Сберечь невозобновляемое органическое топливо — жизненно важная планетарная проблема нашего века. Поэтому сейчас реализуется множество научно-технических программ для повышения экономичности выработки и потребления энергии традиционными способами. В их числе особое место занимают теплонасосные технологии, преобразующие бросовое тепло водоемов, рек, грунтовых и геотермальных вод, стоков канализации, тепловых выбросов АЭС и ТЭС в реальное тепло.
Экономия на всю жизнь
Теплонасосные установки (ТНУ) уже широко распространены и вносят наибольшую лепту в замещение исчерпаемых природных углеводородов. По оценкам Международного энергетического агентства (IEA), уже через 10 лет почти три четверти производственного и коммунального теплоснабжения в разных странах будет осуществляться с их помощью. На планете сейчас количество установленных тепловых насосов огромно — почти 20 млн. И все равно надо больше! Тем более, что в Бельгии лет через пять закроют две старые АЭС, а неотработанного обводненного угля в недрах «страны бриллиантов и шоколада» еще вполне хватает.
Достоинства нынешних ТНУ — их комплексная экологичность и энергоэффективность. Недостатком же пока остается высокая стоимость, причем не только оборудования самих теплонасосных установок, но и систем сбора низкопотенциального тепла. В этой связи применение тепловых насосов в системах утилизации тепла воды, откачиваемой из шахт и карьеров, выглядит весьма привлекательно, поскольку в данном случае дополнительные затраты минимальны. Актуальность этой технологии возрастает особенно для шахт, где нет источников бросового тепла, потенциала горячего водоснабжения, а круглогодичная потребность в горячей воде на них удовлетворяется за счет работы небольших угольных котельных, сочетающих низкую эффективность с высокими выбросами вредных веществ в окружающую среду.
О важности использования ТНУ в угольной промышленности и ЖКХ стран СНГ сказал президент НПФ «ЭКИП» Анатолий Савицкий (Москва):
— Первые ТНУ при шахтах появились в СССР еще в 1985 году. Спустя три года первый теплонасос для отбора тепла шахтных вод установили на шахте «Ключевская» ПО «Кизелуголь» в Пермской области. Особо отмечу, что на один затраченный киловатт электроэнергии тогда было получено 3,5 киловатта тепла… Это же касается и квартирных теплоприборов: если температура 60°С, то получаем 1:3, а если теплые полы, как это распространено в Европе, то соответственно выше — 1:4-1:5. На этом основано 50% теплопотребления в очень богатой и холодной Швеции. Мы же тратим на обогрев одного кубометра в 4-5 раз больше первичных энергоресурсов. А вопрос о стоимости всегда относителен. Ясно, что не все могут себе позволить теплонасос на даче, но если в мире их уже два десятка миллионов, значит, потребители поняли выгоду. На Западе вложения окупаются за 1-2 года, у нас пока дольше, но зато такая техника обеспечит существенную экономию на всю оставшуюся жизнь. Так, ТНУ для утилизации промстоков и канализационных вод на всех очистных станциях Москвы смогут на 10% уменьшить потребление первичных энергоресурсов за счет использования безвозвратно теряемого тепла.
«Благодатные» шахтные воды
Из угольных горизонтов на украинских шахтах откачивается огромное количество вод, в них тоже очень много тепловой энергии. И чтобы ее использовать, а не жечь газ-мазут-уголь, на шахте «Благодатная» ПАО «ДТЭК Павлоградуголь» внедрена ТНУ, использующая тепло шахтных вод в системе горячего водоснабжения.
Рассказывает один из авторов инновационной ТНУ, заведующий кафедрой горной механики Национального горного университета (г. Днепропетровск), профессор, доктор технических наук Владимир Самуся:
— Создание теплонасосной установки стало реальным благодаря пониманию необходимости решения проблем энергосбережения и экологии окружающей среды в стране и инициативам руководства компании ДТЭК и нашего университета. Особо хочу отметить: при создании этого уникального теплоагрегата делали ставку на украинское оборудование, что позволило существенно снизить инвестиции на сооружение ТНУ-800. Необходимая теплопроизводительность установки, рассчитанная исходя из условия нагрева суточного объема воды 120 кубометров за 7 часов от начальной температуры 5°С до конечной 45°С, составила 800 киловатт. Теплонасосы НКТ-270 при температурах сухого насыщенного пара в испарителе +10°С и в конденсаторе +55°С могут производить 256 киловатт тепловой энергии. Оборудование работает в автоматическом режиме и не требует постоянного присутствия обслуживающего персонала.
О высоких показателях его работы в условиях горного предприятия говорит и генеральный директор ПАО «ДТЭК Павлоградуголь» кандидат технических наук Артур Мартовицкий:
— Результаты испытаний и опыт эксплуатации подтвердили правильность проектных параметров установки. Этот передовой теплоагрегат позволит обойтись без шахтной котельной и сэкономить около 600 тысяч гривен эксплуатационных затрат в год. Отмечу также, что каждый киловатт-час затраченной электроэнергии обеспечивает производство в ТНУ-800 до 3,5 киловатт-часа тепла, из которых 2,5 приходится на тепло, отбираемое у шахтной воды, что доказывает высокую энергоэффективность установки. Расчетный срок окупаемости инвестиций — не более 4 лет. Сооруженная на шахте «Благодатная» ТНУ стала первой в Украине и самой мощной в странах СНГ для использования килокалорий бросовых шахтных вод. Но в нашей компании на шахте им. Сташкова откачивается до 1500 кубов воды в час. И это уже не просто вода, а серьезная тепловая мощность, которую можно отбирать и эффективно использовать. В следующем году планируется с участием НГУ внедрение еще двух аналогичных теплонасосных установок на шахтах ПАО «ДТЭК Павлоградуголь».
«Купуй українське!»
Общее техническое решение с определением параметров гидравлических и тепловых режимов установки разработано учеными НГУ. Основные элементы ТНУ, тепловые насосы и теплообменники шахтной воды спроектированы и изготовлены на мелитопольском заводе холодильного машиностроения «Рефма». В теплонасосах НКТ-270 применены винтовые полугерметичные компрессоры фирмы Bitzer и пластинчатые испарители и конденсаторы фирмы «Альфа-Лаваль».
Рабочий проект ТНУ выполнило местное ГП «Днепрогипрошахт», а строительно-монтажные работы — ООО «Спецэнергомонтаж». Большую помощь в организации и проведении работ оказали руководство и специалисты ПАО «ДТЭК Павлоградуголь», поэтому установку, от проработки технических решений и до ввода в эксплуатацию, создали всего за 8 месяцев.
— Учитывая огромный тепловой потенциал откачиваемых шахтных вод в масштабе страны, демонстрация эффективности разработанной технологии даст еще один стимул для широкого применения теплонасосов в угольной и горнорудной промышленности Украины, сократив тем самым сильное отставание от развитых стран, где ТНУ давно и активно вытесняют традиционные схемы теплоснабжения. Ясно, что в этой отрасли ТЭК будущее — за такими чистыми технологиями, интенсивным использованием вторичных ресурсов для теплообеспечения промышленных предприятий и повышения их рентабельности, — подытожил профессор Самуся.
