В последнее время большую популярность приобретают альтернативные источники энергии [6, 7, 8] , в том числе тепловые насосы [3]. Впервые такая установка, использующая сточные воды, как источник низкопотенциального тепла, была внедрена в Японии для теплоснабжения одного из районов Токио. Кроме того данный проект уникален тем, что использовались неочищенные, необработанные сточные воды, что позволяет использовать тепловые насосы не только на очистных станциях, но и на станциях перекачки и канализационных сетях.
В дальнейшем ожидается значительное увеличение использования сточных вод в качестве источника низкопотенциального тепла.
Объем канализационных стоков (табл. 1), производимых в огромных количествах большими городами, практически не изменяется в течение года. Температура сточных вод ниже температуры наружного воздуха в летнее время и выше в зимнее (табл. 2). Это делает их идеальным источником низкопотенциального тепла для использования в тепловых насосах. По некоторым оценкам, в городские коммуникации вместе со сточными водами сбрасывается около 40% использованного тепла.
Табл. 1.
Энергетический потенциал сточных вод по данным на 2001 г. [1]
|
Субьект РФ |
Сбросы суточных вод, млн. м3 |
Валовый потенциал, млн. т.у.т. |
Технический потенциал, млн. т.у.т. |
|
Центральный федеральный округ |
9828 |
14,017 |
2,803 |
|
Северо-западный федеральный округ |
12376 |
17,651 |
3,530 |
|
Южный федеральный округ |
9748,2 |
13,903 |
2,781 |
|
Приволжкий федеральный округ |
8841,8 |
12,610 |
2,522 |
|
Уральский федеральный округ |
3472,3 |
4,952 |
0,991 |
|
Сибирский федеральный округ |
8603 |
12,270 |
2,454 |
|
Дальневосточный федеральный округ |
1803,5 |
2,572 |
0,514 |
|
Российская Федерация в целом |
54672,8 |
77,977 |
15,595 |
Табл. 2.
Ориентировочные параметры систем утилизации [1]
|
Объект применения (потребитель) |
Температура сточных вод, 0С |
Ориентировочная тепловая мощность, кВт |
|
Внутриквартирные сантехнические устройства (ванны, раковины и т.п.) |
30-35 |
1-5 |
|
Выпуски из многоэтажных зданий |
30 |
100-300 |
|
Канализационно-насосные станции микрорайона |
18-22 |
400-6000* |
|
Индивидуальные дома и коттеджи (утилизаторы на местных очистных сооружениях) |
15 |
10-15 |
|
Городские и поселковые очистные сооружения |
15-18 |
** |
* в зависимости от размеров станций и прилегающих микрорайонов;
** при значительном ресурсе в зависимости от тепловой нагрузки потребителя.
Так с апреля 1995 по март 1996 года указанная выше тепловая станция обеспечила 37 741 ГДж тепловой энергии для охлаждения воды и 9 151 ГДж для получения горячей воды [1]. В августе 1995 года коэффициент преобразования теплонасосной установки составил 4,3. В феврале 1996 года – 3,9.
Общие изменения в экономике России должны привести к пересмотру взглядов на использование нетрадиционных источников энергии. Учитывая, что территория нашего государства находится в широтах, где наружная температура воздуха опускается ниже 0°С в течение 6–8 месяцев в году, в России расход топлива на теплоснабжение превосходит расход топлива на электроснабжение в 1,5–2 раза. Следовательно, с ростом цен на топливо, тарифов на его доставку возникает необходимость решать задачи по уменьшению потребления топливных ресурсов.
Существует также проблема изношенности тепловых сетей в системах централизованного теплоснабжения. Холодная зима 2002–2003 годов, оставив без тепла целые регионы России, наглядно это продемонстрировала. В связи с вышеуказанными проблемами решение вопросов энергосбережения и надежного теплоснабжения приобрело колоссальное значение.
Идея возврата части тепловой энергии, уходящей в канализацию с горячей водой не нова: обычная схема включает в себя тепловой насос и систему теплообменных устройств, которые устанавливаются на очищенных стоках. Тепловой насос, отбирая от стоков низкопотенциальную энергию, повышает температуру теплоносителя в выходном контуре. Главным недостатком такого решения является проблема ретранспортировки полученной энергии.
Недостаток устраняется, если оборудовать такой системой не городской коллектор, а например отдельный дом. В этом случае отбор энергии придется производить от неочищенных стоков, что потребует создания непростых теплообменных устройств [2]. Теплообменник не должен препятствовать движению стоков загрязненных всевозможными твердыми, волокнистыми жировыми и прочими включениями. Неизбежное заиливание стенок не должно существенно ухудшать режим отбора тепла. Необходимо предельно снизить эксплуатационные затраты и упростить обслуживание системы. Учитывая сравнительно большой срок окупаемости (4-5 лет), требуется обеспечить соответствующую долговечность системы.
Нормы расхода горячей воды и энергии для ее приготовления в расчете на одного человека за один месяц составляют 7,05 м3 и 0,19 Гкал соответственно. Стоимость 1м3 воды составляет 11 руб., стоимость 1 Гкал 1171 руб., включая НДС (данные приведены для г.Белгорода).
Для определенности проведем расчеты на один подъезд пятиэтажного дома. В таком подъезде проживает порядка 50 чел. Объем стока горячей воды составит:
50 * 7,05 = 352,5 м3/мес. или 11,75 м3/сут.
Учитывая, что основное потребление приходится на 3-4 вечерних часа и 1-2 утренних, примем продолжительность эффективного теплосъема равной 6 ч, т.е. усредненный поток составит 1,96 м3/ч.
Энергосодержание этих стоков составит:
=61,4 кВт.ч
Поскольку снять удастся только 40-50% энергии, то в итоге получаем порядка 28 кВт.час. Учитывая, что тепловой насос на каждый отобранный от среды 1 кВт.ч энергии затрачивает примерно 0,25 кВт.ч электроэнергии, мощность теплового насоса должна составлять 7 кВт. Стоимость теплового насоса составляет примерно 15 тыс. руб. за один 1 кВт, т.е. необходимый нам насос будет стоить 105 тыс. руб. Остальное оборудование и монтаж будут стоить примерно 70 тыс. руб.
Возвращаемая энергия в денежном выражении составит:
0,19 Гкал * 50 чел. * 0.5 * (1171 + 11) руб.= 5614,5 руб./мес.
Затраты на электроэнергию составят:
10 кВт * 6ч * 30 дн. * 1,81 руб./кВт.ч = 3258 руб.
Срок окупаемости составит:
На самом деле срок окупаемости будет короче, поскольку стоимость горячего водоснабжения будет неуклонно расти. Только в 2011 г. эти цены возросли в среднем на 23%.
Использование тепловых насосов в системе возврата тепловой энергии могло бы считаться очень эффективным при значительно меньшей их стоимости. Но импортное оборудование такого плана очень дорого. Как ожидается, использование тепла сточных вод уменьшит потребление энергии и выброс парниковых газов. Применение этой системы уменьшает потребление энергии на 20%, выброс CО2 и NOx на 40 и 37% соответственно.
Библиографическая ссылка
Кологривых А.С., Семиненко А.С. ТЕПЛОВОЙ ПОТЕНЦИАЛ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ СТОКОВ // Современные наукоемкие технологии. – 2014. – № 7-2. – С. 57-58;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=34304 (дата обращения: 21.11.2024).