Содержание системы жилищно-коммунального хозяйства в его нынешнем виде непосильно ни для потребителей жилищно-коммунальных услуг ни для бюджетной системы. До 50% бюджета некоторых городов расходуется на теплоснабжение в т.ч. жилищного фонда. Тепловые сети в России самые дорогие в мире.
По оценкам специалистов на отопление и горячее водоснабжение зданий массовой застройки у нас расходуется вдвое больше энергоресурсов чем в развитых странах мира со сходными климатическими условиями.
Существенное улучшение экономических и экологических характеристик производства теплоэнергии можно достигнуть с помощью теплонаносных установок (ТНУ) поднимающих низкотемпературную возобновляемую природную энергию и вторичную низкопотенциальную теплоту до более высоких температур пригодных для теплоснабжения. Кроме того, применение ТНУ позволяет приблизить тепловые мощности к местам потребления минимизировать протяженность тепловых сетей рассредоточить выбросы в регионе и получать в системах отопления 3 - 8 кВт эквивалентной тепловой энергии в зависимости, от температуры низкопотенциальных источников затрачивая при этом 1 кВт электрической энергии.
Согласно решениям Мирового энергетического комитета 70% теплоснабжения (промышленного и коммунального) в мире к 2020 г будет осуществляться с помощью тепловых насосов ТНУ, широко применяются в США Германии Великобритании и Скандинавских странах Они довольно интенсивно вытесняют традиционные способы теплоснабжения.
Россия значительно отстает в этой области. Практическое использование ТНУ на данный момент находится на начальном этапе
Отдел энергосберегающих технологий и природоохранного оборудования МНИИЭКО ТЭК проблемой использования вторичных энергоресурсов занимается с 1986 г.
В 1988 г впервые в СССР была разработана и внедрена технология утилизации тепла оборотной воды компрессоров на шахте Ключевская ПО «Кизелуголь» (Пермская область) с применением тепловых насосов для отопления промплощадки шахты.
В 1994 г был выполнен рабочий проект технологического комплекса утилизации низкопотенциального тепла шахтной воды для шахты «Зенковская» АО УК Прокопьевск уголь. С помощью данной тепло насосной установки мощностью 2 4 МВт предполагалось покрывать круглогодичную нагрузку системы горячего водоснабжения и базовую нагрузку отопления.
В 1995 г был выполнен рабочий проект, предусматривавший применение тепловых насосов для шахты «Степановская» АО Ростовуголь по утилизации низкопотенциальной теплоты с целью улучшения температурного режима очистки хозяйственно бытовых стоков.
В 2001 г на шахте Осинниковская ОАО УК Кузнецкуголь в Кемеровской области впервые в России была испытана опытно промышленная установка по утилизации низко потенциального тепла шахтных вод, которая полностью покрывает потребности горячего водоснабжения шахты и позволяет отключить шахтную котельную в летнее время.
В последние годы выполнен большой объем научно исследовательских и опытно конструкторских работ по созданию эффективных технологии получено около 10 патентов.
Реформа, проводимая в большой энергетике, непрерывный рост тарифов, непредсказуемость обеспечения предприятий энергоресурсами вынуждают смотреть на возможности малой энергетики внедрение технологии возобновляемых источников энергии и вторичных энергетических ресурсов в другом ракурсе.
Значительным тепловым потенциалом располагают хозяйственно бытовые стоки коммунального хозяйства. Используя их можно значительно снизить себестоимость тепловой энергии. Например, за счет температуры сбрасываемой горячей воды в квартирах теплоты вытяжного воздуха систем вентиляции кондиционирования, потребление тепла в жилом секторе можно снизить до 30-40%.
Здания канализационных насосных станции (КНС) городов России многие, из которых расположены на значительном удалении от населенных и тепловых пунктов отапливаются либо централизованно, либо за счет электричества. Электрическое отопление крайне непривлекательно с экономической течки зрения Централизованное дешевле но требует больших затрат на прокладку ремонт и обслуживание теплотрасс большой протяженности Новые технологии разработанные с применением тепловых насосов дают возможность утилизировать низкопотенциальное тепло стоков и использовать его для отопления и горячего водоснабжения зданий КНС. Как показывают рас четы коэффициент преобразования теплового насоса при темпера туре стоков 18 22 °С составляет 5-6 т е на 1 кВт ч затрачиваемой электрической энергии приходится 5 6 кВт ч полезной утилизирован ной тепловой энергии. При сложившихся на рынке ценах на тепловую и электрическую энергию стоимость тепла выработанного тепловым насосом в указанных пределах коэффициента трансформации будет в 2 6 раза ниже стоимости централи зеванного и в 5-6 раз ниже стоимости электрического отопления.
В целях снижения затрат на теплоснабжение КНС разработана технология утилизации низкопотенциального тепла неочищенных сточных вод с применением теплового насоса Осенью 2000 г на РНС 3 Гаива (г Пермь) была смонтирована оборудована и пущена в эксплуатацию экспериментальная установка. В течение отопительного сезона 2000 2001 гг. проводились испытания и получены хорошие результаты Потребности в отоплении и горячем водоснабжении насосной станции были удовлетворены полностью. В сравнении с электроотоплением себестоимость 1 Гкал тепла снизилась в 4 - 6 раза. Срок окупаемости проекта составил 1 год. Опытная установка успешно проработала три отопительных сезона.[12]
Затраты тепловой энергии на отопление станции очистки хозяйственно бытовых стоков (СОХБС) также достаточно высоки. В очищенных канализационных стоках которые с температурой до 20 °С сбрасываются в гидрогеографическую сеть имеется большой потенциал неиспользованной тепловой энергии. Утилизация их низкопотенциального тепла с применением тепловых насосов позволит получить дешевую экологи чески чистую энергию.
МНИИЭКО ТЭК имеет большой опыт проведения энергетических обследований систем теплоснабжения предприятий коммунального хозяйства и разработки программ теплосбережения городов. В частности в последнее время проведено энергетическое обследование системы теплоснабжения г. Кунгура Пермской области. Обследовано более 150 жилых домов, большинство объектов соцкультбыта, определен потенциал экономии ТЭР разработаны энергосберегающие проекты, и Программа теплосбережения города, где серьезное внимание уделено использованию низкопотенциального тепла хозяйственно бытовых стоков и вторичных энергетических ресурсов.
Для повышения эффективности использования ТЭР их экономии снижения издержек на перекачку стоков необходимо использовать новые более дешевые источники теплоснабжения объектов. Внедрение новых технологии отопления с применением тепловых насосов позволит решить ряд проблем стоящих перед предприятиями коммунальной сферы:
- отказаться от нерационального электрического и в ряде случаев централизованного отопления объектов жилищно-коммунального хозяйства
- значительно экономить электроэнергию
- обеспечивать надежное и экономичное теплоснабжение объектов
- не зависеть от поставщиков тепла
- отказаться от теплотрасс большой протяженности и как следствие сократить значительные потери и затраты на их обслуживание снизить издержки на выработку тепла и увеличить надежность теплоснабжения.
Учитывая большую экономическую эффективность актуальность проблем необходимо выполнить ряд научно исследовательских работ и разработать отраслевую научно-техническую программу по созданию и внедрению высокоэффективных технологии с использованием низкопотенциальных тепловых ресурсов для удешевления теплоснабжения жилищно-коммунального хозяйства[13]
В нашей стране электроэнергия в основном вырабатывается на мощных гидро-, тепловых и атомных электростанциях. Создана Единая электроэнергетическая система страны, связывающая в единое целое подавляющее большинство электростанций. Обеспечение электроэнергией потребителей осуществляется через развитую электрическую сеть и подстанции энергосистем.
Следует отметить, что в нашей стране электростанции генерируют переменный трехфазный синусоидальный ток частотой 50 Гц. Это значит, что в течение 1 с ток, изменяясь по синусоиде, 50 раз совершает полный цикл: возрастает от 0 до максимума, затем уменьшается до 0, далее уменьшается до отрицательного максимума и снова возвращается к 0. На переменном токе работает большинство потребителей. Те потребители, которые работают на постоянном токе, имеют систему электроснабжения, включающую выпрямители (преобразователи), преобразующие переменный ток в постоянный; выше указывалось, что на постоянном токе работают трамвай и троллейбус.
Выбор системы электроснабжения на переменном токе обусловлен простотой преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Это преобразование осуществляется в статических установках — трансформаторах. Передача электроэнергии на большие расстояния выполняется при возможно наибольших напряжениях 220, 380, 600 кВ, так как при этом потери электроэнергии в линиях передачи наименьшие.
Для питания потребителей, расположенных на территории города, предусматривается система электроснабжения — совокупность трансформаторных подстанций и электрических сетей различных напряжений. Общую систему электроснабжения обычно делят на две части: к первой относят электрические сети и понижающие подстанции 35—110 кВ. Совокупность этих сетей называется электроснабжающими сетями. Сборные шины 10(6) кВ подстанции являются центрами питания (ЦП) городских сетей. Электроснабжающие сети предназначены для распределения энергии между районами города.