Часто упоминаемое «неудовлетворительное снижение энергоемкости промышленности» зависит в первую очередь от отсутствия роста энегоэффективности вырабатываемой энергии. Потому что выбор вариантов развития энергетики по концепции разработчиков закона «О теплоснабжении» и расплывчатых требований к разработке тепловых схем сводятся к обеспечению возврата инвестиций. А это, априори противоречит техническими решениями выработки энергоэффективной энергии.

(Продолжение. Начало в «ЭПР» №7 от 06.04.2021 г.) 

Поэтому Минэнерго не внедряет обоснованный по их заказу численный показатель выработки энергии для схем теплоснабжения бытовых и промышленных потребителей.

Выявление из большого многообразия самых эффективных технических решений с прогрессивным оборудованием требует численное сравнение наиболее оптимальных и близких вариантов. Сравнение должно осуществляться с учетом взаимного влияния и увязки всех показателей, характеризующих параметры каждого варианта энергоснабжения. При оптимальном показателе энергоэффективности теплоснабжения выработка электроэнергии в конденсационном режиме наименьшая.

1. Показатель энергоэфективности выработки теплоэнергии (ПЭТ)

На основании изучения существующих показателей совершенства принимаемых технических решений, оборудования и зависимостей параметров систем теплоэлектроснабжения, такому условию отвечает численный «показатель энергоэфективности выработки теплоэнергии», определяемый по формуле:

ПЭТ = Wт /((Qс от +
+ Qт пик ) + Qкот),(1)

Где:
Wт — годовая выработка теплофикационной электроэнергии, тыс. кВт*ч (или МВт*ч);
Qс от — годовой отпуск тепловой энергии от отборов турбин, Гкал;
Qтпик — годовая выработка тепловой энергии пиков. Котл. ТЭЦ, Гкал;
Qкот — годовая выработка тепловой энергии котельными сист., Гкал.

Он может рассчитываться в созданых и создаваемых системах теплоэлектроснабжения (поселения, города, региона и т. д.) для определения совершенства принятых технических решений и оборудования.

В общем случае совокупность систем теплоснабжения поселения содержит разные источники теплоснабжения: ТЭЦ, пиковые источники, котельные. Соотношение между установленными пиковыми и базовыми источниками должно характеризоваться «коэффициентом теплофикации». Показатель энергоэффективности определяется по совокупности всех систем теплоснабжения города (включая индивидуальные источники).

Раскрывая приведенную формулу (1) с учетом коэффициента теплофикации, получаем выражение для показателя энергоэффективности выработки тепла:

ПЭТ = wα Qт/[( α Qт +
+ (1–α) Qт) + Qкот)], (2)

Где:
Qт = Qо от + Qт пик — тепловая нагрузка, присоединенная к ТЭЦ;
w — удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении по диаграмам режимов турбин;
Qкот — мощность котельных систем.
α — коэффициент теплофикации; Qо от / (Qо + Qт пик).

Это показатель зависимости качественных и количественных (структурных) изменений тепловых мощностей в системе теплоснабжения.

2.Показатель энергоэффективности общего комплекса энергетического хозяйства (ПЭс )

Обоснованная, с начала рождения теплофикации концепция, подтвержденная Академией наук СССР и практикой, выражена в следующем:

«Теплофикация должна в первую очередь рассматриваться как комплекс­но-энергетическая проблема. Всякое изолированное рассмотрение отдельных вопросов развития теплофикации вне общего комплекса энергетического хозяйства или рассмотрение отдельных элементов теплофикационных установок без учета их органической взаимосвязи (например с точки зрения только задач электроснабжения, теплоснабжения и др.) неизбежно связано с возможностью ошибочных решений». (Академик Мелентьев Л. А.  Теплофикация, ч-1. Изд. Академии наук СССР, 1944 г.).

Для обеспечения комплексной увязки двух энергий необходимо в формулу (2), включить тепловой эквивалент балансирующей (недостающей) для потребления электроэнергии.

ПЭс = wα Qт/[( α Qт+
+ (1 – α) Qтнагр) + Qкот+
+ Q кт)]. (3)

Q кт ,— тепловая мощность, требуемая на выработку электроэнергии в конденсационном режиме теплофикационных турбинах ТЭЦ, и электроэнергии ГРЭС, полученной из энергосистемы, с учетом их коэффициента полезного действия и потерь на транспорт.

Q кт = (N –WТ–Wг –
– Wв)*0,86/ŋ, (4)

При этом из требуемой мощности электроэнергии потребителей исключить мощность, полученную в регионе комбинированным способом, и процент мощности ГЭС,АЭС, ВИЭ.

N — Требуемая мощность электрознергии из системы, для потребителей, на рассматриваемой территории, с учетом перетока.WТ — мощность теплофикационной электроэнергии на рассматриваемой территории, МВт.
Wг- мощность из энергосистемы, в процентном отношении электроэнергии ГЭС, АЭС, ВИЭ ;
(ŋ) — усредненное к.п.д. источников конденсационных ТЭС и ПГУ, прилегающей зоны энергосистемы. В сравниваемых вариантах он принимается одинаковым. Поэтому любая неточность на результат сравнения не влияет.

Включенных в формулу численных исходных значений достаточно, чтобы выявить в СТ узкие места, сдерживающие повышение энергоэффективности, и обосновывать программы развития энергетики в поселениях разной численности и плотности.

Показатель энергоэффективности выработки источников энергии в регионе, является:

удельная мощность электроэнергии, выработанная максимально энергоэффективным (комбинированным)способом, относительно 1 Гкал, тепловой мощности теплоснабжения потребителей теплом отборов турбин, котельных и котлов ГРЭС, и ТЭЦ в конденсационном режиме, вырабатывающих балансирующую электрическую мощность.

Для более глубокого анализа капвложений и экономии топлива можно определять ПЭс и сравнивать по годовым выработкам тепла и электроэнергии.

Из формулы 3 следует, что любое изменение параметров источников, влечет изменение «Показателя энергоэффективности» в ту или иную сторону.

А это значит, при сравнении разных вариантов выявляется самый топливосберегающий, соответственно наименее капиталоемкий.

3. Текущая степень совершенства системы (ССС)

ССС =ПЭф / ПЭн

ПЭф- Фактический или проектный показатель энергоэффективности.
ПЭн- нормативная показатель энергоэффективности, на основе оптимальных параметров выбранных источников, климатических условий, структуры потребления тепла и электроэнергии на рассматриваемой территории.

Определяется при разработке схем тепло- и электроснабжения.

4. Экономическое сравнение при этом необходимо и достаточно проводить по «приведенным затратам»

Для более глубокого анализа капвложений и экономии топлива дополнительно сравнить по выбранным установленным мощностям.