Технологія: Вторинне тепло
Вторинне тепло для централізованого теплопостачання
Вторинне тепло від підприємств промисловості має довгу історію в системі централізованого теплопостачання. Останніми роками впровадження теплових насосів і здешевлення електроенергії збільшили потенціал відпрацьованого тепла в системі централізованого теплопостачання з великою кількістю теплових потоків, які надто холодні, щоб подавати їх безпосередньо в централізоване теплопостачання. Крім того, ретельний аналіз менших джерел призводить до збільшення використання вторинного тепла в системі централізованого теплопостачання. У певних випадках нові технології збільшили потенціал. Наприклад, нові системи охолодження в супермаркетах із використанням CO2 як холодоагенту дозволили використовувати відпрацьоване тепло холодильників і морозильних камер для прямої подачі в місцеві мережі централізованого теплопостачання. В інших випадках нові, більш ефективні технології в промисловості зменшили потенціал вторинного тепла для централізованого теплопостачання.
Серед джерел вторинного тепла для використання в централізованому теплопостачанні:
- Чавуноплавильні заводи.
- Заводи для плавлення інших металів.
- Ливарні виробництва.
- Цементні заводи.
- Склозаводи.
- Цегельно-черепичні заводи.
- Нафтопереробні заводи.
- Харчова промисловість з кип'ятінням як частиною процесу. Іноді потрібні теплові насоси.
- Холодильні камери та морозильні камери з CO2 як холодоагентом у транскритичному циклі.
- Супермаркети, де охолоджуючий контур використовує CO2 як холодоагент у транскритичному циклі. У Данії понад 3000 супермаркетів потенційно можуть доставляти відпрацьоване тепло для місцевого централізованого теплопостачання.
- Виробництво стиснених і зріджених газів.
- Центри обробки даних, потрібні теплові насоси.
- Стічні води вище 20°C, потрібні теплові насоси.
- Технології майбутнього, такі як виробництво водню, біоопереробні заводи.
У 2021 році вторинне тепло забезпечувало 6% постачання централізованого опалення в Данії.
Технології утилізації вторинного тепла відрізняються залежно від підприємства промисловості та промислових процесів. У деяких випадках вторинне тепло наявне у формі гарячої води, яку можна направити до централізованого теплопостачання через теплообмінник або через тепловий насос. В інших випадках вторинне тепло наявне у формі теплого повітря або димового газу. Тоді використання вимагає установки повітряно-водяних теплообмінників.
Приклади
Паперова фабрика у м. Ск’єрн
Зараз цей виробник паперу постачає вторинне тепло для покриття значної частини централізованого теплопостачання міста Ск’єрн із 7800 жителями та 3200 споживачами (сім’ями, підприємствами тощо). Паперова фабрика має вторинне тепло у вигляді гарячого повітря, 50-58 °C. Гаряче повітря спочатку використовується для підігріву зворотної води з централізованого теплопостачання, а потім для підігріву холодної сторони трьох теплових насосів загальною потужністю 4 МВт. Вода в системі теплопостачання нагрівається від 37°C до 70°C. Через високу температуру на холодній стороні COP становить 6,9 (середньорічна) у порівнянні з COP=3 для теплових насосів, що використовують навколишнє повітря. Накопичувач тепла у вигляді бака для гарячої води використовується для узгодження потреб споживачів тепла з теплопостачанням із заводу. Інвестиції склали 3,7 млн € з яких 0,7 млн € було за труби між фабрикою та лініями центрального теплопостачання в Ск’єрні.
Вторинне тепло від супермаркету у м. Ск’єрн
Супермаркет SuperBrugsen (член кооперативної мережі Coop Denmark) у данському місті Ск’єрн оновив систему охолодження холодильників і морозильних камер у магазині та включив використання відпрацьованого тепла. Це тепло покриває як потреби в опаленні приміщень магазину, так і гарячу воду, а також надає тепло компанії централізованого ьеплопостачання Skjern District Heating для опалення принаймні 20 односімейних будинків. Інвестиції окупилися менш ніж за 3 роки за рахунок збереженої електроенергії (нова система більш ефективна) та заощадженого і проданого тепла.
Використання вторинного тепла в Україні
Згідно однієї з оцінок, вихід теплових вторинних енергетичних ресурсів (ТВЕР) в промисловості України в 2010 р. становив 1,8-2,0 млн т у.п. (1,3-1,44 млн т н.е.).
Варто зазначити, що теплові вторинні енергетичні ресурси (ВЕР) можуть також бути і паливними ВЕР для деяких процесів і проміжних продуктів у промисловості, як наприклад доменний чи коксовий гази). Найбільшими температурними рівнями відзначаються теплові ВЕР чорної та кольорової металургії, а також будівельних матеріалів (гази печей випалювання цементного клінкеру та вапняку). Значна кількість теплових відходів відносяться до низькопотенційних. Найбільший потенціал заощадження тепла існує в металургійній, цементній, хімічній та нафтохімічній галузях.
Найбільший потенціал ТВЕР в Україні мають такі галузі промисловості:
- Чорна металургія (~58% від загальних обсягів ТВЕР у промисловості України);
- Хімічна та нафтохімічна промисловість (28% загальних обсягів);
- Промисловість будівельних матеріалів (4%);
- Паливна промисловість без коксохімічних заводів та металообробка (2% загального потенціалу);
- Машинобудування (2% загального потенціалу);
- Кольорова металургія (до 1% потенціалу);
- Решта галузей промисловості в сумі має близько 4-5 % загального потенціалу теплових ВЕР.
Найбільша концентрація підприємств різних видів промисловості, що є потенційними джерелами вторинного тепла, спостерігається в тих містах та регіонах, де є найбільше виробництво теплової енергії для потреб централізованого теплопостачання (Київ, Запоріжжя, Харків, Дніпро, Одеса), що загалом сприяє використанню теплових ВЕР для централізованого теплопостачання в Україні.
Розміщення промислових підприємств відносно потенційних споживачів вторинного тепла в Україні
Дослідження розміщення більш ніж 500 підприємств різних галузей промисловості відносно можливих споживачів тепла для опалення показало, що підприємства металургійної галузі, хоча і розміщуються переважно в середніх та великих містах південного сходу та сходу України, де є централізоване теплопостачання та щільна міська забудова, знаходяться відносно далеко (як правило, більше 1 км по прямій) від багатоповерхової забудови, де можуть пролягати мережі централізованого опалення.
Ще більш віддаленими від потенційних споживачів (в основному, далі ніж 2 км) є підприємства хімічної та нафтохімічної промисловості, а також цементні заводи (2-3 км). Трохи ближче (в середньому близько 1,7 км) до потенційних споживачів тепла знаходяться цегельні заводи, і близько 1 км- склозаводи, заводи з виробництва паперу, фанери, МДФ.
Відносно більш близькими до потенційних споживачів вторинного тепла є підприємства харчової промисловості, хоча і для них середня відстань становить близько 1 км. Як правило, ближче до багатоповерхової забудови можуть розміщуватись хлібозаводи та пивзаводи, заводи продтоварів (до 1 км), підприємства олійної галузі (1 км), а дещо більш віддалено- заводи з переробки молока, виробництва сиру та масла, м’ясокомбінати, тютюнові фабрики (в середньому 1-1,5 км).
Таким чином, для використання вторинного тепла промислових підприємств слід враховувати особливості їх розміщення відносно потенційних споживачів, зокрема те, що підприємства, що мають, за оцінкою, найбільший потенціал, можуть розташовуватись на деякій відстані (більше 1 км) до потенційних споживачів.
Важливі аспекти реалізації проектів використання вторинного тепла промислових підприємств
Реалізація проекту із використання вторинних теплових ресурсів промислових підприємств потребує техніко-економічної оцінки, що має включати як детальну оцінку технічних можливостей, температурних рівнів та потенційного обсягу вторинної енергії, що може бути відпущена від підприємства, так і потенційні можливості споживання такої теплової енергії та відстань до можливих споживачів. Слід враховувати, що вторинне тепло знаходиться переважно «всередині» технологічного процесу і потребує відведення за допомогою відповідного теплообмінного обладнання, утилізаційних установок, проміжних теплоносіїв, тощо. Часто фізичні потоки, що містять ВЕР, є забрудненими, запиленими, можуть потребувати попереднього очищення або періодичного очищення обладнання, що використовує теплоту ВЕР. Також має значення режим функціонування обладнання та регулярність отримання теплових ВЕР, що може впливати на доцільність їх використання, зокрема, для потреб теплопостачання.
Приклади використання теплових ВЕР в Україні
Єдиними задокументованими на даний час прикладами використання теплових ВЕР промислових підприємств для централізованого теплопостачання є такі:
- Використання гарячої води від промислового майданчика комбінату «Запоріжсталь» в деяких районах міста Запоріжжя;
- Забезпечення гарячого водопостачання частини міста Авдіївка від Авдіївського коксохімічного заводу, хоча це результат використання як палива коксового газу, тобто це не чисто тепловий ВЕР.
ВАТ «Металургійний комбінат «Запоріжсталь»
Завдяки реконструкції обладнання ТЕЦ ВАТ «Металургійний комбінат «Запоріжсталь» та будівництву нової теплотраси, починаючи з 2005 року в міжопалювальний сезон жителі Орджонікідзевського району та шостого селища Ленінського району Запоріжжя отримують гарячу воду. Це дало можливість зменшити використання природного газу на комунальні потреби до 10 мільйонів кубометрів на рік. Наголошується, що це саме «вторинне» тепло проммайданчика комбінату “Запоріжсталь”, хоча конкретне джерело вторинного тепла не вказується.
ПрАТ «Авдіївський коксохімічний завод»
На ПрАТ «Авдіївський коксохімічний завод» як основний енергоносій при виробництві продукції використовується коксовий газ. Заводська ТЕЦ, спалюючи в топках парових котлів коксовий газ, виробляє технологічну пару для потреб виробництва, а також електроенергію. Крім того, коксовий газ використовується як паливо для теплообмінних процесів в хімічних цехах заводу, для сушки вугільного флотоконцентрату на вуглезбагачувальній фабриці, обігріву гаражів, розморожування вугілля в зимовий час, підігрівання води у водогрійних котлах ТЕЦ для забезпечення гарячим водопостачанням заводу і міста Авдіївка.
Джерела інформації
Розрахунок енергії та економіки
Кейси
- 25 випадків із Західної Європи, включаючи паперову фабрику Ск'єрн: danskfjernvarme.dk
- Superbrugsen in Skjern: Dansk Fjernvarme danskfjernvarme.dk
Постачальники та установники технологій
Технологія, яка використовується для використання вторинного тепла, є стандартною технологією для промисловості та централізованого теплопостачання, а не від спеціалізованих постачальників.
Є кілька постачальників холодильного обладнання для супермаркетів з використанням відпрацьованого тепла. Один із них advansor.com
Технічні консультації
Інші джерела
Джерела вторинного тепла (філіали)