Целесообразность применения тепловых насосов для теплоснабжения жилых домов на острове Хортица выявлена технико-экономическим обоснованием, выполненным предприятием «Энергоминимум» по заказу запорожского концерна, которому принадлежит котельная. Существующая система теплоснабжения жилого района на острове Хортица характеризуется показателями:❏ тепловая мощность систем отопления — 2,019 Гкал/ч;❏ тепловая мощность систем горячего водоснабжения — 0,139 Гкал/ч;❏ расчетные температуры теплоносителя в системе теплоснабжения 95–70 °С;❏ расход теплоносителя — 99 м3/ч.Вода для системы горячего водоснабжения готовится непосредственно в котельной и подается в дома по четырехтрубной тепловой сети. Системы отопления присоединены к тепловой сети по зависимой схеме без элеваторов и насосов. Были рассмотрены три возможные схемы использования тепловых насосов. В первой схеме (рис. 1) вода из Днепра обменивается теплом с гликолевым контуром испарителя теплового насоса через теплообменник. Тепловой насос 4, состоящий из компрессора, испарителя и конденсатора, установлен в помещении 2. Насос 7 подает днепровскую воду к теплообменнику 11, где она охлаждается и возвращается в Днепр через водосброс 12. В том же теплообменнике подогревается раствор гликоля, который насосом 10 подается в испаритель теплового насоса 4. Теплота конденсации холодильного агента отводится водой, которая подается насосом 8 и накапливается в емкости 5, откуда насосом 9 подогретая вода подается в существующую систему теплоснабжения 13. Вторая схема (рис. 2) предполагает возможность использования при благоприятных гидрогеологических условиях* более теплой воды днепровского фильтрата. В этой схеме насос испарителя 7 установлен в скважине 6, связанной с водой Днепра через водонасыщенный пласт, через который днепровская вода фильтруется к скважине, повышая при этом свою температуру зимой к уровню, приближающемуся к естественной температуре грунта, т.е. приблизительно к 6–8 °С. При таких температурах коэффициент преобразования теплового насоса выше, чем в схеме 1, и можно обойтись без гликолевого контура. В третьей схеме (рис. 3) днепровская вода вообще никуда не перемещается, но омывает погруженную в нее бухту из полиэтиленовой трубы, через которую циркулирует охлажденный в испарителе теплового насоса водный раствор гликоля. В этой схеме устранена возможность обмерзания поверхности теплообмена в испарителе. Обмерзание самой бухты не опасно, оно не может стать причиной аварии, потому что лед, если он возникнет, постепенно растает под воздействием тепла днепровской воды. С другой стороны, применение гликолевого контура несколько ухудшает коэффициент преобразования теплового насоса. Оценка затрат и экономического эффекта от применения тепловых насосов производилась при условии, что тепловые насосы будут подавать теплоноситель в существующие системы отопления старых домов по расчетному температурному графику 95–70 °С с верхней срезкой на уровне 50 °С в подающем трубопроводе. Этот уровень, отвечающий техническим возможностям одноступенчатого теплового насоса при самом низком за отопительный период коэффициенте преобразования, равном 3,2, позволит ему работать при температурах наружного воздуха –4 °С и выше, обеспечивая в этот период все потребности горячего водоснабжения, а также 100 % нужд в отоплении. При температурах наружного воздуха –5 °С и ниже тепловые насосы отключаются, и должна работать котельная. Вариант с полным выводом котельной из эксплуатации на данном этапе не рассматривался, поскольку возможность его реализации возникнет позднее, когда будет принято решение об утеплении существующих жилых домов с одновременной модернизацией отопительных систем, которые после реконструкции смогут работать при расчетных температурах теплоносителя 55–45 °С. По данным устаревших климатологических справочников (новые не издаются) температура –4 °C и ниже стоит в Запорожье в среднем 979 ч в году, в то время как продолжительность отопительного периода в этом городе 174 дня, т.е. 4176 ч. Таким образом, тепловой насос мог бы обеспечивать отопление на протяжении 77 % отопительного периода. Но практически при наличии теплового насоса отопительный период для котельной может быть сокращен вдвое, и будет ограничен тремя месяцами — декабрем, январем и февралем. Возможно, этот период будет несколько смещен в сторону марта, поскольку теперь в декабре обычно стоит теплая погода с плюсовыми температурами наружного воздуха, а в марте, когда воздух теплеет, температура воды в Днепре у Запорожья не превышает 3 °С. В табл. 1–3 представлены некоторые расчетные параметры систем теплоснабжения от тепловых насосов. В табл. 4 представлены сопоставимые энергетические показатели системы теплоснабжения от существующей котельной и от котельной совместно с тепловыми насосами. Установив в котельной тепловые насосы, можно сократить потребление природного газа на 422 тыс. м3 в год. При действующей в 2008 г. все еще не слишком высокой цене, равной 686 грн за 1000 м3 газа, и стоимости электрической энергии 0,25 грн/(кВтч) эффект от экономии газа будет относительно скромным. Поэтому экономическая оценка вариантов теплоснабжения (табл. 5) выполнена еще и по тем ценам, которые ожидают нас в ближайшее время. Прогнозировать цены на энергоносители — задача достаточно сложная вообще, а в условиях разразившегося в самом конце 2008 г. мирового финансово-экономического кризиса, любой прогноз может оказаться ошибочным. Вместе с тем, нет никаких сомнений в том, что цена на газ будет расти постоянно, поскольку его запасы в недрах истощаются, а стоимость добычи газа будет объективно увеличиваться по мере истощения месторождений. Вместе с газом будет расти и стоимость электрической энергии, но это будет происходить не так быстро, потому что электроэнергия вырабатывается различными способами, и не только при сжигании газа. С учетом этих факторов представляется, что в перспективе нескольких лет нас ожидает цена на газ 3 грн/м3,а тариф на электроэнергию составит 0,5 грн/(кВтч). Именно эти цены были приняты во внимание при вычислении показателей последней колонки табл. 5.Итак, технико-экономическое обоснование показало, что теперь самое время начинать реализацию проекта. Затратив в ближайшее время около 4 млн грн, можно через дватри года иметь установку, способную экономить ежегодно почти 1 млн грн и более. На первом этапе реализации проекта можно было бы ограничиться установкой тепловых насосов только для горячего водоснабжения. Это не потребует больших затрат, потому что тепловая мощность систем ГВС относительно невелика. По оценке ТЭО для сооружения всех устройств по первому этапу потребовалось бы около $ 100 тыс. Важным качественным отличием системы теплоснабжения по первому этапу была бы возможность выведения из эксплуатации котельной на полгода, т.е. на весь межотопительный период. За это время будет сэкономлено 73 тыс. м3 природного газа, и при перспективной его цене 3 грн/м3 срок окупаемости составит менее 4 лет. Конечно, на пути реализации проекта еще много преград, но обнадеживает то, что руководство запорожского концерна «Городские тепловые сети» не замыкается на текущих проблемах, которых, как и везде, достаточно много. Как правило, у производственников, окунувшихся с головой в эти проблемы, не остается времени на размышления о перспективах. Запорожские теплотехники находят это время, продумывая наперед стратегию развития. В их планах на ближайшее будущее — модернизация всех ЦТП города и сооружение солнечной тепловой станции на одной из котельных. Но один из самых впечатляющих перспективных проектов — это прокладка 65километровой теплотрассы из Энергодара в Запорожье. В городе энергетиков Энергодаре работают несколько мощных энергоблоков, тепловые отходы которых сбрасываются в Днепр через пруды-охладители. Оценить целесообразность передачи этого тепла в областной центр по уникальной теплотрассе, которая частично должна быть проложена по дну Каховского водохранилища на Днепре, было предложено днепропетровскому Укрэнергопрому, который выполнил соответствующее технико-экономическое обоснование. Специалисты-энергетики подтвердили реальность выполнения этой грандиозной задачи. При прогнозируемом росте цен на газ уже через несколько лет станет выгодным инвестирование, возможно, самого амбициозного проекта в области централизованного теплоснабжения. При этом кроме важнейшей энергетической задачи будут решены сразу две экологические проблемы. Воздух в Запорожье станет чище, т.к. исчезнут городские котельные, а температурный режим днепровской воды ниже Энергодара будет приближен к естественному состоянию акватории. Экологические задачи, несомненно, решит и реализация проекта с тепловыми насосами в котельной острова Хортица. Так случилось, что на территории этого легендарного острова не сохранились исторические памятники славного прошлого, но есть там жилой район и котельная. Сейчас на Хортице воссоздаются сооружения Запорожской Сечи, которые скоро станут местом паломничества любителей старины, почитателей украинского казачества и просто любознательных граждан многих стран мира, и котельная в новейшем туристическом центре будет явно неуместной. Если удастся при помощи тепловых насосов ликвидировать эту котельную, то, возможно, остров Хортица станет со временем предметом культурологических экскурсий и технических семинаров, на которых специалисты и туристы смогут воочию убедиться в том, что для теплоснабжения зданий не обязательно нужно сжигать топливо. Днепровская вода тоже обладает энергетическим потенциалом, достаточным для обогрева домов. ❏