Международная конференция «Эффективная генерация энергии» 19-20 сентября 2011 г. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ В РОССИИ Филиппов С.П., Дильман М.Д., Ионов М.С. Институт энергетических исследований Российской академии наук (ИНЭИ РАН) LOGO Источники тепла для тепловых насосов Вторичные энергетические ресурсы: сбросное низкотемпературное тепло; тепло сточных вод; вентиляционные выбросы и др. LOGO Нетрадиционные возобновляемые источники энергии: тепло грунта; тепло наружного воздуха; незамерзающие водоемы солнечная энергия и др. Принцип работы компрессионного теплового насоса Принципиальная схема компрессионного теплового насоса Т-S диаграмма цикла работы компрессионного теплового насоса LOGO Грунтовые теплообменники ТНУ Горизонтальный Вертикальный LOGO Достоинства и ограничения использования ТНУ Достоинства: LOGO Ограничения: Экономия электроэнергии и органического топлива Высокие удельные капитальные вложения Экологически чистый источник тепла Ограничения по температуре на выходе из теплового насоса Затрачивая 1 кВт электрической мощности на привод насоса, можно получить 3-4 и даже 5-6 кВт тепловой мощности Автоматический режим эксплуатации, обслуживание сезонный техосмотр и контроль Неоднородность теплового потенциала грунта в региональном разрезе Охлаждение грунта при эксплуатации ТНУ LOGO Удельные капиталовложения Удельные капиталовложения, тыс.руб./кВт 100 Объект: Поселок 200 домов по 200 м2; Удаленность от ПС 10 км и от магистр. газопровода 10 км. 75 50 25 0 КТНУ+эл.котел 95/70 КТНУ+эл.котел КТНУ+конвектор 70/50 Электро- или газовый котел и радиаторы КТНУ+Теплый пол+эл.кот АбТНУ(АдТНУ) Подстанция, ГРП КТНУ воздухвода Бурение Электрокотлы Газовые котлы КТНУ с установкой LOGO Ограничения по температуре на выходе из ТНУ Температурный график системы отопления для условий Москвы 100 Температура воды, °С _ _ __ Макс. t воды на выходе из ТНУ _____ График 95/70°С _____ График 70/50°С 80 60 40 20 0 -10 -20 Температура наружного воздуха, °С -30 Среднегодовая продолжительность использования ТНУ Показатель* Север Центр Юг Продолжительность отопительного периода, ч/год 6072 5136 4200 Предельная tн использования теплового насоса, °С -14 -12 -7 <tн.р=-31 <tн.р=-28 <tн.р=-20 4900 6072 4365 5136 3595 4200 -3 -15 -2 -13 1 -9 2785 5010 2570 4480 1928 3805 Продолжительность использования теплового насоса, ч/год Предельная tн использования теплового насоса в автономном режиме, °С Продолжительность использования теплового насоса в автономном режиме, ч/год LOGO * Числитель - для температурного графика 95/70°С, знаменатель – для графика 70/50°С Схемы теплоснабжения с ТНУ С последовательным включением электрокотла LOGO С применением конвекторов С параллельным включением электрокотла 1 - тепловой насос; 2 - буферная емкость; 3 - емкостной водонагреватель ГВС; 4 - электрокотел; 5 - радиаторная система отопления; 6 - «теплый пол»; 7 – конвектор (электрообогреватель) Температура грунта Распределение температур грунта по глубине Зона колебаний температуры грунта Зона стабильного возрастания температуры грунта 10 м Глубина Показатель Север Центр Юг Температура грунта на глубине 50 м / 100 м, °С 4 / 5 10 / 11 15 / 16 Среднегодовой коэффициент трансформации 2,9 3,2 3,5 LOGO LOGO Расход электроэнергии 20 Расход электроэнергии, млн.кВт∙ч/год Север Центр Юг 15 Объект: Поселок 200 домов по 200 м2; Удаленность от подстанции 10 км; Удаленность от магистрального газопровода 10 км. 10 5 0 КТНУ +эл.котел 95/70 КТНУ +эл.котел 70/50 КТНУ +конвектор Теплый пол +эл.кот КТНУ воздух-вода Электрокотлы Суммарные дисконтированные затраты, млн.руб Суммарные дисконтированные затраты Север Центр Юг 600 400 200 0 КТНУ +эл.котел 95/70 КТНУ +эл.котел 70/50 КТНУ +конвектор Теплый пол +эл.кот АбТНУ(АдТНУ) КТНУ воздухвода Электрокотлы Газовые котлы LOGO ТНУ могут быть экономически эффективнее электрокотлов: LOGO Геотермальные КТНУ: при повышении тарифов на электроэнергию более чем на 30%. при действующих тарифах - если удастся снизить удельные капитальные затраты на ТНУ 50% и более. КТНУ воздух-вода: при повышении тарифов на электроэнергию более чем на 60% в центральных районах , на 40% на юге и на севере России. при действующих тарифах - если удастся снизить удельные капитальные затраты на ТНУ на 50% (юг) – 70% (центр). Абсорбционные (адсорбционные) ТНУ: При наличии природного газа уступают по эффективности котлам даже при увеличении тарифа на газ в 10 раз. LOGO Расход условного топлива Север Расход условног топлива, т у.т./год 6000 Центр 5000 Юг 4000 3000 2000 1000 0 КТНУ АбТНУ(АдТНУ) КТНУ воздухвода Электрокотлы Газовые котлы Прогноз спроса на ТНУ на перспективу до 2030 г. (нарастающим итогом) Спрос на мощность ТНУ, МВт 3000 ДФО ПФО УФО СЗФО ЦФО ЮФО 2000 1000 0 2030 2029 2028 2027 2026 2025 2024 2023 2022 2021 2020 2019 2018 2017 2016 2015 2014 2013 2012 Годы LOGO Системы теплоснабжения на базе тепловых насосов: LOGO требуют больших капитальных затрат по сравнению с традиционными индивидуальными источниками тепла; имеют ряд ограничений, для преодоления которых необходима разработка технических и схемных решений с дополнительными капиталовложениями - в поверхности нагрева и дополнительные источники энергии; эффективность зависит от региона. Тепловой потенциал грунта и коэффициент трансформации растут с севера на юг; число часов использования геотермальных ТНУ с севера на юг уменьшается; не могут в настоящее время конкурировать с котлами на газе. Экономическая ниша ТНУ – негазифицированные районы, и конкурирующая технология – электрокотлы. *** В настоящее время по критерию суммарных затрат эффективным является лишь теплоснабжения с КТНУ на севере России (отопительный период >5600 ч). На перспективу до 2030 г. в стране может быть востребовано 3,4-4,4 ГВт мощности ТНУ, что составляет 9-11% от вводимой тепловой мощности малоэтажной застройки. Их установка позволит экономить 3,8-4,9 млн. т у.т. в год. БЛАГОДАРИМ ЗА ВНИМАНИЕ Институт энергетических исследований Российской академии наук (ИНЭИ РАН) LOGO