УДК 574.075.8:911.3

Эколого-экономические аспекты энергосбережения посредством внедрения инновационных технологий

Дмитриев Павел Станиславович к.б.н., доцент*,

Фомин Иван Александрович магистр*,

Абдрашева Куаныш Махметовна**,

Габдола Адема ученица**

Северо-Казахстанский государственный университет им. М. Козыбаева*, Областная школа для одаренных детей им. Абу Досмухамбетова,

г. Петропавловск**

Выработка, потребление энергии  имеют большие сопутствующие экологический эффект и экологические проблемы.  С одной стороны, в Казахстане очень уязвимая природная среда, которая в результате антропогенных нагрузок снижает естественную способность к самовосстановлению. Мощное влияние на нее оказывают предприятия перерабатывающего и энергетического комплекса, имеющие несовершенную технологию, морально и физически изношенные основные производственные фонды, что способствует увеличению количества вредных выбросов. С другой стороны, современная энергетика, основанная в первую очередь на использовании ископаемых видов топлива (нефть, газ, уголь), оказывает наиболее массивное воздействие на окружающую среду. Начиная от добычи, переработки и транспортировки энергоресурсов и заканчивая их сжиганием для получения тепла и электроэнергии – все это весьма пагубно отражается на экологическом балансе планеты. Энергетический комплекс Казахстана, в значительной степени использующий уголь для получения энергии, пополняет объем парниковых газов.

Основная роль в увеличении эффективности использования энергии принадлежит современным энергосберегающим технологиям. Энергосберегающая технология – новый или усовершенствованный технологический процесс, характеризующийся более высоким коэффициентом полезного использования топливно-энергетических ресурсов (Борисова Н.Г., 2003)

Внедрение энергосберегающих технологий в хозяйственную деятельность как предприятий, так и частных лиц на бытовом уровне, является одним из важных шагов в решении многих экологических проблем - изменения климата, выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, истощения ископаемых ресурсов, образования промышленных и твердых отходов и др. (Закон РК, «Об энергосбережении и повышении энергоэффективности», 2012). Обычно предприятия внедряют следующие типы технологий, которые дают значительный энергосберегающий эффект: общие технологии для многих предприятий, связанные с использованием энергии (двигатели с переменной частотой вращения, теплообменники, сжатый воздух, освещение, пар, охлаждение, сушка и пр.), более эффективное производство энергии, включая современные котельные, когенерацию (тепло и электричество), а также тригенерацию (тепло, холод, электричество); замена старого промышленного оборудования на новое, более эффективное.

Имеются сведения о научно-технических исследованиях, технологиях и технических устройствах в области теплосбережения, проводимых в Казахстане и странах дальнего и ближнего  зарубежья. Ведущие фирмы и страны-изготовители энергосберегающего оборудования – «Funke» (Германия), «Danfoss» (Дания), «Grundfos» (Германия), «IVR» (Италия), «Slovarm» (Словакия) и другие предлагают надежное современное оборудование в большом ассортименте, но, как правило, использующее  циркуляционные насосы, требующие электропитания, что в условиях низких зимних температур рискованно из-за возможных перебоев в подаче энергии. С другой стороны, оно плохо приспособлено к качеству теплоносителя, который зачастую содержит много взвесей. Регулирование в весенне-осеннее и нерабочее время дает экономию порядка 20-35% при высоких ценах.

Проблемы энергосбережения, как известно, имеют большое значение не только для экономики страны в виде снижения энергоемкости производства, но и для населения – львиная доля коммунальных платежей приходится на оплату теплоснабжения. Поэтому для Северо-Казахстанской области специально разработано техническое устройство «Элеваторный узел системы центрального отопления»  по инновационным патентам профессора Б.Б. Аспандиярова с соавторами «Струйный регулируемый насос» (№№ 21343 и 23562, зарегистрированные в Государственном реестре изобретений РК).  

Изобретение относится к системам центрального отопления с местными нагревательными приборами, например, к одно- и двухтрубным системам.

Технические решения новой конструкции позволяют:

•   существенно экономить тепло за счет ручного или автоматизированного регулирования, уменьшая его поступление в здание весной, осенью, ночью, в выходные и праздничные дни;

•   обеспечить экономию тепловой энергии и затрат на оплату коммунальных услуг;

•   исключить потери прямой горячей воды до ее поступления в здание;

•   многократно использовать поток обратной воды;

•   ускорить циркуляцию теплового потока с более равномерным распределением тепла в зданиях;

•   способствовать упорядочению работы теплосети и снижению перетопа – перерасхода топлива на ТЭЦ.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение  экономичности работы элеваторного узла системы центрального отопления за счет повышения его регулирующей и транспортирующей способности.

Поставленная задача энергосбережения достигается тем, что предлагаемый элеваторный узел системы центрального отопления содержит параллельные линии подающего трубопровода. Такое раздвоение подачи тепловой энергии из подающей линии прямой магистрали в элеваторном узле создает условия для регулирования потока тепла потребителям в течение отопительного сезона. Поток тепла можно посылать либо по одной, либо по другой, либо по обеим линиям подающего трубопровода. За счет этого регулируется количество тепла, фактически используемого потребителем,  в течение отопительного сезона.

В предлагаемом элеваторном узле струйные аппараты обвязаны запорной арматурой до и после себя. Они и позволяют гибко менять уровень потребления тепла в течение разных периодов отопительного сезона. Запорная арматура использована на подводящих трубопроводах подачи активной горячей сетевой воды и трубопроводах пассивной холодной воды магистралей тепловых сетей и параллельной линии трубопровода обратной сетевой воды, поступающей с торца на вход струйного регулируемого насоса. Такое решение позволяет использовать остаточный напор обратной условно холодной сетевой воды для повышения эффективности транспортирования потока смешанной воды до отопительных приборов потребителя. Запорная арматура установлена на параллельных линиях подающего трубопровода,  одни концы которых присоединены к боковым патрубкам струйного регулируемого насоса, а другие – к участку трубы, расположенному между элеватором и запорным органом, размещенном на трубопроводе смешанной сетевой воды, направляемой на отопительные приборы потребителя по традиционной схеме.

Такое конструктивное решение позволяет увеличить скорость течения смешанной воды к отопительным приборам потребителя, за счет того, что к скорости течения обратной воды прибавляется скорость течения прямой активной горячей воды. Наличие кольцевых сопел в струйном насосе обеспечивает увеличение скорости потока в пристенной зоне, где обычно движение тормозится трением.  Таким образом,  движение обратного потока сетевой воды и его ускорение прямым потоком горячей сетевой воды, увеличение скорости потока в пристенной зоне в основном  составляют сущность струйного регулируемого насоса, который обеспечивает также  компрессионное поджатие смешанного потока сетевой воды, движущегося к отопительным приборам потребителя - ускорению потока способствует образование разрежений после кольцевых сопел.  На место вытесненного объема обратной сетевой воды приходит новая доля  условно холодного потока обратной сетевой воды, отдавшей тепло в отопительных приборах. Поэтому в местной системе отопления с предлагаемым элеваторным узлом происходит многократная циркуляция потока обратной воды, оставляющей в помещении больше тепла, что повышает эффективность теплоснабжения (Белецкая Н.П., Рудер В.П., 2012).

Элеваторный узел с СРН с ручным управлением прошел апробацию в ЖКХ областного центра в течение трех  отопительных сезонов и показал себя эффективным теплосберегающим устройством системы центрального отопления: лучший результат получен в отделении Южно-Уральской железной дороги РФ. За 8 месяцев работы двух СРН отопительного сезона 2011-2012 гг. получена экономия 2 300 тыс. тенге при затратах на их установку в 800 тыс. тенге. Расходы окупились за 3 месяца.

Таким образом, большое значение данное устройство и технология теплосбережения имеют, прежде всего, для потребителя тепловой энергии: значительно сократятся затраты на коммунальные услуги. А для жителей, как известно, оплата тепла – основная доля расходов коммунальных услуг. Значительную долю затрат оплата отопления составляет и в организациях, на предприятиях.

По приводимым в разных расчетах данным при установке внедряемых в настоящее время  АТП в среднем доме, потребляющем  в год 700 Гкал тепла, экономия составляет около 130 Гкал (18%).   Если принять, что за отопительный сезон эффективность предлагаемого технического устройства составит реально не менее 25% (при разных уровнях теплоизоляции), то экономия у каждого такого среднего дома составит 175 Гкал/год, а установка его в 1000 средних домах областного центра (это почти весь его многоэтажный фонд жилья) будет сопровождаться экономией 175 000 Гкал/год. Для потребителей сумма сэкономленных средств составляет 432 276 000 тенге (2418,72 тг х 175 000, или $2 821 840. Сэкономленного тепла  в этом случае хватит  на обеспечение теплом на уровне 700 Гкал/год еще 250 домов. 

Энергосбережение имеет экологический эффект, в том числе и в сокращении выбросов парниковых газов. В нашем случае экономия энергии в объеме 175 00 Гкал/год означает предотвращение выбросов СО₂ в количестве 113 750 т, что эквивалентно его поглощению лесами Казахстана на площади около 19 000 га за это же время. Количество выбросов СО₂ в объеме 113 750 т также означает сокращение этого парникового газа на 0,6 т/год для каждого жителя областного центра. Экономическая эффективность снижения выбросов в рамках Киотского протокола может быть выражена платой за 1т СО₂ в размере $17,5 (российские расчеты), что составит $1 990 625.  В соответствии с «Зеленой книгой ЕС» 1т СО₂ «весит» $33, что составило бы $3 753 750 (но она может быть использована в странах ЕС).

Таким образом, внедрение инновационных технологий энергосбережения имеет экономический и экологический эффекты. Для стандартной системы отопления используемой в странах СНГ, в том числе Северо-Казахстанской области возможно внедрение описанного элеваторного узла, который соответствует характеристикам энергосбережения.

Публикация посвящена эколого-экономическим аспектам энергосбережения посредством внедрения инновационных технологий. Рассмотрен мировой опыт, опыт внедрения технологии энергосбережения в Северо-Казахстанской области.

Ecological and economic aspects of energy saving through the introduction of Innovative Technologies

The publication is dedicated to ecological and economic aspects of energy savings through innovation. Considered the world experience, experience in implementing energy saving technologies in the North Kazakhstan region.

North Kazakhstan State University. M. Kozybayev *,

Regional School for gifted children to them. Abu Dosmukhambetov, Petropavlovsk **

P.S. Dmitriev*, I.A. Fomin*, K.M. Abdrashevа**, Gabdola A. **

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.      Борисова «Энергосбережение и использование нетрадиционных источников энергии». М.: Алматы. АИЭС, 2003, С. 2-15.

2.      Белецкая Н.П., Рудер В.П. Энергосбережение – одна из ключевых задач устойчивости развития. //Сборник МНПК СКГУ, Петропавловск, 2012, C.27-29.

3.      Закон РК «Об энергосбережении и повышении энергоэффективности», 25.01.2012.