LOGO

Институт энергетических исследований Российской академии наук (ИНЭИ РАН)

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ В РОССИИ

Филиппов С.П., Дильман М.Д., Ионов М.С.

Международная конференция «Эффективная генерация энергии»

19-20 сентября 2011 г.

LOGOИсточники тепла для тепловых насосов

Вторичные энергетические ресурсы:

сбросное низкотемпературное тепло;

тепло сточных вод;

вентиляционные выбросы и др.

Нетрадиционные возобновляемые источники энергии:

тепло грунта;

тепло наружного воздуха;

незамерзающие водоемы

солнечная энергия и др.

LOGOПринцип работы компрессионного теплового насоса

Принципиальная схема компрессионного теплового насоса

Т-S диаграмма цикла работы компрессионного теплового насоса

LOGOГрунтовые теплообменники ТНУ

Горизонтальный Вертикальный

LOGOДостоинства и ограничения использования ТНУ

Достоинства:

Экономия электроэнергии и органического топлива

Экологически чистый источник тепла

Затрачивая 1 кВт электрической мощности на привод насоса, можно получить 3-4 и даже 5-6 кВт тепловой мощности

Автоматический режим эксплуатации, обслуживание - сезонный техосмотр и контроль

Ограничения:

Высокие удельные капитальные вложения

Ограничения по температуре на выходе из теплового насоса

Неоднородность теплового потенциала грунта в региональном разрезе

Охлаждение грунта при эксплуатации ТНУ

LOGOУдельные капиталовложения

0

25

50

75

100

КТНУ+эл.котел95/70

КТНУ+эл.котел70/50

КТНУ+конвектор КТНУ+Теплыйпол+эл.кот

АбТНУ(АдТНУ) КТНУ воздух-вода

Электрокотлы Газовые котлы

Уд

ел

ьн

ые

ка

пи

тал

ов

ло

же

ни

я, т

ыс

.ру

б./к

Вт

Электро- или газовый котел и радиаторы Подстанция, ГРП Бурение КТНУ с установкой

Объект: Поселок 200 домов по 200 м2;Удаленность от ПС 10 км иот магистр. газопровода 10 км.

LOGOОграничения по температуре на выходе из ТНУ

20

40

60

80

100

-30-20-100

Температура наружного воздуха, °С

Те

мп

ер

ату

ра

во

ды

, °С

_ _ __ Макс. t воды на выходе из ТНУ_____ График 95/70°С_____ График 70/50°С

Температурный график системы отопления для условий Москвы

LOGOСреднегодовая продолжительность использования ТНУ

Показатель* Север Центр Юг

Продолжительность отопительного периода, ч/год

6072 5136 4200

Предельная tн использования

теплового насоса, °С-14

<tн.р=-31-12

<tн.р=-28-7

<tн.р=-20

Продолжительность использования теплового насоса, ч/год

49006072

43655136

35954200

Предельная tн использования теплового насоса в автономном режиме, °С

-3-15

-2-13

1-9

Продолжительность использования теплового насоса в автономном режиме, ч/год

27855010

25704480

19283805

* Числитель - для температурного графика 95/70°С, знаменатель – для графика 70/50°С

LOGOСхемы теплоснабжения с ТНУ

1 - тепловой насос; 2 - буферная емкость; 3 - емкостной водонагреватель ГВС; 4 - электрокотел; 5 - радиаторная система отопления; 6 - «теплый пол»;7 – конвектор (электрообогреватель)

С последовательным включением электрокотла С применением конвекторов

С параллельным включением электрокотла

LOGOРаспределение температур грунта по глубине

Показатель Север Центр Юг

Температура грунта на глубине 50 м / 100 м, °С 4 / 5 10 / 11 15 / 16

Среднегодовой коэффициент трансформации 2,9 3,2 3,5

Глубина

Тем

пер

атур

а гр

унта

Зонаколебанийтемпературыгрунта

Зона стабильного возрастания температуры грунта

10 м

LOGOРасход электроэнергии

0

5

10

15

20

КТНУ +эл.котел95/70

КТНУ +эл.котел70/50

КТНУ +конвектор Теплый пол +эл.кот КТНУ воздух-вода Электрокотлы

Ра

схо

д э

ле

ктр

оэн

ер

гии

, мл

н.к

Вт∙

ч/го

д

Север

Центр

Юг

Объект: Поселок 200 домов по 200 м2;Удаленность от подстанции 10 км;Удаленность от магистрального газопровода 10 км.

LOGOСуммарные дисконтированные затраты

0

200

400

600

КТНУ+эл.котел

95/70

КТНУ+эл.котел

70/50

КТНУ+конвектор

Теплый пол+эл.кот

АбТНУ(АдТНУ) КТНУ воздух-вода

Электрокотлы Газовые котлы

Сум

мар

ные

диск

онти

рова

нны

е за

трат

ы, м

лн.р

уб

Север

Центр

Юг

LOGOТНУ могут быть экономически эффективнее электрокотлов:

Геотермальные КТНУ: при повышении тарифов на электроэнергию более чем на

30%. при действующих тарифах - если удастся снизить

удельные капитальные затраты на ТНУ 50% и более.

КТНУ воздух-вода: при повышении тарифов на электроэнергию более чем на

60% в центральных районах , на 40% на юге и на севере России.

при действующих тарифах - если удастся снизить удельные капитальные затраты на ТНУ на 50% (юг) – 70% (центр).

Абсорбционные (адсорбционные) ТНУ: При наличии природного газа уступают по эффективности

котлам даже при увеличении тарифа на газ в 10 раз.

LOGOРасход условного топлива

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

КТНУ АбТНУ(АдТНУ) КТНУ воздух-вода

Электрокотлы Газовые котлы

Рас

ход

усл

овно

г то

плив

а, т

у.т

./го

д

Север

Центр

Юг

LOGOПрогноз спроса на ТНУ на перспективу до 2030 г.(нарастающим итогом)

0

1000

2000

3000

20

12

20

13

20

14

20

15

20

16

20

17

20

18

20

19

20

20

20

21

20

22

20

23

20

24

20

25

20

26

20

27

20

28

20

29

20

30

Г о д ы

Сп

ро

с н

а м

ощ

но

сть

ТН

У, М

Вт

ДФО УФО

ПФО СЗФО

ЦФО ЮФО

LOGOСистемы теплоснабжения на базе тепловых насосов:

требуют больших капитальных затрат по сравнению с традиционными индивидуальными источниками тепла;

имеют ряд ограничений, для преодоления которых необходима разработка технических и схемных решений с дополнительными капиталовложениями - в поверхности нагрева и дополнительные источники энергии;

эффективность зависит от региона. Тепловой потенциал грунта и коэффициент трансформации растут с севера на юг; число часов использования геотермальных ТНУ с севера на юг уменьшается;

не могут в настоящее время конкурировать с котлами на газе. Экономическая ниша ТНУ – негазифицированные районы, и конкурирующая технология – электрокотлы.

* * * В настоящее время по критерию суммарных затрат

эффективным является лишь теплоснабжения с КТНУ на севере России (отопительный период >5600 ч).

На перспективу до 2030 г. в стране может быть востребовано 3,4-4,4 ГВт мощности ТНУ, что составляет 9-11% от вводимой тепловой мощности малоэтажной застройки. Их установка позволит экономить 3,8-4,9 млн. т у.т. в год.

LOGO

Институт энергетических исследований Российской академии наук (ИНЭИ РАН)

БЛАГОДАРИМ ЗА ВНИМАНИЕ