В условиях постоянного роста тарифов на тепловую энергию и увеличения нагрузки на системы теплоснабжения, проблема энергосбережения и повышения энергоэффективности становится все более актуальной. Одним из ключевых направлений в этой области является определение потерь в системах теплоснабжения, которое позволяет выявить и устранить основные причины нерационального использования тепловой энергии. Согласно оценкам экспертов, в среднем по России потери тепловой энергии в сетях составляют от 15 до 30% от общего объема произведенной энергии, что соответствует огромным финансовым затратам. В этой статье мы рассмотрим основные аспекты выявления и снижения потерь тепловой энергии в сетях, а также роль Автоматизированных Информационно-Измерительных Систем (АИИС) в этом процессе.
Целью любой теплоснабжающей организации является обеспечение потребителей тепловой энергией с минимальными затратами и потерями. Однако, протяженные тепловые сети, зачастую изношенные и несовершенные, затрудняют достижение этой цели. Снижение потерь тепловой энергии в сетях - это не только экономическая выгода, но и вклад в повышение качества теплоснабжения, а также уменьшение нагрузки на окружающую среду. В данной статье мы проанализируем виды и причины потерь тепловой энергии, существующие методы их выявления, функционал и преимущества АИИС, а также мероприятия по снижению потерь тепловой энергии.
Виды потерь тепловой энергии в сетях
Потери тепловой энергии в системах теплоснабжения классифицируются на три основные категории:
- Технологические потери: обусловлены физическими процессами передачи и распределения тепловой энергии. К ним относятся:
* Гидравлические потери (сопротивление трубопроводов, местные сопротивления);
* Тепловые потери (теплопередача через изоляцию, потери с утечками теплоносителя);
* Потери, связанные с режимом работы сети (перегрев, недогрев, неравномерность распределения тепла). - Эксплуатационные потери: возникают из-за недостатков эксплуатации и обслуживания сетей и оборудования:
* Неплотности и дефекты трубопроводов и арматуры;
* Износ оборудования (насосов, теплообменников, регулирующих клапанов);
* Ошибки оперативного персонала (неправильная настройка режимов, несвоевременное обслуживание). - Коммерческие потери: связаны с несанкционированным отбором тепла, неточностями измерительных приборов и несовершенством системы коммерческого учета:
* Несанкционированный отбор тепла (воровство, подключение неучтенных потребителей);
* Неточности измерительных приборов (счетчиков тепла, манометров, термометров);
* Несовершенство системы коммерческого учета (недостоверный учет, отсутствие учета).
Факторы, влияющие на величину потерь тепловой энергии, включают:
- Возраст и состояние сетей (износ, коррозия, разрушение изоляции);
- Качество строительства и монтажа (ошибки проектирования, низкое качество материалов);
- Режим работы сети (температура, давление, расход теплоносителя);
- Климатические условия (температура наружного воздуха, влажность, ветер).
Методы выявления потерь тепловой энергии
Традиционные методы выявления потерь тепловой энергии включают:
- Визуальный осмотр сетей и оборудования: обнаружение явных дефектов, утечек, коррозии и износа.
- Гидравлические испытания: определение гидравлических потерь, проверка плотности и прочности трубопроводов.
- Использование переносных тепловизионных камер: выявление аномалий температуры на поверхности трубопроводов и оборудования.
Однако, эти методы имеют существенные ограничения:
- Низкая точность и достоверность результатов;
- Небольшой охват контролируемой территории;
- Трудоемкость и высокая стоимость работ;
- Необходимость отключения потребителей и прекращения подачи тепла.
Современные методы выявления потерь тепловой энергии основаны на применении Автоматизированных Информационно-Измерительных Систем (АИИС):
- АИИС: обеспечивают непрерывный мониторинг параметров тепловой сети (температура, давление, расход, тепловые потоки) с помощью сети датчиков и счетчиков.
- Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) и тепловизионная аэрофотосъемка: позволяют обнаруживать тепловые аномалии на поверхности земли и в зданиях с помощью специальных камер и сенсоров, установленных на беспилотных летательных аппаратах или спутниках.
АИИС для выявления и сокращения тепловых потерь
Структура и компоненты АИИС:
- Нижний уровень: датчики, счетчики, исполнительные устройства (электроприводы, клапаны).
* Датчики температуры (ТСМ, ТСП);
* Датчики давления (ДДТ, ДДВ);
* Счетчики тепловой энергии (взвешивающие, электромагнитные, ультразвуковые);
* Расходомеры (переменного перепада давления, вихревые, ультразвуковые). - Средний уровень: контроллеры, маршрутизаторы, шлюзы.
* Программируемые логические контроллеры (ПЛК);
* Модемы, маршрутизаторы (GSM, Ethernet, Wi-Fi);
* Шлюзы (MODBUS, PROFIBUS, TCP/IP). - Верхний уровень: серверное ПО, интерфейсы пользователя, аналитические инструменты.
* Сервер сбора и хранения данных (SQL, NoSQL);
* SCADA-система (диспетчерское управление и сбор данных);
* ПО анализа и визуализации данных (графики, таблицы, карты).
Функционал АИИС:
- Сбор, хранение и обработка данных в реальном времени: архивирование значений параметров, меток времени, аварийных событий.
- Расчет фактических тепловых потерь: сравнение с нормативными значениями, выявление отклонений.
- Выявление участков сети с повышенными потерями: диагностика дефектов, утечек, несанкционированного отбора тепла.
- Генерация отчетов, графиков и карт тепловых потерь: визуализация результатов для персонала и руководства.
- Интеграция с другими системами: диспетчеризация, ГИС (геоинформационные системы), АСУ ТП (автоматизированные системы управления технологическими процессами).
Примеры реализации АИИС в России:
- г. Санкт-Петербург (ГУП "ТЭК" - автоматизация 120 котельных, снижение потерь на 15%);
- г. Москва (АО "МОЭК" - внедрение АИИС на 1700 км тепловых сетей, снижение потерь на 12%);
- г. Екатеринбург (ООО "Теплоснабжающая компания" - АИИС на 500 км сетей, снижение потерь на 18%).
Эффективность АИИС:
- Снижение потерь тепловой энергии: 12-20% (в зависимости от состояния сетей и качества реализации АИИС);
- Экономия тепловой энергии и затрат: 15-30 млн. руб./год (на 1 000 Гкал/ч установленной мощности);
- Повышение качества теплоснабжения: уменьшение количества аварий, повышение температуры и давления в подающем трубопроводе.
Мероприятия по снижению потерь тепловой энергии
Технические мероприятия:
- Замена изношенных участков сетей и оборудования: новые трубы с пенополиуретановой изоляцией (ППУ), современные теплообменники, насосы с частотным регулированием.
- Установка современного теплоизоляционного материала: пенополиуретан, минеральная вата, вспененный полиэтилен.
- Внедрение эффективных насосных и регулирующих устройств: насосы с частотным регулированием, электроприводы с плавным пуском.
- Организация узла учета тепла и системы регулирования отпуска тепла: счетчики тепла, погодозависимое регулирование.
Организационные мероприятия:
- Обучение и повышение квалификации персонала: семинары, тренинги, аттестация.
- Наладка и соблюдение режимов работы сети: оптимизация графиков регулирования, контроль температуры и давления.
- Планово-предупредительные ремонты (ППР) и диагностика оборудования: планирование, учет и выполнение ППР, применение методов неразрушающего контроля.
- Стимулирование энергосбережения и мотивация сотрудников: разработка и внедрение системы КЭР (ключевых показателей эффективности и результативности).
Экономическая эффективность мероприятий:
- Стоимость реализации: 5-15 млн. руб./км (замена труб с ППУ-изоляцией);
- Срок окупаемости: 2-5 лет (в зависимости от объема сэкономленной энергии и затрат);
- Потенциал экономии тепловой энергии и затрат: 20-40 млн. руб./год (на 1 000 Гкал/ч установленной мощности).
Итог
Снижение потерь тепловой энергии - актуальная задача для теплоснабжающих организаций, требующая комплексного подхода. Автоматизированные Информационно-Измерительные Системы (АИИС) являются эффективным инструментом выявления и сокращения тепловых потерь. Внедрение АИИС и реализация технических и организационных мероприятий позволяют добиться существенного снижения потерь тепловой энергии, экономии затрат и повышения качества теплоснабжения потребителей. Перспективы развития АИИС связаны с интеграцией с другими системами (IoT, Smart Grid, ГИС), повышением точности и достоверности измерений, а также разработкой интеллектуальных алгоритмов анализа данных.
Рекомендации по внедрению АИИС и мероприятий по снижению потерь тепловой энергии:
- Проведите энергетическое обследование (энергоаудит) сетей и оборудования.
- Разработайте технико-экономическое обоснование (ТЭО) проекта внедрения АИИС.
- Выберите оптимальную структуру и компоненты АИИС, исходя из особенностей сетей и задач.
- Реализуйте пилотный проект на отдельном участке сети или котельной.
- Оцените эффективность и масштабируйте проект на всю сеть.
Использованные источники
- Федеральный закон № 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности..."
- Приказ Минэнерго РФ № 325 "Об утверждении порядка определения нормативов технологических потерь..."
- СП 124.13330.2012 "Тепловые сети. Актуализированная редакция СНиП 41-02-2003".
- Журнал "Новости теплоснабжения" № 3, 2020 г. "Опыт внедрения АИИС в Санкт-Петербурге".
- "Руководство по эксплуатации АИИС" компании "ЭнергопромАвтоматика", 2020 г.