Энергоэкологические обследования сложных технологических объектов на базе энергоавтобусов

А. Г. Вакулко, председатель совета директоров холдинга «МЭИ-ИнТехЭнерго»,

А. В. Валерко, генеральный директор ООО ПМНЧ «Котломонтажсервис»,

Г. А. Романов, исполнительный директор ООО «ИнТехЭнерго-Аудит»

Изменения в технической политике, особенно в области создания новых энергоэффективных технологий и техники, вызванные вторым энергетическим кризисом начала 70-х годов прошлого столетия, привели к возникновению необходимости проведения  комплексной проверки установленного энерготехнологического оборудования, его переналадке или замене.

Первые энергоавтобусы (мобильные лаборатории) появились в провинции Альберта (Канада). Они были позиционированы как инструментальные средства, с помощью которых можно было достаточно быстро и эффективно провести экспресс-обследования различных энерготехнологических объектов и процессов. Для этой цели на базе различных транспортных средств создавались многоцелевые измерительно-вычислительные и программно-методические комплексы. За прошедшие десятилетия в разных странах, особенно страдающих от дефицита топливно-энергетических ресурсов, были созданы новые технические комплексы. При этом за счет мирового разделения труда и раздела продукции появилась возможность интеграции различных компонентов энергоавтобусов под различные задачи.

Общемировые тенденции последних десятилетий увязали проблемы энергоэффективности и экологии окружающей среды энерготехнологических объектов. Этому способствовало ужесточение экологических норм при сжигании органического топлива. Именно по этой причине новые поколения энергоавтобусов становились все более усовершенствованными. Это касается их возможностей по автономному функционированию в разных погодных и климатических условиях, в том числе при отсутствии внешнего электроснабжения. Изменились и сами измерительно-вычислительные и программно-методические комплексы, на базе которых стало возможным параллельное накапливание значительного количества данных. Все это дает более достоверную картину энерготехнологических процессов с точки зрения энергоэффективности и экологичности.

Примером такого энергоавтобуса является мобильная энергоэкологическая измерительная лаборатория (рис. 1), которая была разработана и изготовлена в 2006 году в рамках осуществляемого в России международного проекта компанией Gasunie Engineering & Technology, г. Гронинген (Нидерланды). Лаборатория собрана на базе грузового автомобиля MAN и оснащена современными стационарными и переносными измерительными приборами, средствами сбора, хранения, передачи и обработки информации в режиме реального времени, а также развитой системой жизнеобеспечения. Большая часть измерительных средств лаборатории, включая промышленный газоанализатор, имеет сертификат соответствия Госстандарта РФ.

Рисунок 1. Мобильная энергоэкологическая измерительная лаборатория

Основной задачей проекта является оказание полного спектра энергоуслуг (оценка фактической энергоэффективности объекта, разработка мероприятий и технических решений, поиск оборудования, внедрение мероприятий, мониторинг и определение фактической эффективности, обучение персонала).

Потенциальными клиентами (заказчиками) проекта являются в основном предприятия и организации:

• имеющие существенный потенциал энергосбережения, который может быть реализован малозатратными мероприятиями;
• не имеющие в своей структуре служб энергоменеджмента и не располагающие необходимыми знаниями в области энергосбережения.

Основой измерительного комплекса лаборатории является стационарный газоанализатор непрерывного действия фирмы АВВ, позволяющий определять состав дымовых газов по следующим компонентам: СО, СО₂, СН₄, NO_x, О₂. Для настройки газоанализатора на борту лаборатории имеется специально оборудованная калибровочная система. В комплект поставки измерительной лаборатории входят следующие основные средства измерения:

• метеостанция (измерение температуры, влажности окружающего воздуха, скорости ветра);
• бесконтактный ультразвуковой расходомер жидкостей (газов, смесей);
• анализатор электропотребления (измерение силы тока, напряжения, мощности и т. д.);
• осциллограф (просмотр измерительных сигналов);
• инфракрасные измерители температуры поверхности;
• тепловизор (инфракрасная видеокамера для построения температурных полей объектов);
• измерители качества воды;
• датчики для измерения плотности теплового потока через поверхность;
• измерительные преобразователи температуры и термоэлектрические термометры;
• измерительные преобразователи давления.

Измерительные средства лаборатории позволяют решать следующие основные задачи:

• оценивать эффективность сжигания природного газа котельными агрегатами и технологическими печами;
• определять эффективность выработки тепловой энергии котельными агрегатами;
• составлять режимные карты котельных агрегатов и печей, работающих на природном газе;
• оценивать состояние тепловой изоляции трубопроводов, оборудования и наружных конструкций;
• определять  эффективность использования тепловой энергии теплообменным оборудованием;
• осуществлять мониторинг и оценку содержания вредных веществ в окружающей среде и в уходящих дымовых газах котлов и технологических печей.

Грузовой автомобиль представляет собой транспортное средство повышенной проходимости с четырьмя ведущими колесами. Кабина грузового автомобиля обеспечена тремя посадочными и двумя спальными места. Уровень тепловой изоляции стен, пола и потолка лаборатории в совокупности с имеющимися на борту отопительными приборами и кондиционером обеспечивают возможность нормальной работы эксплуатационного персонала и технических средств лаборатории при изменении температуры наружного воздуха от -40 до 40 °С.

В помещении лаборатории оборудовано три рабочих места, оснащенных персональными компьютерами, соединенными между собой через локальную сеть (рис. 2). К локальной сети подключен также цветной принтер-факс-копир. В помещении имеется рабочий верстак с инструментами. Для сбора данных, поступающих от различных измерительных приборов, имеются стационарные и выносные устройства сбора и преобразования информации.

Рисунок 2. Помещении лаборатории

В штатном режиме работы электропитание лаборатории осуществляется от внешней сети 400 (380) В или 230 (220) В. Если возможность внешнего электропитания отсутствует, лаборатория может работать от своего собственного источника питания. Для этой цели предусмотрен бензиновый электрогенератор мощностью 5,5 кВт. Потребляемая мощность лаборатории (в штатном режиме) составляет приблизительно 4 кВт (с учетом отопления).

В октябре 2006 года группа российских специалистов из группы компаний МЭИ-ИнТехЭнерго прошла первый этап обучения в учебно-техническом центре компании Gasunie Engineering & Technology. В процессе обучения специалисты были ознакомлены с методологией проведения обследований, техническими характеристиками основных средств измерений и возможностями вычислительного комплекса лаборатории, а также получили практические навыки в работе с инструментальными, информационными и программными средствами комплекса.

На заключительном этапе обучения был проведен энергоаудит газовой котельной реального промышленного объекта с выездом мобильной лаборатории на место и подключением средств измерений. В процессе энергоаудита фиксировались климатические условия проведения обследования, оценивалась эффективность выработки тепловой энергии, и определялся состав уходящих дымовых газов при различных нагрузках котельного агрегата. По результатам проведенного энергоаудита была определена эффективность сжигания природного газа и выработки тепловой энергии в паре.

Эффективность работы мобильной лаборатории на территории Российской Федерации определялась в процессе обследования двух реально действующих объектов: ТЭЦ МЭИ и котельной МУП «Троицктеплоэнерго».

В декабре 2007 года с целью проверки работоспособности программно-инструментальных средств лаборатории было проведено тестовое обследование ТЭЦ МЭИ. Задача обследования состояла в оценке эффективности работы одного из котлов ТЭЦ и проведении контрольных измерений (рис. 3).

Рисунок 3. Проведение тестового обследования ТЭЦ МЭИ

После сбора предварительной информации об объекте был разработан план измерений, и составлен список используемых приборов:

• газоанализатор – для оценки эффективности работы котла по составу уходящих газов;
• ультразвуковой измеритель потока – для измерения расхода питательной воды;
• термометры сопротивления – для измерения температуры;
• оптический переключатель – для считывания данных со стрелочных приборов, установленных на щите управления ТЭЦ;

Для измерения состава уходящих газов в дымовую трубу был установлен пробоотборный зонд, соединенный специальными трубками через систему осушки и охлаждения (входящую в комплект оборудования лаборатории) с газоанализатором. Температура дымовых газов измерялась встроенной в зонд термопарой, соединенной с блоком сбора данных. Результаты измерений отображались в режиме реального времени на мониторе компьютера в лаборатории и записывались в рабочие файлы. Измерение температуры воздуха, подаваемого в горелку, проводилось с помощью термометра сопротивления, подключенного к автономному блоку сбора данных. Для измерения температуры наружного воздуха была установлена метеостанция, подключенная к внутреннему устройству сбора данных лаборатории.

В результате обработки данных измерений была произведена оценка эффективности сжигания топлива по составу уходящих газов и эффективности работы котельного агрегата.

Задачами обследования МУП «Троицктепло-энерго» (котельной г. Троицка, в составе которой три паровых и пять водогрейных котлов, а также ЦТП) были оценка эффективности работы котлов и котельной в целом, тепловых сетей и тепловых пунктов. В течение четырех дней проводились контрольные измерения теплотехнических и электрических параметров в котельной и центральном тепловом пункте. Кроме того, с помощью установленных (выборочно) в квартирах датчиков температуры проводилась проверка соблюдения графика отпуска сетевой воды.

Эффективность работы котлов оценивалась по результатам измерения состава и температуры уходящих дымовых газов, температуры воздуха, подаваемого на горение, и температуры сетевой воды.

По результатам анализа полученных данных были сформулированы выводы об эффективности работы оборудования, и разработаны рекомендации по снижению нерациональных затрат энергии.

Следует заметить, что стоимость анализируемого энергоавтобуса составляет сотни тысяч евро (по данным разработчика). Применимость подобных систем может быть оправдана лишь при массовых обследованиях с несколькими бригадами экспертов и аудиторов. Рабочий цикл энергоавтобуса ориентировочно занимает восемь недель, а непосредственно измерения – 1–2 недели. Поэтому такой энергоавтобус должен иметь 3–5 бригад, ориентированных на разные энергетические и технологические объекты и процессы.

В России в условиях массовой закупки энергетического оборудования западного производства крайне необходим сравнительный анализ фактической и заявленной энергоэффективности поставляемого оборудования. Применение энергоавтобуса подобного класса позволит решить эту проблему. Кроме того, это является одним из способов оценки возможной упущенной выгоды для фирм-покупателей.

Выводы

1. В условиях функционирования большого количества топливоиспользующих объектов, работающих в переменном режиме по выработке тепловой энергии, роста тарифов, постоянного сокращения запасов природных энергоресурсов и необходимости снижения вредных выбросов в окружающую среду, применение мобильной измерительной лаборатории позволит оперативно и эффективно решать задачи энергоэкологического аудита.

2. Энергоавтобус может стать прообразом для создания большой гаммы специализированных систем для отечественной энергетики и промышленности.

3. Особенно выгодным может оказаться вариант использования подобного автобуса при оценке выработанного энергетического ресурса, например, котельного оборудования для технико-экономической экспертизы при строительстве новых энергетических объектов (котельных).