Энергоэффективность применения гибридных тепловых пунктов в условиях интеграции электрических и тепловых сетей городских микрорайонов. Часть 1. Обоснование целесообразности применения гибридных тепловых пунктов

В статье обсуждаются обстоятельства и технические решения, способствующие интеграции электрических и тепловых сетей городских микрорайонов в рамках профицита электрогенерирующих мощностей, возникающего из-за несбалансированности развития генерации и потребления энергии, стохастичности процессов развития рыночной экономики, переноса энергоемких промышленных производств в другие страны, стремления к диверсификации топливных энергоресурсов, увлечения строительством энергоисточников на альтернативные энергоресурсы в противовес объектам традиционной энергетики, без учета всех сторон взаимодействия первых с окружающей средой и др. В системах централизованного теплоснабжения электрических и тепловых сетей городских микрорайонов достигается применение гибридных тепловых пунктов, которые в отличие от типовых решений оснащаются электрокотлами, тепловыми аккумуляторами и тепловыми насосами. По времени использования генерирующих мощностей предпочтение следует отдавать вариантам по покрытию горячеводной нагрузки. В расчете по средней суточной нагрузке время использования мощности в этом случае лежит в пределах 6000–6500 ч/год. При выборе мощности оборудования следует учитывать, что суточная нагрузка горячего водоснабжения крайне неравномерна и зависит также от дня недели, при этом максимальная нагрузка превышает среднесуточную в 2,5–3 раза. При интеграции систем электро- и теплоснабжения целесообразно рассматривать варианты только ночного потребления электроэнергии или ночного потребления плюс потребление в часы дневных провалов графика электропотребления. Если при новом строительстве мощность электрической сети может варьироваться в зависимости от выбранного варианта, то при модернизации системы теплоснабжения задача решается при наличии ограничения по доступной электрической мощности. Поэтому отдельным вопросом является определение этих ограничений. По сравнению с прямым потреблением электроэнергии на нужды теплоснабжения, которое априори является энергетически и экономически малоэффективным, применение гибридных систем в теплоснабжении позволяет решать многофункциональную задачу повышения надежности энергоснабжения и устойчивости функционирования энергосистемы, что, в первую очередь, достигается решением проблемы балансировки мощностей производства и потребления энергии с позиции выравнивания графиков генерации и потребления энергии. 

1. Воропай Н. И. Интегрированные энергетические системы: вызовы, тенденции, идеология / Н. И. Воропай, В. А. Стенников, Е. А. Барахтенко // Проблемы прогнозирования. 2017. № 5. С. 39–49.

2. Седнин, В. А. Интеграционные тенденции в системах теплоснабжения / В. А. Седнин, А. В. Седнин // Проблемы экологии и эксплуатации объектов энергетики: сб. тр. / Институт промышленной экологии. К.: ИПЦ АЛКОН НАН Украины, 2021. С. 24–28.

3. Стенников, В. А. Устойчивое развитие энергетики: тенденции и вызовы / В. А. Стенников // Энергетическая политика. 2023. № 2 (180). С. 32–39. https://doi.org/10.46920/2409-5516_2023_2180_32

4. Mathiesen, B. Global smart energy systems redesign to meet the Paris Agreement / B. Mathiesen, H. Lund // Smart Energy. 2021. Vol. 1. https://doi.org/10.1016/j.segy.2021.100024

5. Analysis of the power-to-heat potential in the European energy system / H. Yilmaz [et al.] // Energy Strategy Reviews. 2018. Vol. 20. P. 6–19. https://doi.org/10.1016/j.esr.2017.12.009

6. Pesola, A. Cost-optimization model to design and operate hybrid heating systems – Case study of district heating system with decentralized heat pumps in Finland / A. Pesola // Energy. 2023. Vol. 281. P. 128241. https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.128241.

7. Classification, potential role, and modeling of power-to-heat and thermal energy storage in energy systems: A review / Md. Nasimul Islam Maruf [et al.] // Sustainable Energy Technologies and Assessments. 2022. Vol. 53, Part B. P. 102553. https://doi.org/10.1016/j.seta.2022.102553.].

8. Седнин, В. А. Эффективность применения электрокотлов в системах теплоснабжения / В. А. Седнин, А. В. Седнин, А. А. Матявин // Проблемы совершенствования топливно-энергетического комплекса: материалы XIV Междунар. науч.-техн. конф., Саратов, 30 октября – 01 ноября 2018 г. Саратов: Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., 2018. Вып. 9. С. 146–151.

9. Седнин, В. А. Анализ состояния и основные тенденции развития системы централизованного теплоснабжения в Беларуси / В. А Седнин, А. В. Седнин // Энергия и Менеджмент. 2016. № 6 (93). С. 2–9.

10. Седнин, В. А. Тенденции развития систем централизованного теплоснабжения / В. А. Седнин, А. В. Седнин // Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности : седьмая междунар. науч.-техн. конф., Ульяновск, 21–22 апреля 2017 г.: в 2 т. / науч. ред. В. И. Шарапов. Ульяновск: Ульяновский ГТУ, 2017. Т. 1. С. 55–58.

11. Седнин, В. А. Энергетическая и экономическая эффективность применения низкотемпературного теплоснабжения в условиях Республики Беларусь / В. А. Седнин, А. В. Седнин, М. И. Позднякова // Развитие методов прикладной математики для решения междисциплинарных проблем энергетики: материалы Первой Всерос. науч.-техн. конф. / УлГТУ. Ульяновск, 2021. С. 184 – 188.

12. Седнин, А. B. О подходе к обработке данных для интеллектуальных систем централизованного теплоснабжения / А. B. Седнин, А. В. Жерело // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2022. Т. 65, № 3. С. 240–249. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2022-65-3-240-249

13. Sednin A., Zherelo A. On the Recovery of Lost Data During the Formation of Digital Twins of Heat Supply Systems / A. Sednin, A. Zherelo // Nonlinear Phenomena in Complex Systems. 2023. Vol. 26, No 2. P. 16 –173. https://doi.org/10.33581/1561-4085-2023-26-2-166-173

14. Седнин, В. А. К выбору варианта системы теплоснабжения поселка городского типа в условиях профицита мощностей производства электроэнергии энергосистемы / В. А. Седнин, М. И. Позднякова // Проблемы экологии и эксплуатации объектов энергетики: сб. тр. / Институт промышленной экологии. К.: ИПЦ АЛКОН НАН Украины, 2022. С. 133–137.

15. Седнин, В. А. Теория и практика создания автоматизированных систем управления теплоснабжением / В. А. Седнин. Минск: БНТУ, 2005. 192 с.

16. Копко, В. М. Теплоснабжение / В. М. Копко. М.: Издательство АСВ, 2017. 340 c.

17. 5th generation district heating and cooling systems: A review of existing cases in Europe / S. Buffa [et al.] // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2019. Vol. 104. P. 504–522. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.12.059

18. District heating and cooling networks with decentralised energy substations: Opportunities and barriers for holistic energy system decarbonization / O. Angelidis [et al.] // Energy. 2023. Vol. 269. P. 126740. https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.126740

19. Седнин, В. А. Краткосрочное планирование тепловой нагрузки районной котельной с применением нейросетевого моделирования // В. А. Седнин, Д. И. Власюк, М. И. Позднякова // Энергоэффективные технологии в строительстве, энергетике и жилищно-коммунальном хозяйстве: материалы первой науч.-техн. конф. студентов и аспирантов с междунар. участием / УлГТУ. Ульяновск, 2021. С. 198–203.

20. Седнин, В. А. Перевод отопительных котельных в мини-ТЭЦ. Ч. 1. / В. А. Седнин, А. В. Седнин, А. А. Шимукович // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2005. № 5. С. 72–77.

21. Электроустановки жилых и общественных зданий. Правила проектирования и монтажа: СП 256.1325800.2016 [Электронный ресурс] // Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов. 2016. Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200139957

22. Ефременко, В. М. Анализ потребления электроэнергии в жилых помещениях многоквартирных домов / В. М. Ефременко, А. С. Шеварухин // Вестник КузГТУ. 2012. №5. C. 76–77.

23. Актуализация электрических нагрузок многоквартирных жилых домов / Ю. И. Солуянов [и др.] // Вестник Чувашского университета. 2020. № 1. С. 180–189.