Широкое внедрение геотермальных тепловых насосов - путь к полному отказу от использования газа в жилищно-коммунальном секторе и к существенному снижению тарифов на теплоснабжение. Сегодня нет технических или финансовых препятствий для реализации такой программы - лишь ментальные и организационные.
Использование природного газа в быту связано в нашем воображении с обеспечением комфортных условий жизни. Именно поэтому вопросам газификации и цен на газ всегда уделялось большое внимание. Резкий рост цен на газ в последнее время создал предпосылки для экономического и политического кризиса. В то же время существует довольно простой и надежный способ решения этой проблемы. В развитых странах мира, начиная с 70-х годов прошлого века, использование органических топлив в системах теплоснабжения последовательно вытесняются использованием возобновляемых источников энергии. Сейчас уже не вызывает сомнений тот факт, что наиболее приемлемым источником энергии для этого является геотермальная энергия, а наиболее эффективной технологией - использование тепловых насосов.
В рамках этой статьи приведем лишь основные моменты, необходимые для восприятия концепции широким кругом читателей: 1.
Тепловой насос - это устройство, которое реализует обратный термодинамический цикл, который позволяет переносить теплоту с низким потенциалом на более высокий температурный уровень за счет механической работы
компрессора Ремеза или другого компрессора с электрическим приводом. Эффективность теплового насоса определяет коэффициент преобразования энергии (СОР).
Например, используя теплоту грунтовых вод (температура 10°С) тепловой насос способен обеспечить на выходе температуру теплоносителя 55-65°С. При этом потребитель получит тепловой энергии в 4 раза больше, чем было потрачено электрической. Т.е. СОР в этом случае составляет 4.
2.
Геотермальный тепловой насос - это условное название теплового насоса, использующего теплоту земли (температура почвы на глубине 1,5 - 2 м стабильна и составляет 5 - 10°С), теплоту грунтовых вод (температура 10 - 12°С), теплоту воды из открытых водоемов (минимальная температура +4°С), или теплоту воздуха (до -15°С). Как видно из перечня источников энергии, они являются общедоступными практически в любой местности.
3.
Стоимость установки геотермального теплового насоса в Украине зависит от разного рода условий условий.
4.
Геотермальный тепловой насос является наиболее стремительно растущим направлением теплообеспечения в мире. Об этом свидетельствует тот факт, что 2005 году объем рынка тепловых насосов впервые превысил объем рынка вооружений. Т.е. вопросов касаемых реальности, надежности и экономической эффективности технологии не возникает.
Потребители тепловой энергии. Условно, потребителей тепловой энергии можно разделить на две основные группы - это потребители теплоты в крупных городах, где задействованы системы централизованного теплоснабжения, и автономные потребители. В свою очередь, централизованное теплоснабжение может осуществляться от крупных ТЭЦ, районных или локальных котельных.
1. Автономные потребители. Автономные потребители используют газовые котлы различных конструкций; средняя мощность котла составляет 5 - 25 кВт, среднесезонный КПД - не более 60%; потребление газа каждым - около 3 тысяч м3 в год. Переход на "геотермальное" теплоснабжение не вызывает принципиальных проблем, поскольку, как правило, являются доступными грунтовые воды, воды открытых водоемов.
2. Централизованная система теплоснабжения от ТЭЦ. Централизованные системы теплоснабжения используют отбор теплоты в теплофикационном цикле электростанций для нагрева теплоносителя (воды). По техническим условиям температура носителя на входе в систему теплоснабжения должна составлять 130°С, на выходе - 55 ... 60°С. Использование теплофикационного режима ТЭЦ позволяет обеспечить высокий КПД, но с учетом потерь на транспортировку теплоносителя КПД использования топлива в этой схеме также не превышает 60%. Средняя мощность потребителя - 3 кВт, объем газа, необходимый для его обеспечения - около 2 тысяч м 3 в год.
В то же время, в конденсаторе турбин тепловых электростанций отводится (выбрасывается) 55 ... 65% энергии органических топлив, которую невозможно использовать из-за ее низкого температурного потенциала (30 ... 45°С). Но теплоноситель с такой температурой успешно может быть использован в качестве источника энергии для тепловых насосов (для такой схемы СОР составит 6 ... 7). Т.е. перевод ТЭЦ с теплофикационного режима в конденсационный и использование теплоты конденсата для подогрева сетевой воды до 40 ... 45°С с последующим применением ее в тепловом насосе позволяет обеспечить огромную экономию топлива на ТЭЦ с одновременным решением проблем качества и надежности теплоснабжения.
Например, в свое время был проведен анализ режимов турбин Омской ТЭЦ, который доказал, что при использовании сетевой воды с начальной температурой 45 °С система теплоснабжения уже не требует дополнительных затрат топлива (!) на обеспечение теплом потребителей с тепловыми насосами, т.е. топливная составляющая в такой схеме отопления равна нулю (!!!).
3. Районные и локальные котельные. В случае районных или локальных котельных возможности повышения их эффективности за счет тепловых насосв незначительные, но для этого класса потребителей целесообразно применить более радикальный подход - в таких случаях необходимо устанавливать регенерационные парогазовые установки (установки совместного производства электроэнергии и тепла), то есть превратить котельни на мини-ТЭЦ с использованием в ТН теплоты, что уходит в конденсатор паровой турбины. В этом случае экономические показатели будут такими же, как и на ТЭЦ с тепловым насосом.
Экономика применения геотермального теплового насоса Стоимость отопления с помощью геотермального теплового насоса в значительной степени зависит от перепада температур между источником теплоты и теплоносителем системы отопления - СОР для различных условий может колебаться в диапазоне от 2 до 7.
Значения СОР для типовых условий использования тепловых насосов приведены в таблице:
Стоимость потребления 1 кВт в год тепловой энергии для потребителя соответственно будет составлять: P = Т / СОР
где Т - тариф на электроэнергию. Таким образом, по существующему тарифу на электроэнергию (18.75 коп / кВтч) стоимость энергоносителей для потребителя составит от 2,6 до 7,4 коп / кВтч. Для сравнения следует отметить, что стоимость газа, который идет на производство 1 кВтч тепла, обещанной правительством для потребителей цены 339грн/1000куб.м составляет примерно 6,2 коп. Для реальной же цены 360$ / 1000 куб.м. она будет составлять 75 коп / кВтч. То есть потребитель в любом случае выиграет.
С другой стороны, каждый установленный кВт мощности тепловых насосов позволяет экономить около 3 000 куб.м. газа в год, замещая его примерно 700 кВтч электроэнергии. Если даже рассмотреть вариант генерации электроэнергии на тепловых электростанциях, то экономия газа по сравнению с использованием его в отопительных котлах составит более 600 куб.м газа в год на каждый установленный кВт мощности тепловых насосов. По рыночным ценам это составляет 250$ / кВт в год. Если учесть то, что сейчас в Украине простаивают более 10 млн. кВт мощностей газомазутных блоков, то их использование для питания геотермального теплового насоса эквивалентно замещения почти половины всего объема потребления природного газа в коммунальной сфере. Общие же установленные мощности энергетической системы Украины, в случае использования геотермальных тепловых насосв, позволяют полностью заместить электроэнергией природный газ, который идет на нужды населения.
Финансирование программы Да, замечательно, скажет скептически читатель. Но где взять такую кучу денег на оборудование всех потребителей тепловыми насосами? Ведь речь идет об инвестициях на уровне 5 млрд.$. Не каждая семья способна выложить 5000 ... 15000 $ на оборудование.
Безусловно, финансирование такой программы должно взять на себя государство (кстати, во многих развитых странах установление GHP дотируется государством в размере от 200 до 400 $ / кВт). И никаких проблем в этом нет - ведь, как отмечалось выше, каждый установленный кВт тепловых насосов приносит годовой доход не менее 150 $ за счет экономии газа. То есть срок окупаемости проекта составляет менее 2-х лет. В таких условиях существует множество вариантов привлечения средств, как под государственные гарантии, так и сугубо коммерческих. Прежде всего в такой программе должен быть заинтересован НАК "Нафтогаз Украины", потому что каждая вложенная в проект гривна уже через два года начнет приносить ему 100% прибыли (высвобожденные объемы газа можно экспортировать по рыночным ценам).
В программе должно быть заинтересовано Минтопэнерго, поскольку это решает ряд существующих на сегодня проблем (загрузки оборудования, которое простаивает, более равномерные суточные графики нагрузки энергосистемы, фантастический рост объемов реализации и т.п.), а также открывает новые перспективы развития отрасли. К тому же это не создает никаких дополнительных проблем, поскольку существующие электрические сети вполне приспособлены к тем нагрузкам, которых требуют тепловые насосы (до 3 кВт мощности на потребителя), в отличие от систем прямого электроотопления (до 15 кВт мощности), которые дискутируются в течение последних лет. Ну, и прежде всего, должно быть заинтересовано Правительство, поскольку внедрение тепловых насосов позволяет кардинально решить газовую проблему и в значительной мере повысить энергетическую безопасность страны. Вот только действительно ли заинтересованы в этом перечисленные субъекты?
