Корзина
- Корзина пуста.
Итого:
0,00 руб.
В последнее время регулярно подчеркивается, что тепловые насосы являются центральной технологией по повышению энергетической эффективности и сокращению выбросов парниковых газов (ПГ) в жилых и общественных и зданиях. Международное энергетическое агентство (МЭА) даже выпустило специальный отчет «Будущее тепловых насосов», в котором данная технология позиционируется как центральная технология глобального перехода к безопасному и устойчивому отоплению. При этом, в отчете МЭА ставится задача применять технологию не только в новых многоквартирных домах (МКД) и индивидуальных жилых зданиях, но и устанавливать тепловые насосы для отопления и горячего водоснабжения в эксплуатируемых МКД и коммерческих объектах. Иными словами, приоритетной областью для обеспечения устойчивого роста энергоэффективности и сокращения выбросов ПГ в зданиях, должен быть перевод существующих эксплуатируемых МКД и коммерческих объектов на децентрализованное теплоснабжение на базе тепловых насосов.
По сценарию МЭА, доля тепловых насосов, используемых для отопления и горячего водоснабжения зданий, в ближайшем будущем возрастет до 20%. При этом, потребность в природном газе должна сократиться на 80 млрд. м3, а в угольном топливе — на 55 млн. тонн угольного эквивалента. Это означает, что к 2030 г. на тепловые насосы будет приходиться почти половина глобального сокращения использования ископаемого топлива для отопления и горячего водоснабжения зданий и, как следствие, не менее чем на 500 млн СО2 уменьшатся выбросы ПГ.
В данной статье рассматриваются недостатки, возможные риски и последствия при ускоренном и массовом применении технологии тепловых насосов как для новых многоквартирных домов и коммерческих объектов, вводимых в эксплуатацию, так и для уже эксплуатируемых жилых и общественных зданий.
Тепловые насосы нельзя считать полностью экологически чистой низкоуглеродной технологией. Так как для их работы необходима электрическая энергия, а для ее производства на тепловых электростанциях сжигается природное топливо или нефтепродукты (природный газ, уголь, мазут). Когда в отчете МЭА позиционируется, что для работы тепловых насосов используется электроэнергия с низким уровнем выбросов ПГ, то имеется в виду, что это только электрическая энергия, которая произведена или возобновляемыми источниками энергии (ВИЭ), или атомными электростанциями, или на основе «зеленого» водорода.
В остальных случаях, при работе тепловых насосов, использующих электроэнергию, выработанную на тепловых электростанциях, присутствуют энергетические косвенные выбросы парниковых газов (область охвата 2).
Справочно
Согласно европейской классификации, учитываются следующие выбросы парниковых газов:
Исходя из вышесказанного, применение технологии тепловых насосов для замены газовых, мазутных или угольных котлов позволит полностью сократить только прямые выбросы ПГ в зданиях (область охвата 1). Однако при этом, сразу возрастут выбросы парниковых газов, обусловленные дополнительным производством электроэнергии на тепловых электростанциях для работы тепловых насосов. Если же тепловые насосы предполагается применять при централизованном теплоснабжении зданий, то эффекта от сокращения выбросов парниковых газов может и не быть.
При отсутствии энергетического оборудования (котлоагрегатов), сжигающих природное топливо, уменьшения прямых выбросов ПГ в зданиях не будет. А уменьшение энергетических косвенных выбросов парниковых газов от сокращения производства тепловой энергии на источниках теплоснабжения, будет компенсировано возрастанием выбросов СО2 при дополнительном производстве электроэнергии на электростанциях.
Работа тепловых насосов целиком и полностью зависит от качественной и своевременной поставки электроэнергии из наружных (внешних) электрических сетей на объекты (здания).
При этом, прекращение подачи электроэнергии на объекты сразу приведет к останову тепловых насосов. И если тепловые насосы предполагается использовать для отопления и горячего водоснабжения то, соответственно, прекратится работа систем отопления и горячего водоснабжение зданий.
И в зданиях не будет ни освещения, ни работы бытового электрооборудования с электроприборами, ни отопления с горячим водоснабжением (из-за останова тепловых насосов).
Таким образом, при использовании тепловых насосов, для потребителя существует значительный риск попасть в стопроцентную зависимость от надежной и качественной поставки электроэнергии в здание от внешних электрических сетей. Так как, любая аварийная ситуация на внешних электрических сетях сразу скажется на теплоснабжении зданий, причем таким образом, что теплоснабжения в зданиях просто не будет. Другими словами, помимо отключения электроснабжения в зданиях (освещение, бытовое электрооборудование с электроприборами), потребитель рискует еще и остаться без отопления с горячего водоснабжения.
Следует отметить, что последствия аварийных ситуаций на электрических сетях для потребителя (жителя) гораздо значительнее аварий на тепловых или газовых сетях.
При централизованном теплоснабжении от котельных или ТЭЦ, а также при автономном (децентрализованном) теплоснабжении от газовых котлоагрегатов, в случае аварии на тепловых или газовых сетях потребитель (житель) может включить электрический обогреватель и какое-то время продержаться за счет электрического обогрева хотя бы одной комнаты в доме. При теплоснабжении зданий от тепловых насосов даже этого не будет.
Хорошо, если в электроснабжающей компании оперативно отреагируют на аварийную ситуацию, быстро устранят повреждения в электрических сетях и восстановят энергоснабжение зданий хотя бы в течении суток. Но если на устранение аварии в электрических сетях потребуется больше времени, то температура внутреннего воздуха в помещениях зданий будет снижаться. В случае, если на ликвидация аварийной ситуации в электрических сетях потребуется более 54 часов, то температура воздуха в помещениях зданий упадет до 12 оС и ниже. При этом, для зданий, независимо от их типа (индивидуальное жилое здание, многоквартирный дом, общественное здание) наступит полный коллапс.
Таким образом, использование технологии тепловых насосов для отопления и горячего водоснабжения по части надежности энергообеспечения зданий далеко не самое лучшее решение. И тепловые насосы всегда необходимо дополнять резервными источниками энергоснабжения, работа которых не зависит от поставки электроэнергии в здания от внешних электрических сетей.
Для индивидуальных жилых зданий, в качестве резервных источников энергоснабжения возможно использовать бензиновый или дизельный генератор с аварийным запасом топлива. Также, для загородных индивидуальных жилых домов, можно использовать котлоагрегат или печь, которые сжигают твердое топливо (уголь, дрова). Для многоквартирных жилых домов и общественных зданий, надежность энергообеспечения потребителей при применении технологии тепловых насосов возможно реализовать следующим образом:
Примеры реализации технологии тепловых насосов совместно с другими источниками энергоснабжения для малоэтажных энергоэффективных жилых зданий приведены в табл. 1.
Следует отметить, что применение тепловых насосов совместно с другими дополнительными источниками энергоснабжения (пиковыми и резервными) существенно повышает стоимость технологии. При этом, использование тепловых насосов в бивалентном режиме уменьшает эффект от применения технологии и не позволяет полностью реализовать потенциал экономии энергии в зданиях. Как видно из табл. 1, энергия, выработанная тепловыми насосами совместно с другими альтернативными источниками энергоснабжения, позволяет обеспечить только от 20 до 80% потребности здания в энергоресурсах для отопления и горячего водоснабжения.
Таблица 1. Применение тепловых насосов при строительстве малоэтажных энергоэффективных жилых зданий.
Источник: Данные Государственной корпорации Фонд содействия реформированию жилищно-коммунального хозяйства (ГК ФСР ЖКХ).
Использование тепловых насосов в крупных и средних городах при плотной застройке многоэтажными многоквартирными домами и общественными зданиями при наличии централизованных систем тепло-и электроснабжения сопряжено со значительными сдерживающими факторами и рисками.
Следует отметить, что по действующим нормативным документам, все потребители как тепловой энергии, так и электроэнергии классифицируются по категориям.
Справочно
1) Потребители теплоты по надежности теплоснабжения делятся на три категории:
Первая категория — потребители, не допускающие перерывов в подаче расчетного количества теплоты и снижения температуры воздуха в помещениях ниже предусмотренных ГОСТ 30494. Например, больницы, родильные дома, детские дошкольные учреждения с круглосуточным пребыванием детей, картинные галереи, химические и специальные производства, шахты и т.п.
Вторая категория — потребители, допускающие снижение температуры в отапливаемых помещениях на период ликвидации аварии, но не более 54 ч:
Третья категория — остальные потребители.
2) Потребители электроэнергии (электроприемники) по надежности электроснабжения классифицируются на три категории:
Первая категория — потребители, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения. Потребители первой категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв в подаче электроэнергии при нарушении электроснабжения от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.
Вторая категория — потребители, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. Потребители второй категории в нормальных режимах должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания.
Третья категория — относятся все остальные потребители, не подпадающие под определения первой и второй категорий.
Таким образом, если строго и тщательно подходить к технологии тепловых насосов с учетом надежности энергообеспечения потребителей (зданий), то эту энергоэффективную и низкоуглеродную технологию допускается использовать только для потребителей третьей категории. В крайнем случае, для потребителей второй категории, если тепловой насос имеет резервный источник энергоснабжения (тепловой насос + резервный источник энергоснабжения).
При этом, для значительной части эксплуатируемых многоквартирных домов, в условиях плотной городской застройки, реальным резервным источником энергоснабжения будет реализация второго независимого ввода питания от другой трансформаторной подстанции. Так как, это практически единственно возможный вариант хоть как-то минимизировать аварийное воздействие при неустойчивом (нестабильном) энергоснабжении зданий.
Таким образом, при использовании тепловых насосов для значительной части эксплуатируемых МКД (высотой до пяти этажей включительно, с газовыми плитами), при переходе на децентрализованное теплоснабжение на базе тепловых насосов сразу потребуется повысить категорию здания с организацией второго ввода от независимого источника питания. Это мероприятие является очень дорогим и будет существенным сдерживающим фактором при применении тепловых насосов для эксплуатируемых многоквартирных домов .
При централизованном теплоснабжении эффект от установки тепловых насосов в зданиях и переходе на децентрализованное теплоснабжение состоит из следующих составляющих:
При этом, эффект от исключения платы за технологическое присоединение к тепловым сетям имеет ограничения при установке тепловых насосов в зданиях:
Следует отметить, что при использовании тепловых насосов и централизованном электроснабжении зданий всегда будут присутствовать дополнительные расходы в виде увеличения платы за технологическое присоединение к электрическим сетям. Так как при установке тепловых насосов в зданиях существенно возрастает электрическая нагрузка (в среднем на 26-46% для новостроек с электрическими плитами; в 1,4-2,1 раза для существующих эксплуатируемых МКД с газовыми плитами).
При этом, увеличение стоимости подключения к электрическим сетям при установке тепловых насосов в зданиях может полностью или частично сократить эффект от экономии финансовых средств за счет исключения платы за технологическое присоединение к тепловым сетям (табл. 2).
Таблица 2. Увеличение электрических нагрузок и стоимости технологического присоединения к электрическим сетям при децентрализованном теплоснабжении МКД на базе тепловых насосов.
Источник: Расчеты ЦЭНЭФ-XXI по результатам энергетического обследования многоквартирных домов (в Самаре, Перми, Сургуте, Якутске, Ставрополе).
Для существующих эксплуатируемых зданий, при установке тепловых насосов, рост электрических нагрузок, в среднем составит 1,4-2,1 раза. По данным отчета МЭА «Будущее тепловых насосов», это обстоятельство может почти в 3 раза увеличить пиковый спрос на потребление электроэнергии зданиями в отопительный период в случаях внезапных похолоданий. Помимо этого, существенно возрастают нагрузки на электрические сети и энергетическое оборудование систем электроснабжения городов. Это может привести к дефициту электрических мощностей и перегрузке энергосистем городов. Таким образом, существенно увеличивается риск появления крупных техногенных аварий в энергосистемах городов и регионов России, с массовым отключением электроэнергии, большим количеством пострадавших и значительным материальным ущербом.
Чтобы минимизировать отрицательные последствия сценария МЭА по ускоренной и массовой установке тепловых насосов не только в новых МКД и коммерческих объектах, но и в существующих эксплуатируемых жилых и общественных зданиях, потребуется:
Главным образом, имеются ввиду технологии и мероприятия по повышению тепловой защиты наружных ограждающих конструкций (утепление фасадов, крыш, чердачных перекрытий, перекрытий по подвалу и полов на грунте; замена окон на энергоэффективные стеклопакеты). Это позволит сократить тепловые нагрузки зданий и, как следствие, устанавливать тепловые насосы с меньшей электрической мощностью.
Таким образом, ускоренная и массовая установка тепловых насосов в зданиях по сценарию МЭА, должна включать затраты не только на сами тепловые насосы (проектирование, стоимость оборудования, монтажные и пусконаладочные работы), но и затраты на масштабную реконструкцию энергосистем городов и реализацию энергосберегающих мероприятий в зданиях.
Соответственно, прежде чем проецировать подходы, сценарии и целевые показатели Международного энергетического агентства по ускоренной и массовой установке тепловых насосов для зданий России, необходимо все тщательно просчитывать . Как по затратам на применение этой технологии в жилых и общественных зданиях, так и по эффектам, эксплуатационным расходам и сдерживающим факторам при ее реализации. Расчеты не должны проводиться только в рамках одних потребителей (зданий).
Самое важное, необходимо с учетом всех факторов оценивать риски воздействия на энергосистемы городов России и вероятность получения крупных техногенных аварий при ускоренном и массовом переводе зданий на децентрализованное теплоснабжение на базе тепловых насосов. И рассчитать возможные затраты на реконструкцию энергосистем с определением тарифных последствий для потребителей (увеличение стоимости электроэнергии) для минимизации рисков получения крупных техногенных аварий.
Еще одним сдерживающим фактором при использовании тепловых насосов в многоквартирных домах является дальнейшее эксплуатационное обслуживание, а также текущий и капитальный ремонт этих установок. Иными словами, кто именно будет осуществлять эксплуатационное обслуживание и ремонт тепловых насосов, установленных в МКД. Непосредственно штатные специалисты управляющих компаний (УК) или товариществ собственников недвижимости (ТСН)?
Маловероятно, что в штатном составе небольших УК или ТСН, имеются специалисты-энергетики, квалификация которых позволяет профессионально и качественно обслуживать, а также проводить текущий и капитальный ремонт тепловых насосов. Как показывает практика, в составе небольших управляющих компаний и товариществ собственников недвижимости имеются, в лучшем случае два слесаря-сантехника и два электрика. Плюс к этому, в небольших УК могут быть от силы от 1 до 3 инженеров (теплоэнергетиков и электроэнергетиков) в составе производственно-технического отдела (ПТО).
В этом случае при любой нештатной ситуации в работе тепловых насосов, специалистам УК или ТСН придется обращаться в специализированную (стороннюю) сервисную организацию по обслуживанию и ремонту тепловых насосов и заключать договор на их сервисное обслуживание, что увеличит расходы на обслуживание тепловых насосов, замену комплектующих частей (компрессор, теплообменники, насосы), хладоагента, замену и настройку автоматики.
Кроме того, вполне может получится, что затраты на сервисное обслуживание и ремонт тепловых насосов будут больше, чем стоимость экономии тепловой энергии при установке тепловых насосов в жилых зданиях. Поэтому оплата жителями коммунальных услуг не сократится, а возрастет за счет расходов на обслуживание и ремонт тепловых насосов со стороны специализированной сервисной организации.
Таким образом, прежде чем устанавливать тепловые насосы в многоквартирных домах, необходимо:
Для любой энергоэффективной и низкоуглеродной технологии, применяемой в жилых и общественных зданиях, приоритетными должны быть не экономия энергии и сокращение выбросов парниковых газов, а обеспечение комфортных условий и качественных коммунальных услуг для потребителей
Таким образом, в первую очередь энергоэффективные и низкоуглеродные технологии необходимо оценивать по показателям надежности и качества энергообеспечения потребителей. При этом, расчеты энергетической и экономической эффективности технологий должны быть на втором месте и не должны подменять собой оценку надежности.
В настоящее время нет общей методики для оценки надежности энергоэффективных и низкоуглеродных технологий, используемых в зданиях. Соответственно нет единых показателей для определения надежности децентрализованных систем теплоснабжения на базе тепловых насосов.
Для этих целей предлагается использовать такие показатели как:
Таким образом, в зависимости от показателя КНАД, децентрализованные системы теплоснабжения зданий на базе тепловых насосов с точки зрения надежности могут классифицироваться как:
Соответственно, когда предполагается использовать тепловые насосы для энергообеспечения зданий, эту технологию необходимо сравнивать с другими энергоэффективными и низкоуглеродными технологиями, которые могут дать аналогичный эффект. Причем сравнение необходимо проводить не только по экономическим показателям, показателям энергоэффективности и сокращения углеродоемкости, но и, главным образом, по показателям надежности и качества энергообеспечения потребителей.
К сожалению, в настоящее время по таким показателям как надежность и качество энергообеспечения потребителей, сопоставление энергоэффективных и низкоуглеродных технологий не проводится.
Технологию тепловых насосов некорректно считать центральной технологией по повышению энергетической эффективности и сокращению выбросов парниковых газов в жилых и общественных и зданиях. Тепловые насосы это только одна из многих энергоэффективных и низкоуглеродных технологий со своими преимуществами и недостатками, со своими сдерживающими факторами и рисками при ее применении. Причем, с очень существенными сдерживающими факторами и рисками, к которым относятся:
Последний фактор может привести к дефициту электрической мощности и перегрузке энергосистем городов. Из-за этого существенно возрастает вероятность возникновения крупных техногенных аварий в энергосистемах городов и регионов России.
Таким образом, такой технологии как тепловые насосы неправильно будет придавать приоритетное значение в таких стратегических нормативных документах как:
Более того, совсем неправильно будет планировать развитие технологии тепловых насосов в России на основе подходов, сценариев и целевых индикаторов Международного энергетического агентства. Слишком дорогой ценой и большими рисками может обойтись увеличение доли тепловых насосов, используемых для отопления и горячего водоснабжения зданий России, до 20-25% к 2030 г. (по сценариям МЭА).
Соответственно, каждый раз, когда предполагается использовать технологию тепловых насосов для энергообеспечения потребителей, необходимо все тщательно просчитывать. Причем, индивидуально для каждого конкретного потребителя в любом населенном пункте России. При этом расчеты должны проводиться не только на уровне зданий, но и охватывать все основные звенья систем централизованного электроснабжения с целью определения затрат на реконструкцию энергосистем и возможных тарифных последствий для потребителей.