Гибридные системы отопления и ГВС
Опубликовано: 02 ноября 2017 г.
412
Гибридными системами отопления обычно называют такие системы, в которых тепло вырабатывается комбинированно ― на основе нескольких источников энергии. Формально любая бивалентная и поливалентная система отопления является гибридной. Однако в последнее время такие системы, кроме высокоэффективного газового котла (например, конденсационного), использующегося в качестве пикового теплогенератора, подразумевают производство тепла от возобновляемых источников энергии (ВИЭ), в частности, с помощью тепловых насосов (воздушных или геотермальных) и гелиоустановок.
За рубежом и, прежде всего, в странах Европейского союза (ЕС) гибридные системы климатизации зданий, в которых сочетается отопление, ГВС, а также и кондиционирование воздуха, уже получили широкое распространение. Их внедрению способствует целый ряд принятых там программ и нормативных документов, по повышению энергоэффективности теплоснабжения и использованию для этого возобновляемых источников энергии.
Энергия ВИЭ ― перспективы и регулирование использования
Возобновляемые источники энергии ― это практически неистощимые энергоресурсы природных процессов, постоянно существующих на нашей планете. Кроме того, к ВИЭ относят продукты растительного и животного происхождения, формирующиеся в результате жизнедеятельности биоценозов и имеющие возможность возобновлять свой использованный потенциал в относительно короткое время ― в пределах срока жизни одного поколения людей (рис. 1).
Рис. 1. Дом, использующий для энергоснабжения исключительно возобновляемые источники энергии
Согласно резолюции 33/148 (1978 г.) Генеральной Ассамблеи ООН, которой введено само понятие «новые и возобновляемые источники энергии», основными видами ВИЭ являются солнечная, ветровая, энергия морских волн, приливов океана, энергия биомассы и гидроэнергия. Кроме этих основных видов, к ВИЭ также относят тепловую энергию земли ― геотермальную высоко- и низкопотенциальную, включая энергию подземных вод.
Потенциал ВИЭ на земном шаре специалисты оценивают примерно в 144 000 000 ЭДж/год. Это в 19 тыс. раз превышает технический потенциал, который в разы превосходит используемый в настоящее время потенциал ВИЭ.
В ЕС энергетическая политика формируется Еврокомиссией, которая, кроме рамочных документов в виде директив, разрабатывает и принимает Решения в области ВИЭ. Так, Решение Европейской комиссии 2009/548/EC от 30 июня 2009 г. утвердило шаблон для Национального плана действий по возобновляемой энергетике на основе Директивы 2009/28/EC Европейского парламента и Совета. Европейским комитетом по стандартизации приняты более 10 стандартов EN в области технологий возобновляемой энергетики.
Кроме того, регулирование и развитие использования ВИЭ в ЕС осуществляется и на национальном уровне. В результате такого подхода ЕС располагает развитой нормативно-правовой базой в этой области.
Регулирование ВИЭ в ЕС носит комплексный характер и реализуется посредством следующих документов: регламенты (полностью обязательны, применяются во всех государствах-членах); директивы (являются обязательными для государств-членов в части результатов, которые должны быть достигнуты, подлежат отражению в национальной правовой базе); решения (обязательны только для тех субъектов, которым адресованы); рекомендации и заключения (не являются обязательными и носят декларативный характер); стандарты (применяются на добровольной основе, но ЕС стимулирует их применение).
Нормативные документы, разработанные на национальном уровне стран-членов ЕС, регламентируют экономические механизмы, стимулирующие развитие использования ВИЭ, ― это «зеленые» тарифы, «зеленые» сертификаты, обязательства по производству биотоплива, налоговые льготы, гранты, кредиты. Также формируются система платежей за производство «возобновляемой» энергии и обязательства по выработке тепла из ВИЭ.
В энергобалансе ЕС доля ВИЭ быстро растет и к 2020 г. должна достигнуть 20 %, в энергобалансе мира такая доля использования ВИА планируется к 2030 г. (рис. 2). Конкретно в области холодотеплоснабжения доля ВИЭ ежегодно увеличивается во всех странах без исключения.
Рис. 2. Оценка структуры энергобаланса мира к 2030 г.
В России регулирование ВИЭ осуществляется государственными органами как на федеральном, так и на уровне субъектов федерации. В систему государственного регулирования в сфере использования ВИЭ входят: нормативно-правовое регулирование, включающее в себя разработку законодательных и иных нормативных правовых актов и программ, связанных с использованием ВИЭ; управление развитием использования ВИЭ ― через орган, специально уполномоченный на то Правительством РФ; осуществление лицензирования, надзора и контроля за использованием ВИЭ; осуществление системы стандартизации, сертификации, регистрации в сфере ВИЭ; осуществление международной деятельности в сфере использования ВИЭ.
С целью использования и развития ВИЭ в России разработана достаточно обширная нормативно-правовая база в области ВИЭ: Федеральный закон «Об электроэнергетике» от 26.03.2003 №35-ФЗ; Распоряжение Правительства Российской Федерации «Энергетическая стратегия России на период до 2030 года» от 13.11.2009 №1715-р; Постановление Правительства РФ «О квалификации генерирующего объекта на основе возобновляемых источников энергии» от 03.06.2008 г. №426; Указ Президента РФ «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики» от 04.06.2008 г. №889; Распоряжение Правительства РФ «Основные направления государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 года» от 08.01.2009 г. № 1-р; Федеральный закон «Об энергосбережении, повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» от 23.11.2009 г. №261-ФЗ и др.
Однако, несмотря на обширный список документов, призванных обеспечить развитие ВИЭ в России, в реальности они носят в основном декларативный характер и слабо применяются на практике.
При этом, по оценкам российских специалистов, потенциал ВИЭ в России составляет более чем 270 млн т.у.т. ― около 30 % от общей первичной поставки энергоресурсов.
Преимущества гибридных систем теплоснабжения
Гибридные системы теплоснабжения представляют собой комплексные решения по обеспечению потребностей в тепле для систем отопления, горячего водоснабжения, а также вентиляции и охлаждения, которые используют несколько энергоносителей в одном или нескольких теплогенераторах. Преимуществом такого подхода является возможность снижения затрат на отопление ввиду изначально различной стоимости энергоносителей.
Использование ВИЭ еще более повышает эффект экономии гибридных систем, так как стоимость энергии, получаемой от этих источников, определяется лишь стоимостью электроэнергии, затраченной на обеспечение работы оборудования. В случае гелиоколлектора это всего лишь работа циркуляционного насоса; в случае геотермального теплового насоса («земля-вода», «вода-вода») электричество расходуется, кроме циркуляционного насоса, еще и на работу компрессора, а в случае воздушного теплового насоса («воздух-вода», «воздух-воздух») ― на работу компрессора, циркуляционного насоса и вентилятора. Все это очень небольшие затраты.
В типичном случае основные нагрузки таких систем большую часть отопительного сезона закрываются работой теплового насоса (рис. 3), гелиоколлектора или их комбинацией, что, соответственно, малозатратно для потребителя, а в пиковых режимах, когда тепла, получаемого от возобновляемых источников, не хватает на отопление или приготовление ГВС, автоматически подключается котел.
Рис. 3. Система отопления с тепловым насосом и солнечными коллекторами
Еще одно преимущество от использования гибридных систем и установок заключается в значительном повышении отказоустойчивости системы. При отказе одного из теплогенераторов или при перебоях подачи одного из энергоносителей остается другой, выполняющий, в данный момент, функцию резервного. Не говоря уж о том, что создание таких систем в большинстве случаев подразумевает включение в них аккумуляторов тепла, которые не только позволяют рационально его расходовать в соответствии с потребностями пользователя, но и обеспечивают некоторый резерв, на случай критической ситуации.
Немаловажным, а в общем смысле и главным достоинством гибридных систем является их высокая экологичность. Использование в них ВИЭ и рационального сжигания топлива на основе природных углеводородов позволяет в несколько раз снизить выбросы вредных веществ в атмосферу ― СО и NOx, включая и конечный продукт сгорания топлива ― CO2, по сравнению с традиционными моновалентными системами отопления.
Кроме того, режимы работы оборудования, применяющегося в гибридных системах (и, в частности, тепловых насосов), идеальны для создания низкотемпературных систем отопления, которые набирают все большую и большую популярность.
Оборудование, использующееся в гибридных системах отопления и ГВС
Комплектация гибридных систем отопления зависит от многих факторов, начиная от особенностей климатических условий региона, в котором планируется использовать гибридную систему теплоснабжения, и имеющихся в наличии доступных традиционных энергоресурсов, до запросов пользователя в отношении баланса комфорта и экономии средств.
Рис. 4. Классическая схема гибридной системы теплоснабжения
Наиболее распространенная («классическая») комплектация таких систем (риc. 4) включает:
– высокоэффективное котельное оборудование, использующее традиционные энергоносители (газ, дизельное топливо, электричество, уголь), либо работающее на возобновляемо твердом топливе (древесина), в том числе на пеллетах (наиболее удачный в отношении автоматизации процесса вариант, при использовании древесного топлива);
– тепловой насос (воздушный или геотермальный);
– гелиоколлектор;
– накопительный водонагреватель косвенного нагрева;
– отопительные приборы (радиаторы, конвекторы), тепловые панели, системы теплого пола, распределительные узлы, насосное оборудование, трубопроводы;
– общую систему управления.
Принципиально гибридные системы теплоснабжения могут собираться на основе отдельных единиц оборудования различного предназначения или даже поставляться единым блоком, включающим в себя основное оборудование, за исключением выносных модулей, отопительных приборов и трубопроводов. Примером такого «блочного исполнения» может служить выведенный на рынок в 2015 г. компанией Viessmann гибридный котел на жидком топливе Vitolacaldens 222-F (рис. 5).
Рис. 5. Гибридная система теплоснабжения в «блочном исполнении»
Этот котел в едином корпусе объединяет жидкотопливный конденсационный настенный котел мощностью 23 кВт, воздушно-водяной сплит ― тепловой насос мощностью до 10 кВт и емкостный водонагреватель для приготовления ГВС.
Статья из журнала "Аква-Терм", № 5/17. Рубрика "Отопление и ГВС"
