Реконструкция теплоцентрали № 3 г. Даугавпилса с установкой компрессорных тепловых насосов

PAS „Daugavpils siltumtikli“

Даугавпилс, Латвия

2024-2025

***

Тепло, произведённое с помощью электричества, и как на 1 кВт электричества получить 4,5 кВт тепла (COP 4,5) и ещё кое-что.

Сегодня в Литве нет тепловых сетей, где не работают конденсационные экономайзеры дымовых газов. Это широко распространённая технология имеет «ахиллесову пяту» - работа с высокой температурой возвращающейся из сети воды в жаркие летние месяцы и, как правило, сброс конденсата (с высокой температурой) в канализацию.

Одну из проблем (сброс конденсата с высокой температурой в канализацию) решили в AB „Šiaulių energija“ в 2021 году. UAB “Gandras energoefektas” спроектировало и смонтировало систему компрессорных тепловых насосов, которые, охлаждая излишки конденсата, нагревают сетевую воду, а сам конденсат с температурой менее 15 °С заказчик очищает и использует для подпитки сети.

На данный момент система отработала 4 года и соответствует всем требованиям заказчика. В связи с тем, что в систему подается сливаемый из экономайзера в канализацию конденсат, на работу экономайзера она никак не влияет. Однако количество отдаваемого в сеть тепла очень зависит от влажности топлива – при сухом топливе выработка тепла падает до 30 % (что, конечно, негативно сказывается на амортизации оборудования). Наша система спроектирована таким образом, что ее производительность автоматически регулируется от 15 % до 100 % в зависимости от объема конденсата, обеспечивая постоянное значение COP (тепловые насосы автоматически останавливаются и включаются (без вмешательства персонала)  при уменьшении / увеличением объёма конденсата).
Мы видим, что количество отдаваемого в сеть тепла от 250 кВт*ч до 500 кВт*ч, а COP в зависимости от температуры подаваемой среды (а заказчик кроме конденсата из КЭД подаёт туда и воду из системы охлаждения продувок парового котла), меняется от 3,9 до 4,2.

Мы очень благодарны AB „Šiaulių energija“ за оказанное доверие. Хотя во время конкурса наши конкуренты уверяли Заказчика, что достичь требуемый COP системы не менее 4,0 при запланированном столь низком бюджете (в 2020 г. мы выиграли с  ценой 218 682,00 Eur be PVM) невозможно, однако результат говорит сам за себя – 4 года работы установки показали правильность принятых решений.

К сожалению, в Литве этот опыт никого не заинтересовал, хотя за 4 года данная система выработала 9 018 980 кВт тепла и продолжает работать, а цена электроэнергии на бирже падает до 0 Eur.

В тоже время тепловые сети г. Даугавпилс (Латвия) были очень заинтересованы увеличить КПД котельной, где установлены 4 котла для сжигания древесной щепы по 7,5 МВт и 2 конденсационных экономайзера дымовых газов. И после посещения AB „Šiaulių energija“ в 2022 г. Даугавпилские тепловые сети стали думать над внедрением тепловых насосов на данной котельной, но объявить конкурс смогли только в 2024 г. (т.к. подходил к концу гарантийный срок на котельную). При этом параметры водогрейных котлов (максимальная температура воды на выходе из котлов меняется от 100 °С до 110 °С), а также ограниченные финансовые возможности заказчика (бюджет не более  350 000,00 Евро) не позволяли установить абсорбционный тепловой насос.

Что хотел заказчик:

1. Выработку дополнительного тепла с одного экономайзера не менее 380 кВт*ч;
2. COP системы (учитывая потребление эл.энергии тепловыми насосами и всем вспомогательным оборудованием системы тепловых насосов) должен быть не менее 4,0;
3. Количество отдаваемого в сеть тепла должно быть постоянным (не должно зависеть от влажности топлива и производительности котлов);
4. Системы должна увеличить производительность конденсата в экономайзере, чтобы максимально уменьшить подпитку экономайзера водой из водопровода;
5. Температура конденсата (излишки сливаемые из экономайзера в канализацию) не должна быть выше 25 °С;
6. КПД экономайзера не должно уменьшиться.

Результат после внедрения спроектированной UAB “Gandras energoefektas” системы тепловых насосов для одного экономайзера:

1. Количество отдаваемого в сеть тепла не менее 450 кВт*ч;
2. COP системы от 4,4 до 4,6;
3. Выработка тепла идёт постоянно, независимо от производительности котлов;
4. Прекратилась подпитка сырой водой;
5. Температура конденсата, уходящего в канализацию 25-26 °С;

Наличие на котельной второй системы из 2-х котлов по 7,5 МВт и конденсационного экономайзера дымовых газов, работающей без тепловых насосов, позволило нам в режиме реального времени сравнивать работу системы с тепловыми насосами и без них. Можно смело утверждать, что выработка тепла в КЭД не изменилась - мы видели (наблюдая кратковременно), что при температуре воздуха +24 °С и обратки 46 °С экономайзер при одном работающем котле (~7 МВт*ч) вырабатывал 0,7 МВт*ч тепла (не считая 0,46 МВт*ч на тепловых насосах). Хотя, по уверению заказчика, раньше при температуре воздуха +24 °С и обратки 46-48 °С ему приходилось отключать экономайзер, т.к. в нем производилось 0,3 МВт*ч тепла, а стоимость произведенного тепла равнялась стоимости потребленной электроэнергии.

Как указано выше, наши наблюдения были кратковременными, т.к. системы тепловых насосов была только недавно запущена. Более точные данные по работе КЭД с тепловыми насосами возможно будет предоставить после летнего сезона.

Выводы:

1. Короткий период эксплуатации тепловых насосов в г. Даугавпилс с 2025-04-02 по 2025-04-21 (дата написания статьи) позволяет убедиться, что технические решения выбраны верно и могут смело внедрятся в системах конденсационных экономайзеров котлов, сжигающих щепу.
2. Важным доводом являются 543,841 МВт тепла, выработанные c 2025-05-02 по 2025-05-29 и работы системы тепловых насосов с COP не менее 4,5, и понимание, что раньше это тепло, по сути, сбрасывалось в канализацию, и стоимость реализации проекта – 311,413 евро без НДС (цена на 2024 год). Инвестиции этого проекта за 1 кВт*ч в сеть отдаваемого тепла в 3 раза меньше, чем аналогичного проекта с абсорбционным тепловым насосом (для которого требуется источник тепла высокой температуры).

Насос для сбора конденсата из дымохода	Система теплового насоса
Фотография экрана контроллера теплового насоса	Трубчатый самоочищающийся теплообменник