Презентация 59.

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