Повышение энергоэффективности системы теплоснабжения в г. Зеленограде

В. В. Пасков, доктор техн. наук, директор Предприятия  № 10 г. Зеленограда, филиала № 2 «Мостеплоэнерго» ОАО «МОЭК»

Исторически сложилось, что система теплоснабжения в г. Зеленограде работает по «открытой» схеме на горячее водоснабжение. Ни достаточно тщательные наладочные работы, ни рационализаторство и изобретательство, присущие коллективу рабочих и инженеров предприятия, не обеспечили преодоление органических недостатков «открытой» системы. С 80-х годов XX века главной технико-экономической задачей предприятия стал перевод системы теплоснабжения на независимое подключение абонентов. Эта задача поставлена в генеральном плане развития г. Зеленограда до 2010 года, утвержденном Правительством Москвы.

Департамент топливно-энергетического хозяйства г. Москвы неоднократно рассматривал, одобрял и рекомендовал к широкому применению технические новшества, впервые разработанные и примененные в г. Зеленограде. В этом ряду можно отметить технологическое решение, обеспечившее отказ от применения расширительных баков в многоэтажных домах, так называемую «завключенную» схему в центральных и индивидуальных тепловых пунктах для максимального срабатывания температурного потенциала теплоносителя, использования технологии антифрикационной и ресурсо-восстанавливающей обработки (АРВО) для профилактического продления ресурса роторных машин и механизмов.

В рамках ассоциации РУСДЕМ при поддержке Департамента топливно-энергетического хозяйства г. Москвы и Префектуры г. Зеленограда был получен (наряду с Тверью, Владимиром и Череповцом) на конкурсной основе грант Агентства международного развития США на разработку и реализацию системы АСУ ТП 20-ти центральных тепловых пунктов в муниципальном районе Крюково. Реализация проекта осуществлена нашим предприятием тепловых станций, теплосетей и газового хозяйства ГУП «Мостеплоэнерго» совместно с американской фирмой «Джонсон Контролз, Инк». В связи с отсутствием на время монтажа приборов коммерческого и технологического учета определить экономический эффект от внедрения системы стало возможным на основе специальной электронной модели. Система работает с 1996 года и показала экономическую, энергетическую и экологическую эффективность.

Совместным распоряжением премьера Правительства Москвы и Министерства науки и технологий РФ от 15.01.98 года № 36-РП-6 утверждена «Долгосрочная программа энергосбережения в г. Москве».

На конкурс было подано 12 проектов от г. Зеленограда. По его результатам было включено в программу шесть зеленоградских проектов.

Они выполнялись инженерной службой предприятия в содружестве с учеными и инженерами МГИЭТ, НИИ физпроблем, Института высоких температур Академии наук РФ, Российской Академии архитектуры и строительных наук, ФГУП «Межрегиональный центр энергосбережения», НИИ особо чистых материалов, ГНЦ НПК «Технологический центр» и др.

Разумеется, инженерное творчество не ограничивалось перечнем этих официальных проектов. Остановимся на невыполненном перечне и кратких аннотациях разработанных, реализованных и перспективных проектов.

Прежде всего, это проект перевода системы теплоснабжения с «открытой» на независимое подключение потребителей. Выполнены необходимые укрупненные технико-экономические расчеты, разработана спецификация необходимого оборудования и материалов, однако, отсутствие целевого финансирования оставляют ограниченные возможности «закрытия» системы: при строительстве новых и реконструкции существующих зданий (в том числе при сносе 4-5-этажных панельных домов первого поколения) объекты присоединяются к теплосетям только по независимой схеме.

В содружестве с учеными Института высоких температур Российской Академии наук РФ был разработан бизнес-проект модернизации РТС-3 в г. Зеленограде с надстройкой газотурбинной электрогенерирующей установкой и созданием теплонасосной установки, утилизирующей тепло канализационных стоков зеленоградской станции аэрации (создание автоматизированного энергокомплекса). В перспективе – создание резервного топлива в виде сжиженного природного газа (обеспечение абсолютной автономности в чрезвычайных ситуациях).

Выполнена в натуре теплонасосная установка N_тепл = 2 МВт.

Предусмотрено создание двух ГТУ по N_эл = 6 МВт.

Смонтирована и эксплуатируется в течение нескольких лет АСКУЭ – автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии, получаемой от электрических сетей ОАО «Мосэнерго» (экономически выгодные тарифы ночных режимов) для собственных нужд РТС (районных тепловых станций). За счет работы АСКУЭ в 2003 году получена экономия при расчетах за электроэнергию в размере 624,4 тыс руб.

Проведены предпроектные и проектные работы по созданию электрогенерирующих мощностей (газотурбинные и паротурбинные установки на РТС-1, РТС-2 и РТС-4).

Применение установленных на электроприводах насосов с переменными режимами нагрузок на РТС и в ЦТП суммарной мощностью 1 448 КВт дало в 2004 году экономию электроэнергии на сумму 1 374 руб.

Проведено планово в 2004 году акустическое диагностирование 5,2 км тепловых сетей.

Совместно с НИИ особо чистых материалов разработан принципиально новый способ химической промывки внутренних трубчатых поверхностей котлоагрегатов.

Водные растворы на основе полученного технического моющего средства (ТМС) обладают уникальными очищающими свойствами за счет комбинированного воздействия сульфамалеиновой и серной кислот, которые создают в растворе объемную пространственную систему, обладающую сильнейшей комплексообразующей способностью, за счет чего происходит удаление накипных отложений с внутренних поверхностей водогрейного оборудования и удержания их в объеме обрабатывающего раствора с предотвращением вторичной сорбции на обрабатываемую поверхность.

Рисунок 1. Технологическая схема проекта РТЭС-3

Разработаны составы ТМС различной концентрации, проведены испытания для широкой номенклатуры оборудования. Одновременно ведется широкий поиск более эффективных и дешевых экологически безвредных композиций.

Разработанное ТМС обладает комплексом коррозионно-безопасных свойств и может применяться без ингибирования для множества различных материалов: углеродистых и нержавеющих сталей, чугунов, меди, латуни, сплава алюминия, припоев, находящих применение в энергомашиностроении.

В результате химпромывок на основе ТМС котлов КВГМ-100 на РТС-2 и РТС-3 (взамен капитального ремонта поверхностей нагрева) подтвержденный экономический эффект в 2003 году составил 46 264, 99 тыс руб.

Технология АРВО разработана в г. Зеленограде ООО «Венчур-Н» по заказу Минпромнауки в составе принятых по конкурсу проектов совместно с АО «ВНИИЭ». Первые сетевые насосы, дутьевые вентиляторы и дымососы обработаны в январе 2000 года на РТС-4 в г. Зеленограде. С первой попытки удалось устранить перегрев радиально-упорного подшипника сетевого насоса и снизить температуру подшипников качения вентилятора и дымососа на величину 6–11 °С. На ТЭЦ-25 ОАО «Мосэнерго» первый бустерный насос ВН-5А был обработан в августе 2000 года. До обработки с подшипниками электродвигателя были постоянные проблемы, а после – о них забыли.

К настоящему времени на предприятиях ГУП «Мостеплоэнерго» и семи станциях АО «Мосэнерго» обработано более 250 единиц оборудования: сетевые, бустерные, конденсатные и другие виды насосов, тягодутьевое оборудование, приводы РВП, опорные подшипники РВП, компрессоры. Результаты измерения виброперемещения, виброскорости и виброускорения по каждому подшипнику каждой единицы оборудования накапливаются в базе данных, что дает возможность судить об изменениях вибросостояния и, соответственно, об изменениях степени износа всех видов оборудования. Анализ данных за 3 года позволяет сделать однозначный вывод – технология АРВО устраняет износ, вибропараметры возвращаются к исходным минимальным значениям, уменьшается температура подшипников. По компрессорам зафиксировано увеличение производительности на величину до 100 %.

Основные результаты применения технологии АРВО были получены в ходе выполнения зака-зов ТЭЦ-25 в 2001 и ТЭЦ-25 в 2002 годах.

Основным итогом напряженной работы за эти годы можно считать то, что выработана и проверена на практике новая концепция обеспечения надежности эксплуатации энергетического оборудования, которая сводится к стремлению проследить всеми доступными способами за нарастанием износа механических узлов оборудования и постараться заменить эти узлы до их полного разрушения. Пассивная оборонительная практика борьбы с износом усугубляется тем, что за последние 10–12 лет ухудшилось качество подшипников, до минимального уровня сократилось научно-техническое сопровождение производства, снизились численность и квалификация обслуживающего персонала, в результате чего ситуация с трудом поддается контролю.

Разработана и проверена концепция активной наступательной борьбы с износом механических узлов оборудования, которая основана на регулярном контроле виброперемещения, виброскорости и виброускорения в тех направлениях по каждому подшипнику, накоплении результатов измерений в компьютерной базе данных и, самое главное, на возможности целенаправленного устранения износа путем осознанной, базирующейся на анализе вибросостояния каждой конкретной единицы оборудования, обработки механических узлов по технологии АРВО.

Методика вибродиагностики специально разработана для того, чтобы не только контролировать процесс изменения вибропараметров, но и иметь алгоритм для интерпретации результатов измерений. Это означает, что информация накапливается не только о вибросостоянии в базе данных, но и можем сказать, например, о том, вызвано ли увеличение виброскорости естественным износом или же расбалансировкой; вызвано ли увеличение виброперемещения уменьшением жесткости подшипника вследствие износа или же ослаблением натяга, или же ослаблением крепления корпуса подшипникового узла и т. д.

Рисунок 2. (подробнее) Газотурбинная надстройка отопительной котельной с электрическим генератором, работающим на собственные нужды станции, в том числе тепловой насос и ожижитель газа, и на внешнюю электрическую сеть (с вариантом аккумулирования криогенного природного газа в качестве резервного топлива)

Результаты работы по освоению этой технологии дважды – в 2002 и 2004 годах – рассмотрены на НТС Департамента топливно-энергетического хозяйства г. Москвы и рекомендованы к широкому применению на подведомственных предприятиях.

Энергоэффективность и энергосбережение на территории г. Зеленограда требует системного подхода с поэтапным созданием Единой автоматизированной системы диспетчерского контроля и управления (ЕАСКДК и У).

Система ЕАСКДК и У строится на базе Московской волоконно-оптической сети (МВОС), эле-ментами которой являются автоматизированные системы коммерческого учета тепла, горячей и холодной воды (АСКУТВ). Они предназначены для непрерывного измерения и учета тепловой энергии, расхода горячей и холодной воды, получаемых застройкой зеленоградского АО г. Москвы, а также решения следующих задач:

- получения, сбора, формирования, передачи и хранения информации о потреблении тепловой энергии, горячей и холодной воды;

- учета тепловой энергии, расхода горячей и холодной воды при коммерческих расчетах между потребителями и поставщиками энергоресурсов;

- оптимизации оперативного контроля, анализа и управления потреблением и сбытом тепловой энергии, горячей и холодной воды.

АСКУТВ состоит на нижнем уровне из приборов учета тепловой энергии и расхода горячей и холодной воды. Первичными источниками информации являются датчики и вычислитель как средство коммерческого учета для соответствующего вида энергоносителей. Система верхнего уровня включает сбор и предварительную обработку информации и носит сервисный характер. На этом уровне выполняется задача накопления и хранения долговременного архива, автоматизированное составление отчетов и оперативное отражение текущей информации.

АСКУТВ контролирует расход тепловой энергии и теплоносителя (суммарный и текущий), температуру теплоносителя, его давление на входе и выходе из объекта, а также расход горячей и холодной воды. Система выполняет возложенные на нее функции, осуществляя постоянный автоматизированный сбор поступающей информации о состоянии теплоносителя на узле учета тепла с последующим расчетом полученного количества теплоты, объема.

В рамках программного подхода к комплексному решению задач повышения энергоэффективности и энергосбережения в сфере потребления тепловой энергии в секторе промышленности г. Зеленограда специалисты предприятия совместно с учеными МГИЭТ провели в 2001 году работу по оказанию консультационных услуг по энергосбережению и повышению энергоэффективности головных промышленных предприятий г. Зеленограда – основных потребителей тепловой энергии: ОАО «Ангстрем», АОЗТ «НИИ молекулярной электроники» и завод «Микрон», ОАО «Элма» и ОАО «Логика». Совместно с Центром энергоаудиторских предприятий нефтегазовой промышленности был организован и проведен энергетический аудит, а с ФГУП «Государственный межрегиональный центр энергосбережения Минэнерго РФ» разработаны на основе энергоаудита меры по энергосбережению и повышению энергоэффективности зданий и производственных процессов.

Целый ряд энергоэффективных проектов и разработок носят перспективный характер. В соответствии с постановлением Правительства Москвы от 1.06.04 года № 365-ПП «Об основных направлениях развития системы теплоэлектроснабжения г. Москвы на период до 2020 года» предусмотрено инициированное предприятием развитие электрогенерирующих надстроек всех четырех районных тепловых станций (РТС) газо- и паротурбинными установками (ГТУ) для производства электроэнергии в основном для собственных нужд:

- на РТС-3: ГТУ 12 МВт электрической и 24 Гкал/ч тепловой мощности;

- на РТС-4: паротурбинная установка 3,5 МВт электрической мощности с вводом в эксплуатацию в ближайшие годы.

В перспективе до 2009 года предусматривается реконструкция существующих РТС-1 и РТС-2 путем надстройки в них ГТУ с параметрами по 180 МВт электрической и 180 Гкал/ч тепловой мощности с внешней выдачей электроэнергии.

Таким образом наши теплогенерирующие устройства становятся районными теплоэлектростанциями (РТЭС).

Ряд наших инициатив не получил пока одобрения и поддержки со стороны власти и финансирующих структур:

- надстройка парогенерирующих установок паровинтовыми машинами ПВЭМ-250. Проект выполнен ЗАО «Независимая энергетика» для РТС-1;

- создание мусоросжигательного завода с когенерационной выработкой электроэнергии и теплоты производительностью 150 т ТБО в сутки на основе плазмохимических реакций. Проектные предложения и опытные установки разработаны ГНЦ «Курчатовский институт»;

- использование сжиженного природного газа (СПГ) в качестве резервного (аварийного) топлива на РТЭС.

Можно с большой долей достоверности сделать предположение, что инновационная деятельность по созданию энергоэффективных установок и устройств может получить новый импульс не директивно от руководства в финансируемых московских городских программах, а в результате приватизационной реконструкции московской системы теплоснабжения. (Постановление Правительства Москвы от 24.08.04 года № 583-ПП «О принципах формирования среднесрочной программы приватизации (продажи) государственного имущества города Москвы и о прогнозном плане приватизации на 2005 год»).

В плане обучения, подготовки и повышения квалификации специалистов в области теплоэнергетической эффективности предприятие имеет долговременные творческие связи с Московским государственным институтом электронной техники (техническим университетом), в котором создана специализированная кафедра «Энергосберегающие технологии». Ежегодно на предприятии проходят производственную практику студенты старших курсов и дипломники МГИЭТ, шесть выпускников защитили дипломные проекты по тематике нашего предприятия.

Инженерный и оперативно-технический персонал предприятия периодически проходит переподготовку и повышение квалификации в МЭИ, МИИТ.

При разумных и достаточно быстро окупаемых инвестициях из различных источников суммарный расчетный годовой экономический эффект от реализации мер по энергосбережению в г. Зеле-нограде может быть оценен в 4–5 млн долл.

Проект зеленоградской окружной программы предусматривает следующие положения:

-  ряд зеленоградских предприятий производит самостоятельно или в кооперации с другими организациями приборы, датчики и комплектующие и изделия для регулирования и учета расхода энергоресурсов, экономичные источники света и другое. Научно-технический и производственный потенциал зеленоградских предприятий позволяет занять основательную нишу на непрерывно растущем рынке энергосберегающего оборудования;

- использование преимуществ Демонстрационной зоны высокой энергетической эффективности в рамках проекта ЕЭК ООН «Энергоэффективность-2000» дает большие возможности для привлечения и стимулирования отечественных и иностранных инвесторов для реализации энергосберегающих проектов, создания новых совершенных технологий, систем и их компонентов;

- создание (поэтапное) единой информационной системы ЖКХ на основе волоконно-оптической технологии позволяет создать единый информационно-управляющий механизм инженерной инфрастуктуры и информационно-управляющей структуры города;

- всестороннее интенсивное развитие городского хозяйства г. Зеленограда получит мощную современную основу надежного и бесперебойного энерго- и водоснабжения, повышение экономичности которого позволит существенно снизить дотации из городского бюджета.