Система оперативного контроля, анализа и управления эффективностью использования топливно-энергетических ресурсов в тепловом районе населенного пункта

К.т.н. Е.Е. Никитин, ведущий научный сотрудник, И.С. Комков, инженер Институт газа НАН Украины, г. Киев; Т.Н. Барановская, директор  КП «Теплообеспечение», г. Коростень, Украина


 


Введение


Актуальность проблемы повышения энергетической эффективности и качества теплоснабжения населенных пунктов отмечается в целом ряде работ [1-3]. Одним из барьеров на пути решения этой актуальной задачи является неполнота, низкая достоверность, а в отдельных случаях и искажение информации о реальных показателях характеризующих работу систем теплоснабжения. Это может повлечь за собой значительный материальный и финансовый ущерб, связанный с принятием неоптимальных управленческих решений.


В этой связи актуальным и своевременным является разработка и внедрение в коммунальной теплоэнергетике систем энергетического менеджмента на основе идеологии международного стандарта ISO 500001 «Energy management systemsRequirement with guidance for use» (Системы энергетического менеджмента – требования и руководство по применению). Общий подход к разработке таких систем изложен в [4].


Системы энергетического менеджмента в коммунальном теплоснабжении предназначены для решения нескольких задач, главной из которых является контроль, анализ и управление эффективностью использования топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) и качеством теплоснабжения. Ниже эта задача рассматривается применительно к тепловому району населенного пункта.


 


Описание системы


Разработанная авторами система оперативного контроля, анализа и управления эффективностью использования ТЭР (СОКАТЭР) в тепловом районе населенного пункта представляет собой комплекс технических, методических, информационных и программных средств, предназначеных для работы в определенной организационной среде, которой является подразделение (группа, отдел, департамент) энергетического менеджмента, которое, в свою очередь, должно функционировать в составе теплоснабжающей организации и органа исполнительной власти населенного пункта.


Технической базой СОКАТЭР являются стационарные и портативные средства измерения, средства вычислительной техники и средства передачи данных. При отсутствии или неисправности некоторых приборов учета тепла в зданиях используются расчетные данные.


Концепция СОКАТЭР заключается в определении комплекса показателей энергоэффективности и качества теплоснабжения, сравнении фактических и нормативных показателей и выработке необходимого управляющего воздействия.


В процессе оперативного контроля на основании показаний приборов учета определяется следующий комплекс показателей энергоэффективности и качества теплоснабжения:


– коэффициент эффективности использования топлива в котельной, определяемый по прямому балансу;


– удельный расход электроэнергии в котельной;


– потери тепловой энергии в тепловой сети [5];


– потери воды в тепловой сети;


– соответствие нормативного и фактического теплопотребления зданий;


– соответствие фактического и нормативного температурного графика;


– соответствие фактического и нормативного расхода теплоносителя;


– показатели качества погодного регулирования тепловой нагрузки в котельной и по отдельным зданиям, в качестве которых используются коэффициенты корреляции между отпущенным (потребленным) количеством тепловой энергии и температурой наружного воздуха;


– ожидаемое потребление природного газа в зависимости от прогнозируемой температуры наружного воздуха;


– показатели фактической эффективности внедрения энергосберегающих мероприятий.


В разработанной системе реализована функция визуализации всех вычисляемых показателей и контролируемых технологических параметров, а также функция формирования сводного энергетического рапорта для руководства.


При выявлении отклонений контролируемых параметров от нормативного уровня энергетическим менеджером (диспетчером) теплового района должна осуществляться диагностика причин выявленных нарушений.


К числу типичных диагностируемых нарушений относятся: неоптимальный избыток воздуха в топках котлов или повышенные присосы воздуха в газоходах; наличие отложений в трубах котлов; ухудшение свойств теплоизоляции и наличие неплотностей в трубах тепловых сетей; неправильная работа регуляторов тепловой нагрузки зданий; ухудшение теплоизоляционных характеристик ограждающих конструкций зданий и целый ряд других причин.


Выявление различных причин связано с диагностическими процедурами различной степени сложности. Большинство возможных причины могут быть выявлены логическим методом, путем сопоставления значений различных параметров, а также фактических и нормативных значений этих параметров. При этом могут быть использованы так называемые деревья оценки ситуаций используемые при обучении операторов мощных энергоблоков [6]. Пример дерева оценки ситуации «КПД котла ниже нормативного уровня» приведен на рис. 1.


Как видно из приведенного примера для выявления причины понижения КПД котла ниже нормативного уровня недостаточно только показателей стационарных приборов учета ТЭР. Необходимо также использование портативного газоанализатора и тепловизора (или инфракрасного термометра). Аналогичный подход используется и для диагностики других причин снижения экономичности системы теплоснабжения.


Примерами необходимых управляющих воздействий, направленных на нормализацию ситуации, является наладка режима горения котлов, восстановление их газоплотности и теплоизоляции, повышение качества работы оперативного персонала, техническое обслуживание регуляторов тепловой нагрузки зданий, тепло-гидравлическая наладка тепловой сети, восстановление теплоизоляционных характеристик ограждающих конструкций зданий и целый ряд других мероприятий.


 


Пример внедрения


Система оперативного контроля, анализа и управления эффективностью использования ТЭР внедрена в одном из тепловых районов города с населением 65 тыс. человек (г. Коростень, Житомирская обл., Украина). Котельная, оснащенная тремя газовыми котлами КСВа-2,5ГС (ВК-32), обеспечивает тепловой энергией на нужды отопления 23 тепловых потребителя с суммарной присоединенной тепловой нагрузкой 6 Гкал/ч. Котельная оснащена газо-, тепло-, электро- и водосчетчиками, а во всех зданиях установлены ИТП с теплосчетчиками. Данные по телефонным каналам собираются на компьютер энергетического менеджера (диспетчера), размещенного в офисе городской теплоснабжающей организации. Часть данных ежедневно вводится вручную. На предприятии создана группа энергетического менеджмента, которая использует разработанное програмно-методическое обеспечение для достижения высокой энергетической эффективности и качества теплоснабжения. Программное обеспечение разработано в среде Microsoft Office Excel. Программное обеспечение может быть легко модифицировано с учетом специфических особенностей того или иного теплового района.


Ниже проиллюстрированы некоторые выходные формы программы СОКАТЭР, которые характеризуют показатели энергоэффективности и качества теплоснабжения.


На рис. 2 представлен график, построенный на основе данных расчета коэффициента эффективности использования природного газа в рассматриваемой котельной, который в любой момент времени может быть выведен на экран монитора диспетчера теплового района. Как видно из графика в процессе эксплуатации за период с 1 по 27 января

2012 г. коэффициент эффективности использования природного газа изменялся незначительно и находился на уровне несколько ниже нормативного.


Потери в тепловой сети, определенные как разность отпущенного котельной и потребленной зданиями тепловой энергии, изменялись в различные месяцы отопительного периода в пределах от 11 до 16% (рис. 3), что объясняется, по-видимому, изменением температуры теплоносителя и грунта.


Из рис. 4 следует, что удельное потребление тепловой энергии в зданиях рассматриваемого микрорайона существенно различается, при этом теплопотребление одной части зданий ниже расчетной величины, а другой – выше.


Характер корреляционной зависимости между среднесуточной температурой наружного воздуха и суточной выработкой тепловой энергии котельной (рис. 5) свидетельствует о низком уровне соответствия этих величин, что объясняется отсутствием автоматизированной системы погодного регулирования тепловой нагрузки.


Анализ выходных форм СОКАТЭР позволяет выработать управляющие воздействия направленные на обеспечение нормального режима эксплуатации контролируемой системы теплоснабжения. В частности, анализ рассмотренных выше форм (рис. 2-5) свидетельствует о необходимости установки на котлах систем автоматического регулирования соотношения «топливо-воздух», проведения тепло-гидравлической наладки тепловых сетей с целью перераспределения расходов теплоносителя между домами и установки в котельной системы автоматического погодного регулирования тепловой нагрузки.


 


Выводы


1. Разработана система оперативного контроля, анализа, управления эффективностью использования топливно-энергетических ресурсов и качества теплоснабжения в тепловом районе населеного пункта, которая внедрена в городском тепловом районе с газовой котельной, обеспечивающей тепловой энергией здания с общей присоединенной тепловой нагрузкой 6 Гкал/ч.


2. Методическое обеспечение системы построено на основе идеологии международного стандарта ISO 500001 «Energy management systems – Requirement with guidance for use» (Системы энергетического менеджмента – требования и руководство по применению), которая предполагает реализацию непрерывного цикла измерения, диагностики, принятия управленческих решений и анализа их эффективности.


3. Система предназначена для внедрения в централизованных системах теплоснабжения населенных пунктов и позволяет оперативно выявлять и своевременно устранять причины, приводящие к снижению экономичности и качества теплоснабжения. Она представляет интерес также для региональных и центральных органов исполнительной власти в сфере компетенции которых находятся вопросы энергоэффективности и теплообеспечения населенных пунктов.


 


Литература


1. Никитин Е.Е. Системный подход к разработке энергоэффективных схем теплоснабжения городов и населенных пунктов // Энерготехнологии и ресурсосбережение. 2009. № 4. С. 89-97.


2. Кулик М.М., Куц Г.О., Білодід В.Д. Аналіз стану розвитку систем теплопостачання в Україні // Проблеми загальної енергетики. 2006. № 14. С.13-24.


3. Долінський А.А., Басок Б.І., Базеєв Є.Т., Кучин Г.П. Основні положення концепції Національної стратегії теплозабезпечення населених пунктів України // Промышленная теплотехника. 2009. Т. 31, № 4. С. 68-78.


4. Никитин Е.Е. Создание систем энергетического менеджмента в сфере теплообеспечения населенных пунктов // Енергетика: економика, технолггії, екология. Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт». 2012. № 2. С. 61-69.


5. Никитин Е.Е. К вопросу определения тепловых потерь в тепловых сетях по показаниям приборов учета тепловой энергии // Энерготехнологии и ресурсосбережение. 2013. № 1. С. 26-32. 


6. Башлыков А.А. Проектирование систем принятия решений в энергетике. М.: Энергоатомиздат, 1986. 120 с.


 


Рис. 1. Дерево оценки ситуации «КПД котла ниже нормы»: h – КПД котла; О2, СО – содержание кислорода и окиси углерода в продуктах сгорания; tух – температура уходящих газов; tог – температура обмуровки котла.



 


 


по вертикали: Потери тепловой энергии в тепловых сетях, %


по горизонтали: Дата, месяц


октябрь, ноябрь, декабрь, январь, февраль, март, апрель




по вертикали: Коэффициент эффективности использования природного газа в котельной, %


по горизонтали: Дата


– фактические значения


– нормативные значения


 


 




Рис. 4. Удельное потребление тепловой энергии в различных зданиях микрорайона.


по вертикали: Удельное теплопотребление, кВт×год/м2


по горизонтали: Дата, месяц


– фактические значения


– нормативные значения



по вертикали: Выработка тепловой энергии, Гкал


по горизонтали: Среднесуточная температура наружного воздуха, °С

 

*Новости теплоснабжения №4 (апрель), 2013 г.