Методи оптимізації теплових мереж - Мережі централізованого теплопостачання

У нових районах інженерія теплових мереж повинна розвиватися, щоб їх енергоефективність була співмірною з енергоефективністю будівель з низьким споживанням, які вони обслуговуватимуть. Існує багато технічних рішень для оптимізації мереж для посилення їх технічної, економічної та екологічної відповідності щодо децентралізованих рішень. Деякі з цих методів оптимізації також цікаві для існуючих мереж, що обслуговують старі райони, відновлені чи ні.

Втрати: вага, що збільшується, коли потреби зменшуються

Візуалізація втрат в трубах за допомогою повітряної термографії - Зображення: Eurosense/Dalkia

Будь-яка мережа розподілу тепла страждає від втрат енергії та надмірного споживання: втрати в трубопроводах, втрати на підстанціях, споживання електроенергії допоміжними. Зі зменшенням кількості корисного тепла, що подається до будівель, відносна частка цих втрат збільшується в балансі споживання теплової мережі. На конкурентоспроможність мережі з точки зору енергетики (а отже, також економічно) впливає.

Методи оптимізації теплових мереж, докладно описані нижче, спрямовані на зменшення кількості втраченої енергії, а отже, на підвищення ефективності роботи мережі.

Розподіл низьких температур

Зниження температурного режиму теплоносійної рідини (зміна режиму вихідного/70 ° C на 90 ° C до режиму 75 ° C/35 ° C в середньому) дозволяє зменшити майже на 50% теплові втрати на розподільчої мережі.

Переваги

Можливість використання нових джерел відновлюваної та відновлюваної енергії, більш придатних для низьких температур (докладнішу інформацію див.
Зменшення теплових втрат на розподільчій мережі.

Недоліки

Вторинна мережа та передавачі повинні бути придатними (спеціальна технологія для гарячого водопостачання, радіатор з низькою температурою);
Рішення підходить лише для нових мереж.

Також можна домагатися збільшення різниці температур між зовнішньою і зворотною. Мережа з різницею в обидва кінці 40 ° C передає стільки тепла, скільки мережа з різницею температур 20 ° C, де потік теплоносія передає рідину вдвічі більше. Це дає можливість зменшити переріз труб; вужчі труби коштують дешевше, втрачають менше тепла і використовують менше сірої енергії для виробництва.

Динамічне регулювання температури

Більшість мереж мають такі розміри, що забезпечують достатню кількість енергії для підключених будівель для так званої "базової" зовнішньої температури. Однак протягом переважної більшості опалювального сезону температура перевищує це контрольне значення. Отже, мережа підтримується при високій температурі без потреби будівель, що це виправдовують. Статистично, аналіз середньодобових температур у Франції показує, що температуру мережі більшу частину часу можна знижувати до 65 ° C.

Вплив оптимізації температури вихідної води - (Джерело: Termis)

Оснащуючи мережу «інтелектуальними» елементами, здатними модулювати початкову температуру теплоносія, відповідно до фактичних погодних умов, можна зменшити втрати тепла в трубах. Таким чином, зниження температури подачі на 15 ° C зменшує втрати на 16%.

Інші параметри, такі як потреби користувачів у потужності, виміряні в реальному часі, або передбачені в минулих вимірах, також можуть бути інтегровані для більш точної модуляції температури і, отже, подальшого зменшення втрат.

Переваги

Дуже низькі інвестиційні витрати;
Зменшення теплових втрат від мережі;
Зменшення втрат при розподілі та зменшення експлуатаційних витрат;
Рішення, придатне як для нової, так і для існуючої мережі.

Недоліки

Потрібно створити систему комунікаційних датчиків;
Для систем, які не враховують потреб кожного користувача, адаптація необхідна, якщо користувачеві потрібна постійна температура (як правило, вище 65 ° C) на підстанції.

Варіація швидкості обертання насоса

Теплові мережі працюють більшу частину часу зі змінною швидкістю потоку, тоді як насоси, що їх живлять, в основному працюють від двигунів з постійною швидкістю. Споживання електроенергії можна зменшити майже на 50%, підключивши електронний варіатор до двигунів. Це знижує частоту обертання насосів при постійному тиску. Тому робоча точка насоса оптимізована.

Переваги

Значна економія на споживанні електроенергії (переважно невідновлюваної енергії, вартість якої неухильно зростає);
Відносно низька ціна закупівлі та дуже швидка віддача інвестицій (близько року);
Рішення, придатне як для нової мережі, так і для існуючої;
Застосована технологія двоходового клапана, яка забезпечує найнижчі температури зворотного струму, а тому сумісна з попередніми рішеннями.

Недоліки

Потрібні підстанції, обладнані моторизованими 2-ходовими клапанами;
Встановлення диференціальних датчиків на рівні підстанції;
У існуючих мережах може знадобитися зміна оригінальних насосів, щоб уникнути ризику перегріву.

Надмірна ізоляція труб

Надмірна ізоляція полягає у збільшенні товщини ізоляції труб до діаметра, безпосередньо більшого, ніж спочатку очікуваний "звичайною" технікою. В середньому перехід на вищий клас ізоляції зменшує втрати на 15-20%.

Переваги

Зменшення тепловтрат від мережі централізованого теплопостачання (втрати тим більше зменшуються, що висока температура пуску);
Правильна віддача інвестиційного часу (в середньому 5 років, потенційна допомога з теплового фонду, включена в розрахунок; близько 12 років без допомоги).

Недоліки

Додаткові інвестиційні витрати;
Рішення, придатне лише для нової мережі або розширення;
Тривалий час повернення втіленої енергії завдяки використанню більшої кількості ізоляційного матеріалу (в середньому близько 20 років, змінний залежно від економії фактично генерованої теплової енергії).

Зберігання теплової енергії

Накопичувальний бак для мережі централізованого теплопостачання Фрідріхсхаффен (Німеччина) - Джерело: Eurosun, 2004

Деякі джерела тепла виробляють цілий рік без можливості зупинити виробництво або без економічних чи екологічних інтересів. Це, наприклад, випадок рекуперації тепла від UIOM або центрів обробки даних, або енергії, виробленої сонячними панелями.

Надлишок тепла, що виробляється влітку, можна зберігати, а потім використовувати взимку. І навпаки, ми можемо зберігати холод взимку для охолодження будівель влітку. Зберігання може здійснюватися у силосах для води, у підвалі, у льоду ...

Зберігання може бути також щоденним (стираючи погодинні піки) або щотижневим (балансування між різними днями тижня).

Переваги

Збільшує кількість безкоштовної або недорогої енергії, що використовується мережею;
Дозволяє знизити номінальну потужність виробництва, а отже, і витрати на котли та теплообмінники;
Заряджає землю калоріями (у разі геотермального зберігання);
Значне покращення енергоефективності термодинамічних машин та систем виробництва сонячного тепла (згладжування кривої потреби в енергії);

Недоліки

Можуть знадобитися великі обсяги або конкретні геологічні умови, залежно від використовуваної технології.

Кілька прикладів ...

Мережі з низькою температурою в екорайонах

Проекти тепломереж, інтегровані в екорайони, розроблені при низькій температурі, при цьому рідина виходить з котельні приблизно при 70 ° C. Така температура є достатньою для забезпечення гарячою водою та опаленням споруд з низьким споживанням, які будуть створені, і дає змогу мобілізувати такі джерела, як сонячна теплова енергія (еко-район Балма-Граммонт) або мілка геотермальна енергія (Нантер).

Акумулятор води опалювальної мережі Borås (Швеція)

Теплова мережа Борос (64 000 жителів, з яких 35 000 обслуговується мережею) оснащена з 2009 року гігантським акумулятором на 37 000 м3. Він зберігає надлишок тепла, виробленого в періоди низького попиту, і повертає його в теплову мережу під час піків споживання. Цей пристрій допомагає зменшити фатальні втрати та відключити ранкові дзвінки від електромережі.