
     Производство и сбыт ТН с каждым годом нарастает. Первенство держат шведские фирмы IVT, MECMFSTER, THERMA. Кроме того, на мировом рынке представлены OCHSNER (Австрия), VAILLANT, VIESSMANN, STEIEBTK ELTORN (Германия), CLIMAVENETA (Италия), CARRIER, AERTEC (США), PZP KOMPLET, G-MAR (Чехия). Даже Россия уже начала развивать производство ТНУ и выходить на мировой рынок – фирмы «ЭКИП», «НПФ ТРИТОН», РЗП, «ЭНЕРГИЯ». Российская продукция достаточно надёжна и дешевле импортной.
     В Украине первые ТН и теплохолодильные установки разных типов несколько лет назад начал выпускать Мелитопольский завод холодильного оборудования.
     На наш взгляд, Украина имеет большие научно-технические возможности для массового производства тепловых насосов. Это, кроме уже упомянутого Мелитопольского завода, бывшие заводы ВПК, например Днепропетровский машиностроительный завод, который много лет выпускал знаменитые холодильники «Днепр» (ТНУ, в принципе, это тот же холодильник) завод «Электрон-газ», и, наконец, знаменитый донецкий «Норд», который быстрее всех может освоить эту продукцию.
     Всё это создаст дополнительные рабочие места на заводах бывшего ВПК, до сих пор переживающего нелёгкий период конверсии, и возможность появления на внутреннем рынке новой отечественной продукции, конкурентной западным образцам.

 

III. Варианты пилотных проектов для проверки Концепции

Энергосервисная компания «Стандарт-С» предлагает разработать и внедрить ряд следующих типовых пилотных проектов в коммунальном секторе:

  • снабжение теплом и горячей водой 2-3-х типичных детских комбинатов, школ, районных больниц с использованием различных источников низкопотенциального тепла;
  • снабжение теплом и горячей водой отдельных 3-4-х типичных 5-ти и 9-ти этажных зданий и зданий высокой этажности;
  • снабжение теплом и горячей водой отдельного типичного жилого массива;
  • снабжение теплом и горячей водой малого города с населением 20 -50 тысяч жителей.

Серия таких пилотных проектов позволит в короткий срок выбрать наиболее эффективный и наиболее экономичный ряд Тепловых Насосов для различных коммунальных объектов с использованием различных источников низкопотенциального тепла.
     Одновременно необходимо начать ряд проектов по использованию ТН на крупных промышленных объектах для теплообеспечения производственных помещений и социальной сферы.
     Нельзя обойти вниманием и предложения авторитетных учёных и специалистов по использованию Тепловых Насосов в крупномасштабных проектах, имеющих государственное значение.
     Такие проекты не только обеспечат теплом и горячей водой целый ряд городов без использования природного газа или угля, но и создадут мощный потенциал внутреннего потребления (внутренний рынок) металла, труб, строительных материалов и тысячи новых рабочих мест.

I-й вариант.
     Группа учёных и специалистов Киевского политехнического института, НПП «Автоматика» и Сервисного Центра «Стандарт – С» сделала предварительные расчёты использования сбросных тёплых вод Запорожской атомной электростанции (ЗАЭС) с помощью ТНУ для теплоснабжения городов Никополя, Марганца, Орджоникидзе, Каменки-Днепровской и других малых городов и посёлков в регионе ЗАЭС в Днепропетровской и Запорожской областях.
     В перспективе это позволит в значительной степени отказаться от использования природного газа для теплоснабжения этих городов и посёлков.
     Понимая всю техническую и экономическую сложность поставленной задачи, мы провели расширенный научно-технический и экономический совет с участием представителей Академии энергетики Украины, Днепропетровской облгосадминистрации, горисполкомов Никополя, Марганца, Орджоникидзе, Запорожья, ЗАЭС, канадской электротехнической компании HVNetworks, которая так же представляет интересы канадских банков, руководства региональных отделениий Укрэксимбанка и Европейского банка реконструкции и развития, Национального агентства по энергосбережению и других организаций.
     После дискуссии и принципиального рассмотрения всех вопросов совещание единогласно поддержало Концепцию использования тепла сбросных вод ЗАЭС для создания принципиально новой системы теплоснабжения ряда городов и посёлков Днепропетровской и Запорожской областей без использования природного газа и других видов органического топлива.
     Мы также провели консультации с Национальным Агентством экологических инвестиций и украинским представительством «Глобал карбон-фонд», которые дали высокую оценку привлекательности данного проекта для получения квот на выбросы парниковых газов и привлечения иностранных инвестиций.
     Мы понимаем, что реализация этого проекта является очень сложной технической, финансовой и организационной задачей, которая потребует объединения усилий многих учёных, специалистов, ряда институтов, финансовых и государственных учреждений, в первую очередь, Министерства жилищно-коммунального хозяйства, Министерства топлива и энергетики, Национального агентства по вопросам эффективного использования энергоресурсов, Национального агентства по атомной энергии, местных органов власти.
     Поэтому, чтобы подтвердить жизнеспособность самой идеи использования ТНУ для теплоснабжения коммунального сектора, а также использования в этих же целях тёплых вод ЗАЭС, мы предлагаем на первом этапе разработать единый бизнес-план, ТЭО и проект для использования сбросовых тёплых вод ЗАЭС для получения тепла с помощью ТН для городов – Никополя, Марганца, Орджоникидзе, Каменки -Днепровской.
     Поскольку три первых города находятся на правом берегу Каховского водохранилища, а ЗАЭС на левом, то имеется два подварианта прокладки трубопровода – по дну водохранилища или по автомобильному мосту, социальная необходимость в котором давно созрела и который надо строить вместе с трубопроводом. Последний подвариант создаёт существенную дополнительную потребность в металле и стройматериалах.
     Это будет пилотный проект, на котором мы сможем проверить все идеи наших учёных и специалистов, отработать все технические, финансовые и организационные сложности.
     Если этот проект будет успешным и эффективным, то его можно будет использовать как типовой для других городов региона ЗАЭС и других атомных станций Украины.

 

II-ой вариант.
     Этот вариант предполагает прямое использование горячей воды с высокой температурой от Запорожской Атомной станции для снабжения теплом города Запорожья. Для этого потребуется проложить две ветки трубопроводов длиной более 50 км и диаметром 800 мм от ЗАЭС до города Запорожья, построить несколько насосных станций.
     Этот вариант не исключает использования ТН для подогрева воды на конечной насосной станции или на распределительных узлах по микрорайонам города.
     Данный вариант положительно оценен экспертами Европейского Банка Реконструкции и Развития. Имеется предварительная договорённость между руководством города Запорожья и региональным отделением ЕБРР о выделении льготной кредитной линии в объёме 12 млн евро на первый этап реализации данного проекта.
     Для осуществления проекта потребуется произвести порядка 100 тысяч тонн труб.
     Реализация этого крупномасштабного проекта так же позволит создать мощный потенциал потребления металла, труб и стройматериалов на внутреннем рынке, компенсируя сокращение потребления украинской продукции на внешних рынках, а значит, будут созданы тысячи новых рабочих мест на отечественных предприятиях.
     
     IV. Возможные источники финансирования проекта

Безусловно, что, как всякое новое начинание, этот проект потребует серьёзной государственной поддержки, что и происходит в развитых странах, где энергетика на основе ТН получает широкое развитие.
     На наш взгляд, основными источниками финансирования могут быть:
     - государственный бюджет в рамках ряда министерств (МЖКХ, Минтопэнерго, НАЭР, АтомЭнерго);
     - областные и городские бюджеты;
     - экологические государственный и местные фонды (сбор за загрязнение), так как проект имеет высокую экологическую эффективность;
     - льготное кредитование отечественных и зарубежных банков;
     - государственная компенсация процентов по кредитам, используемым на внедрение энергосберегающих технологий и оборудования (реализация Постановления КМ № 249);
     - привлечение финансов заинтересованных отечественных бизнес - структур;
     - продажа квот по схеме Киотского протокола.

V. Пути решения задач, определённых Концепцией

Основным механизмом в решении поставленной задачи мы видим разработку и реализацию Национальной программы «Развитие нового направления в энергетике Украины на основе использования тепловых насосов».
     В этой Программе одним из первых этапов будет разработка и реализация, описанного выше проекта по использованию сбросовых тепловых вод теплых вод ЗАЭС.
     В целом же, Программа, на наш взгляд, должна определить перспективные сферы применения ТН, отечественных производителей, государственные льготы на первых этапах для производителей ТНУ и для организаций, где они внедряются.
     Программой должно быть предусмотрено создание специализированного государственного Центра координации всех работ в развитии нового направления теплоэнергетики Украины.
     Для определения основных задач и направлений Программы должна быть создана специальная рабочая группа при Кабинете министров Украины под председательством первого вице-премьер-министра.
     Разработка самой Программы должна быть поручена специализированной организации по энергосбережению.



 

Энергосервисная компания «Стандарт - С»
     Оф. 907, Бизнес-центр МОСТ-СИТИ
      ул. Глинки, 2, г. Днепропетровск, 49000,

тел. (056)-370-37-90
        (0562)-31-33-72, 31- 33- 92
     general@standart-s.com.ua

  Доставка цветов ДнепропетровскЦветы в Днепропетровске