Simulation of technical and economical efficiency indices for central directed heat supply systems with hot water boilers

It is observed that baseline conditions of municipal energetics are described by a variety of problems, the main of which are permanent rise in prices for natural gas, significant out- dating and low level of energy efficiency of the equipment, unsatisfactory quality of heat supply services, and als...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2010
Автор:	Nikitin E.E.
Формат:	Стаття
Мова:	Українська
Опубліковано:	General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2010
Теми:	technical and economical efficiency of central directed heat supply systems.
Онлайн доступ:	https://systemre.org/index.php/journal/article/view/382
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	System Research in Energy
Завантажити файл:

Репозитарії

System Research in Energy

_version_	1871103677945610240
author	Nikitin E.E.
author_facet	Nikitin E.E.
author_institution_txt_mv	[ { "author": "Nikitin E.E.", "institution": null } ]
author_sort	Nikitin E.E.
baseUrl_str	https://systemre.org/index.php/journal/oai
collection	OJS
datestamp_date	2026-07-18T12:57:38Z
description	It is observed that baseline conditions of municipal energetics are described by a variety of problems, the main of which are permanent rise in prices for natural gas, significant out- dating and low level of energy efficiency of the equipment, unsatisfactory quality of heat supply services, and also disconnection of individual consumers from the central directed heat supply systems.The analysis of work on technical and economical efficiency of heat supply systems was carried out. This analysis in particular showed that one of key issues is formation of fair pricing for energy resources.On the basis of the consideration of energy balance and thermohydraulic design of the central directed heat supply systems with hot water boilers running on natural gas, the methodology of correlation assessment between indices of economical and energy efficiency, prices for energy resources, engineering data and operational performance was developed.By the example of a simple heat supply system a numerical simulation of the impact of such factors as disconnection of individual heat consumers from a network, price for fuel, electric power and delivered heat energy, value of heat losses in the networks, specific length of heat networks and heat source efficiency for the indices of energy efficiency and profitability of heat energy generation was carried out. Critical values of influencing variables, which provide zero level of profitability of heat energy generation under existing prices for natural gas and electric power, were calculated.The results of the investigation can be used for carrying out technical, economical and financial analysis of different options for heat supply systems.
first_indexed	2026-03-24T02:01:36Z
format	Article
fulltext	32 ISSN 1562�8965. Проблеми загальної енергетики, 2010, вип. 1(21) Теплоснабжение многих городов и населенных пунктов Украины осуществляется с помощью га� зовых водогрейных котельных и подключенных к ним квартальных или районных тепловых сетей. Современное состояние коммунальной энер� гетики характеризуется проблемами [1], глав� ными из которых являются непрерывный рост цен на природный газ, который является доми� нирующим видом топлива, значительный фи� зический износ оборудования, прежде всего тепловых сетей, который приводит к наличию повышенных тепловых потерь, низкий уровень энергетической эффективности оборудования и качества услуг теплоснабжения, а также ус� тойчивая, но неуправляемая тенденция отклю� чения отдельных потребителей от централизо� ванных тепловых сетей и массовый переход на� селения на индивидуальное отопление. Анализу технико�экономической эффектив� ности централизованных систем теплоснабже� ния посвящено большое количество работ. Ос� новы математического моделирования и опти� мизации систем теплоснабжения заложены в работах [2, 3]. Вопросы экономики систем теп� лоснабжения подробно освещены в работе [4], которая, однако, относится к периоду плановой социалистической экономики. Функционирование теплоснабжающих пред� приятий в условиях рыночной экономики дик� тует необходимость проведения технико�эко� номических исследований, учитывающих сов� ременные реалии. Одним из ключевых вопросов является установление справедливых цен на энергоресурсы [5, 6]. Затраты на топливно�энер� гетические ресурсы являются доминирующей статьей затрат теплоснабжающих предприятий и основной составляющей себестоимости про� изводимой тепловой энергии. Целью настоящего исследования является установление количественных взаимосвязей между показателями экономической, энергети� ческой эффективности, ценами на энергоресур� сы, конструктивными и эксплуатационными характеристиками централизованных систем теплоснабжения с водогрейными котлами, ра� ботающими на природном газе. Научно�методической основой исследования является построение энергетического баланса рассматриваемой системы, известные методы ее теплогидравлического расчета и использова� ние общеупотребительных показателей эконо� мической и энергетической эффективности. Рассмотренные ниже методика и расчетный анализ носят приближенный характер, так как базируются на усредненных показателях за отопительный период. Тем не менее, получен� ные результаты могут быть использованы при сравнении различных вариантов (технических состояний) систем теплоснабжения и сопо� ставлении уровней цен на природный газ, элек� ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ОБ'ЄКТІВ І СИСТЕМ УДК 620:621.31 Е.Е. НИКИТИН, канд. техн. наук, Институт газа НАН Украины, г. Киев МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕХНИКО"ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ С ВОДОГРЕЙНЫМИ КОТЛАМИ Разработана методика и выполнено расчетное исследование взаимосвязи между пока% зателями экономической, энергетической эффективности, ценами на энергоресурсы, конструктивными и эксплуатационными характеристиками централизованных систем теплоснабжения с водогрейными котлами, работающими на природном газе. Результа% ты исследования могут быть использованы для проведения технико%экономического и финансового анализа различных вариантов рассматриваемых систем. К л ю ч е в ы е с л о в а: технико0экономическая эффективность централизованных систем теплоснабжения. © Е.Е. НИКИТИН, 2010 трическую и тепловую энергию. Для принятия окончательных решений, касающихся проек� тирования, модернизации и ценообразования, необходимо выполнить более детальные расче� ты и исследования предпочтительного вариан� та на основе действующих нормативно�мето� дических материалов. В настоящем исследовании выполнен ана� лиз влияния таких факторов, как: отключение отдельных тепловых потреби� телей от сети; цена покупного топлива, электроэнергии и отпускаемой тепловой энергии; величина тепловых потерь в сетях; удельная протяженность тепловых сетей; коэффициент полезного действия (КПД) теплового источника. Рассмотрим схему энергетических потоков системы теплоснабжения (рис.1), которая включает источник тепловой энергии 1, тепло� вую сеть 2, циркуляционную насосную уста� новку 3 и тепловых потребителей 4. Ет — количество энергии топлива, использо� ванное в источнике тепловой энергии, кВт . ч; Ее — количество электроэнергии, использованное в источнике тепловой энергии, кВт . ч; Ек — коли� чество тепловой энергии, отпущенное источни� ком тепловой энергии, кВт . ч; Ек.пот — тепловые потери в источнике тепловой энергии, кВт . ч; Ен — количество электроэнергии, использован� ное в циркуляционной насосной установке, кВт . ч; Етр.пот — потери тепловой энергии в тепловой сети, кВт . ч; Еп — количество тепловой энергии, поступившее к потребителю, кВт . ч. Эти энергетические потоки могут быть рас� смотрены на различных временных интерва� лах. Наиболее представительным временным интервалом для системы теплоснабжения яв� ляется календарный год. Оценка эффективности использования тепло� вой энергии топлива осуществляется на основа� нии рассмотрения тепловых балансов (1)—(12): теплового баланса системы в целом , (1) теплового баланса теплового источника , (2) теплового баланса тепловой сети . (3) Показателями эффективности использова� ния тепловой энергии топлива являются КПД „брутто” ηк бр и относительные потери тепловой энергии q: системы теплоснабжения в целом , (4) источника тепловой энергии (котла) , (5) тепловой сети: . (6) Относительные тепловые потери в котле и трубо� проводах определяются следующим образом: , (7) . (8) Коэффициент полезного действия котельно� го агрегата с учетом расхода электрической и тепловой энергии на собственные нужды назы� вается КПД „нетто”: , (9) где qс.н — относительный расход электроэнергии и тепловой энергии на собственные нужды. Для водогрейного котла расход тепловой энергии на собственные нужды практически отсутствует, потому рассматриваемая величина может быть определена по формуле: . (10) По аналогии с котельной установкой введем в рассмотрение коэффициент полезного действия „нетто” системы теплоснабжения в целом: . (11) где qн — относительный расход электроэнергии на привод циркуляционных насосов, который определяется по формуле: . (12) Общепринятым критерием экономической эффективности производства продукции, в 33ISSN 1562�8965. Проблеми загальної енергетики, 2010, вип. 1(21) Моделирование показателей технико�экономической эффективности централизованных систем теплоснабжения Рис.1 Схема системы теплоснабжения с энергетичес� кими потоками /н н тq E E= /( )н ст п т e нE E E Eη = + + = . .( )/(1 )бр к тр пот с н нq q q= η − + + . /с н e тq E E= . н бр к к с нqη = η − . . /тр пот тр пот тq E E= . . /к пот к пот тq E E= ./ ( )/ (бр тс п к к тр пот кE E E E Eη = = − = . . .(1 )/(1 )к пот тр пот к потq q q= − − − . ./ ( )/ 1бр к к т т к пот т к потE E E E E qη = = − = − . ./ ( )/бр ст п т т к пот тр пот тE E E E E Eη = = − − = . .1 к пот тр потq q= − − .п к тр потE E E= − .к т к потE E E= − . . .п т к пот тр пот к тр потE E E E E E= − − = − том числе и энергетической, является рента� бельность. Будем называть коэффициентом рентабельности, производства тепловой энер� гии в системе теплоснабжения отношение го� довой прибыли от продажи тепловой энергии ΔС к годовым затратам на ее производство и транспортировку Z . (13) Годовая прибыль от продажи тепловой энер� гии — это разность годового дохода С от прода� жи тепловой энергии и годовых затрат Z на ее производство и транспортировку . (14) Основную долю затрат Z составляют энерге� тические затраты на топливо и электроэнергию З. Выразим общие затрат Z через энергетичес� кие затраты З с помощью коэффициента до� полнительных затрат , (15) где к — коэффициент дополнительных затрат. Анализ хозяйственно�финансовой деятель� ности ряда теплоснабжающих организаций по� казывает, что структура себестоимости единицы тепловой энергии может быть охарактеризована следующими цифрами %: природный газ — 57,0; электроэнергия — 7,9; водоснабжение — 0,8; другие составляющие — 34,5. Таким образом, затраты на природный газ и электроэнергию составляют около 65—70% от общих затрат на производство тепловой энергии, поэтому можно принять, что к = 1,43—1,54. Введя в рассмотрение цену топлива, тепло� вой и электрической энергии ст, с, се, грн./кВт ч, рентабельность производства тепловой энергии можно выразить через показатели энергетичес� кой эффективности системы теплоснабжения: . (16) Величины, входящие в выражение (16), можно разделить на четыре группы: цены на энергоносители с, ст, се; характеристики энергетической эффектив� ности котла ηк бр, qс.н; характеристики энергетической эффектив� ности тепловой сети qтр.пот, qн; к —характеристика дополнительных затрат на производство тепловой энергии по отношению к энергетической составляющей ее себестои� мости. С целью приведения всех параметров в формуле (16) к безразмерному виду вместо абсолютных значений цен на энергоносители целесообразно ввести в рассмотрение относи� тельные цены (по отношению к стоимости топлива): r=с/ст; rе=се/ст. Тогда выражение (17) примет вид . (17) Цены топлива и тепловой энергии, выражен� ные в грн./кВт . ч, могут быть пересчитаны на основании общеупотребительных единиц сле� дующим образом: ст[грн./кВт . ч] = 0,859ст[грн./1000м3]/Qн р ηк бр; с[грн./кВт . ч] = 0,859 . 10–3 с[грн./Гкал]. где Qн р — теплотворная способность природно� го газа, ккал/нм3. Цены на энергоносители и характеристики дополнительных затрат могут быть заданы на основании текущих или прогнозных данных. Характеристики энергетической эффективнос� ти котла определяются на основании его пас� портных характеристик или теплотехнических испытаний. Характеристики энергетической эффективности тепловых сетей, рассматривае� мые в настоящей работе, qтр.пот, qн являются не� достаточно изученными величинами, потому ниже они рассматриваются более детально. С учетом формул (4), (5), (8), (12) выраже� ния для qтр.пот и qн могут быть представлены в виде: ; (18) , (19) где ΔQ — среднегодовая мощность тепловых потерь в системе теплоснабжения, кВт; Q — присоединенная тепловая загрузка, кВт; ΔN — электрическая мощность циркуляционного на� соса, кВт; α — коэффициент, который характе� ризует отношение среднегодовой и присоеди� ненной тепловой мощности потребителей: α = (tв.п – tср.о)/(tвп – tр.о), где tв.п — температура воздуха в помещении; tср.о — средняя температура наружного воздуха, tр.о — расчетная температура наружного воздуха для проектирования системы отопления. Величины Q, ΔQ и ΔN могут быть определе� ны на основании теплогидравлического расче� та конкретной системы теплоснабжения. Рассмотрим упрощенную схему системы теплоснабжения (рис.2), которая включает в 34 ISSN 1562�8965. Проблеми загальної енергетики, 2010, вип. 1(21) Е.Е. НИКИТИН .( )/бр н к тр потq N q Q= Δ η − α . /( )бр тр пот кq Q Q Q= η Δ Δ + α [ ]{ }. .( )/ ( ) 1бр к тр пот т е с н нc q к с с q q= η − + + − Z кЗ= C C ZΔ = − /R C Z= Δ [ ]{ }. .( )/ 1 ( ) 1бр к тр пот е с н нR r q к r q q= η − + + − [ ]{ }/ ( ) 1п т т е e нR cE к E c с E E= + + − = себя источник тепловой энергии И, потребите� лей тепловой энергии П1, П2, …, і, …,Пn, и тепло� вую сеть, которая условно состоит из шести участков (1, 2, …, к, …, м). Характеристики потребителей и участков тепловой сети представлены в табл. 1, 2. , (20) , (21) где cр — теплоемкость воды, кДж/кг ° С; Δt — раз� ность температур воды в подающем и обратном трубопроводах; ΔP1, ΔPm — потеря давления по длине и в местных сопротивлениях участка, кПа. Теплогидравлический расчет тепловой сети, включая определение величин ΔPк, Gк, dk, ΔQк, может быть выполнен на основании рекомен� даций [7]. Затраты электроэнергии для прокачки теп� лоносителя по к�му участку, кВт определяются по формуле: , (22) где ηн — КПД циркуляционного насоса; ρ — плотность воды, кг/м3. Суммарные потери тепловой энергии в тепло� вой сети и мощность циркуляционного насоса определяются как сумма соответствующих ве� личин на отдельных участках: , (23) . (24) Помимо формул (23) и (24), которые харак� теризуют энергетические потери и затраты по системе теплоснабжения в целом, целесообраз� но ввести в рассмотрение аналогичные величи� ны, относящиеся к конкретному i�му тепловому потребителю (25), (26), что даст возможность оценить влияние отключения отдельных потре� бителей на энергетическую и экономическую эффективности рассматриваемого объекта. Затраты электроэнергии ΔNi и тепловые поте� ри ΔQi, отнесенные к i�му потребителю, можно определить следующим образом соответственно: , (25) , (26) где ΔΣPк(i) — это сумма потерь давления на участках тепловой сети, которые составляют путь теплоносителя от источника до i�го потре� бителя; ΔQik — потери тепловой энергии на к�м участке, отнесенные к i�му потребителю , (27) где Gi(к) = Gi, если к�й участок находится по хо� ду теплоносителя до i�го потребителя; Gi(к) = 0, если к�й участок находится по ходу теплоноси� теля после i�го потребителя; ΣGi–ΣGi�к — сумма расходов теплоносителя ко всем потребителям за вычетом тех, которые находятся до к�го участка по ходу теплоносителя. Для анализа энергетической эффективности каждого отдельного потребителя целесообраз� но рассмотреть величину βi, которая представ� ляет собой долю затрат электрической энергии на прокачку теплоносителя и потерь тепловой энергии в тепловых сетях по отношению к среднегодовой тепловой нагрузке конкретного потребителя . (28) Энергетическая эффективность системы в целом может быть охарактеризована: . (29) 35ISSN 1562�8965. Проблеми загальної енергетики, 2010, вип. 1(21) Моделирование показателей технико�экономической эффективности централизованных систем теплоснабжения Рис. 2 Схема системы теплоснабжения Таблиця 1 Таблиця 2 Показатель Номер потребителя 1 2 . . . i . . . n Присоединен� ная тепловая нагрузка, кВт Расход тепло� носителя, кг/с Q1 G1 Q2 G2 . . . . . . Qi Gi . . . . . . Qn Gn Показатель Номер участка тепловой сети 1 . . . к . . . м Потеря давления, KПа Расход теплоноси� теля, кг/с Диаметр участка, м Тепловые потери, кВт ΔP1 G1 d1 ΔQ1 . . . . . . . . . . . . ΔPк Gк dк ΔQк . . . . . . . . . . . . ΔPм Gм dм ΔQм ( )/i i iN Q Qβ = Σ Δ + Δ Σα ( )/i i i iN Q Qβ = Δ + Δ α ( ) /( )ik k i к i i jQ Q G G G −Δ = Δ Σ − Σ i ikQ QΔ = Σ ( )2 ( )/i i к i нN G PΔ = ΣΔ η ρ кN NΔ = ΣΔ кQ QΔ = ΣΔ 2 /к к к нN G PΔ = Δ η ρ 1к mP P PΔ = Δ + Δ /i i рG Q c t= Δ Целесообразно также отдельно проанализи� ровать долю затрат электрической энергии и долю потерь тепловой энергии соответственно , (30) . (31) Выполним численное моделирование гидрав� лических, тепловых и технико�экономических параметров для упрощенной тепловой сети, по� казанной на рис. 2. Все расчеты выполняли с по� мощью электронных таблиц Microsoft Excel 2003. Общие исходные данные приведены ниже. Теплоемкость воды ср, Кдж/кг °С . . . . . . . . . . . . . . 4,19 Плотность воды ρ, кг/м3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 975 Среднегодовая температура в подающем трубо� проводе t1, °С . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Среднегодовая температура в обратном трубо� проводе t2, °С . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Цена электроэнергии ce, грн./кВт . ч . . . . . . . . . . . 0,70 Цена природного газа cт, грн./1000м3 . . . . . . . . . 2600 Цена природного газа cт, грн./кВт . ч . . . . . . . . . . 0,30 Цена отпускаемой тепловой энергии c, грн./Гкал 750 Цена отпускаемой тепловой энергии c, грн./кВт . ч 0,65 Теплотворная способность природного газа Qн р, кал/нм3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8200 КПД котельной „брутто” ηк бр . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,90 Относительный расход энергии на собственные нужды котла qc.н . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,02 КПД циркуляционной насосной установки ηн 0,70 Температура внутри помещения tвн, °С . . . . . . . . . 20 Средняя температура наружного воздуха в отопи� тельный период tср.о, °С . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,1 Расчетная температура наружного воздуха для проектирования системы отопления tр.о, °С . . . . –22 Коэффициент дополнительных затрат к . . . . . . . 1,5 Коэффициент, характеризующий шероховатость труб [1] Аd в, м0,62/кг0,19 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,121 Коэффициент теплопроводности теплоизоля� ции λиз , Вт/м К . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,05 Данные характеристик участков тепловой се� ти приведены в табл. 3, а технико�экономические показатели потребителей — в табл. 4. В табл. 3 коэффициент местных сопротивлений равен 0. Анализируя результаты численного модели� рования технико�экономических характеристик тепловой сети (табл. 4), конфигурация которой показана на рис. 2, можно отметить следующее: доля суммарных затрат электрической энергии на транспортировку теплоносителя и потерь те� пловой энергии в тепловых сетях по отношению к среднегодовой тепловой нагрузке для системы в целом (показатель β) составляет 10 %. При этом основной „вклад” вносят тепловые потери (9,5 %). Затраты электрической энергии состав� ляют незначительную величину (около 0,5 %) доля затрат электрической энергии на транс� портировку теплоносителя и потерь тепловой энергии в тепловых сетях по отношению к сред� негодовой тепловой нагрузке для различных потребителей (показатель βi) изменяется в ши� роком диапазоне от 4% (потребитель № 1) до 35 % (потребитель № 4); рентабельность производ� ства тепловой энергии в рассматриваемой сис� теме составляет 8 %. Проанализируем влияние различных факто� ров на рассмотренные выше энергетические и экономические показатели системы теплоснаб� жения. Отключение отдельных тепловых потреби� телей от сети. Вычислив величину βi (28) для всех потребителей и проранжировав их в по� рядке возрастания можно получить список приоритетности отключения отдельных потре� бителей от централизованной системы теплос� набжения. Вначале списка будут находиться потребители, отключение которых наименее целесообразно, а в конце списка будут нахо� диться потребители, отключение которых при� несет наименьший ущерб, а возможно и повы� сит экономическую эффективность работы теплоснабжающего предприятия. Наибольший показатель βi имеет потреби� тель №4, потому целесообразно рассмотреть каким образом изменятся технико�экономи� ческие показатели системы теплоснабжения при отключении этого потребителя (табл. 5). Как видно из сопоставления таблиц 4 и 5, отк� лючение удаленного потребителя №4 приведет к снижению относительных энергетических по� терь с 10 до 7 % и увеличению рентабельности производства тепловой энергии с 8 до 14 %. Выполним аналогичный анализ для потре� бителя № 3. При отключении этого потребите� ля доля энергетических потерь увеличится по сравнению с базовым вариантом (табл. 4) с 10 до 11 %, а рентабельность производства тепло� вой энергии снизится с 8 до 6 %. Проведенный анализ показывает, что отключе� ние отдельных потребителей может как улучшать, так и ухудшать энергетические и экономические характеристики централизованной системы теп� лоснабжения, поэтому принятие соответствующе� го решения должно осуществляться на основании технико�экономических расчетов. 36 ISSN 1562�8965. Проблеми загальної енергетики, 2010, вип. 1(21) Е.Е. НИКИТИН /t i iQ Qβ = ΣΔ Σα /e i iN Qβ = ΣΔ Σα Цена отпускаемой тепловой энергии. Оче� видно, что с уменьшением цены отпускаемой тепловой энергии рентабельность ее производ� ства будет снижаться (табл. 6). Будем называть критической такую цену тепловой энергии, при которой рентабельность ее производства равна нулю. Для рассматриваемой системы и заданных исходных данных (стр. 36) критичес� кая цена составляет 750 грн./Гкал. Если цена отпускаемой тепловой энергии будет ниже критической, то при указанных ценах на при� родный газ и электроэнергию рассматриваемое производство будет убыточным. Цена топлива. Влияние цены природного га� за на рентабельность производства тепловой энергии при фиксированной цене тепловой энергии проиллюстрировано данными табл. 6. Критическая цена природного газа, при кото� рой рентабельность равна нулю, составляет 2600 грн./1000 м3 (при стоимости тепловой энер� гии 750 грн./Гкал). Если цена природного газа 37ISSN 1562�8965. Проблеми загальної енергетики, 2010, вип. 1(21) Моделирование показателей технико�экономической эффективности централизованных систем теплоснабжения Таблиця 3 Показатель Участок тепловой сети 1 2 3 4 5 6 7 Расход, кг/с Длина, м Диаметр, м Удельное падение давления, Па/м Потеря давления, Па Толщина теплоизоляции, мм Удельные тепловые потери, Вт/м Тепловые потери, кВт Тепловые потери, отнесенные к потребителю 1, кВт Тепловые потери, отнесенные к потребителю 2, кВт Тепловые потери, отнесенные к потребителю 3, кВт Тепловые потери, отнесенные к потребителю 4, кВт 23,87 500 0,176 80 40000 50 98,5 49,3 24,6 9,9 8,6 6,2 11,93 600 0,135 80 48000 45 86,8 50,1 0 20,8 18,2 13,0 7,16 400 0,111 80 32000 45 74,8 29,9 0 0 17,4 12,5 2,98 2000 0,08 80 160000 35 70,2 140,3 0 0 0 140,4 11,93 700 0,102 343 240000 45 70,3 49,2 49,2 0 0 0 4,18 600 0,07 267 160000 45 54,7 32,7 0 0 32,8 0 4,77 400 0,07 480 192000 32 66,5 26,6 0 26,6 0 0 Таблиця 4 Таблиця 5 Таблиця 6 Параметр Значение параметра Цена тепловой энер� гии, грн/Гкал R,% Цена топлива, грн./1000м3 R, % Цена электроэнер� гии, грн./кВт ч R, % λиз, Вт/м К qтр.пот, % R, % ΣQi, кВт L/ΣQi, км/МВт qтр.пот %, qн, % R, % ηк бр , % R, % 600 –19 2000 29 0,20 5 0,03 9 7 2000 2,8 21 0,7 –8 70 –38 700 –6 2600 0 0,40 3 0,05 14 0 2500 2,2 19 0,7 –5 80 –20 750 0 2830 –7 0,70 0 0,07 19 –5 4000 1,4 14 0,7 0 87 –6 800 8 3000 –12 1,00 –2 0,09 23 –10 6000 0,9 11 0,8 5 90 0 900 21 3500 –24 1,40 –5 0,10 25 –13 8000 0,7 9 0,8 7 100* 24 * — при использовании конденсационных котлов Технико�эконо� мический показатель Номер потребителя Показа� тель по системе 1 2 3 4 Qi, кВт Gi, кг/с ΣΔPк(i), кПа ΔNi, кВт ΔQi, кВт βi qтр.пот qн R 2000 11,93 128 4,48 77,34 0,04 — — — 800 4,77 128 1,79 65,63 0,08 — — — 700 4,18 128 1,57 96,86 0,14 — — — — — — — — — — — — 3500 20,88 — 7,83 239,83 0,07 0,11 0,04 0,14 Технико�эконо� мический показатель Номер потребителя Показа� тель по системе 1 2 3 4 Qi, кВт Gi, кг/с ΣΔPк(i), кПа ΔNi, кВт ΔQi, кВт βi qтр.пот qн R 2000 11,93 280 9,79 73,83 0,04 — — — 800 4,77 280 3,92 57,28 0,08 — — — 700 4,18 280 3,43 77,09 0,12 — — — 500 2,98 280 2,45 171,99 0,35 — — — 4000 23,86 — 19,59 380,19 0,10 0,14 0,007 0,08 будет превышать указанную величину, то про� изводство тепловой энергии при фиксирован� ной ее цене станет убыточным. Снижение цены природного газа с 2600 до 2000 грн./1000 м3 (на 23 %) увеличивает рентабельность до 29 %. Это указывает на то, что основным путем по� вышения технико�экономической эффектив� ности систем теплоснабжения является пере� ход на более дешевые виды топлива, в частнос� ти местные виды топлива. Цена электроэнергии. Изменение цены элект� роэнергии оказывает существенно меньшее влияние на рентабельность производства теп� ловой энергии, чем изменение цены топлива. Так, увеличение цены электроэнергии в семь раз (с 0,2 до 1,40 грн./кВт . ч) приводит к сни� жению рентабельности производства тепловой энергии с –5 до 5 %, то есть на 10 % (табл. 6). Это объясняется тем, что затраты электроэнер� гии составляют всего около 2,5 % от первичной энергии топлива, которое затрачивается на про� изводство тепловой энергии. Состояние теплоизоляции трубопроводов. Состояние материала тепловой изоляции тру� бопроводов может существенно изменяться в процессе эксплуатации тепловых сетей, в ре� зультате чего будет увеличиваться коэффици� ент теплопроводности теплоизоляционного ма� териала. Для современных теплоизоляционных материалов можно принять λиз = 0,05 Вт/м К. Из приведенных данных (табл. 6) видно, что ухудшение теплоизоляционных свойств тру� бопроводов в два раза с 0,05 до 0,1 Вт/м К будет приводить к увеличение относительных тепло� вых потерь с 14 до 25 %, при этом рентабель� ность производства тепловой энергии будет снижаться с 0 до –13 %. Плотность расположения тепловых потреби� телей. Суммарная присоединенная мощность тепловых потребителей системы теплоснабже� ния, показанная на рис. 2, составляет 4000 кВт, а общая протяженность тепловых сетей — 5,2 км. Плотность расположения тепловых потребите� лей может быть охарактеризована отношением общей протяженности тепловых сетей к сум� марной присоединенной тепловой мощности. Для рассматриваемой тепловой сети этот показа� тель составляет L/ΣQi = 1,4 км/МВт. Проведем численный эксперимент, который заключается в том, что мощность присоединенных тепловых потребителей будет пропорционально изме� няться в диапазоне от 2 до 8 МВт. При этом про� тяженности отдельных участков остаются неиз� менными, а диаметры этих участков изменяются соответственно с присоединенной тепловой мощностью. Соответствующие изменения тех� нико�экономических характеристик системы теплоснабжения представлены в табл. 6. Из приведенных данных видно, что удельная про� тяженность тепловых сетей оказывает сущест� венное влияние на технико�экономические ха� рактеристики системы теплоснабжения. Так, снижение удельной протяженности от 2,8 до 0,7 км/МВт приводит к снижению удельных тепловых потерь с 21 до 9 % и увеличению рен� табельности с –8 до 7 %. При этом удельные затраты электроэнергии на транспортировку теплоносителя практически не изменяются. Критическая удельная протяженность тепло� вых сетей, при которой рентабельность произ� водства тепловой энергии при существующих ценах на природный газ и электроэнергию (см. исходные данные на стр. 36) близка к нулю, со� ставляет около 1,4 км/МВт. КПД теплового источника. Как видно из при� веденных данных (табл.6), КПД теплового ис� точника оказывает существенное влияние на рентабельность производства тепловой энер� гии. Снижение КПД на 10 % с 90 до 80 % приво� дит к снижению рентабельности производства тепловой энергии с 0 до –20 %, то есть на 20 %. Для рассматриваемой тепловой сети (рис. 2) при существующих ценах на природный газ и электроэнергию (см. исходные данные на стр. 36) критическое значение КПД теплового ис� точника, при котором рентабельность произво� дства тепловой энергии близка к нулю, состав� ляет 90 %. Разработанная технико�экономическая мо� дель позволяет оценить влияние и других фак� торов на показатели энергетической и эконо� мической эффективности тепловой сети, а именно: длины отдельных участков и их диа� метры, КПД насосной установки, среднегодо� вая температура наружного воздуха, „недото� пы” и „перетопы” у тепловых потребителей, теплотворная способность топлива, коэффици� ент дополнительных затрат. ВЫВОДЫ 1. Разработана методика и выполнено рас� четное исследование взаимосвязи между по� казателями экономической, энергетической 38 ISSN 1562�8965. Проблеми загальної енергетики, 2010, вип. 1(21) Е.Е. НИКИТИН 39ISSN 1562�8965. Проблеми загальної енергетики, 2010, вип. 1(21) Моделирование показателей технико�экономической эффективности централизованных систем теплоснабжения эффективности, ценами на энергоресурсы, конструктивными и эксплуатационными ха� рактеристиками централизованных систем теплоснабжения с водогрейными котлами, ра� ботающими на природном газе. 2. На примере простейшей системы тепло� снабжения выполнено численное моделирова� ние влияния таких факторов, как отключение отдельных тепловых потребителей от сети, це� ны топлива, электроэнергии и отпускаемой тепловой энергии, величины тепловых потерь в сетях, удельной протяженности тепловых се� тей и КПД теплового источника на показатели энергетической эффективности и рентабель� ность производства тепловой энергии. Вычис� лены критические значения влияющих пара� метров, при которых обеспечивается нулевой уровень рентабельности производства тепло� вой энергии при существующих ценах на при� родный газ и электрическую энергию. 3. Результаты исследования могут быть ис� пользованы для проведения технико�экономи� ческого и финансового анализа различных ва� риантов систем теплоснабжения. 1. Євтухова Т.О., Симборський А.І. Сучасний стан ко� мунальної енергетики України / Проблеми загаль� ної енергетики. — 2008. — № 17. — С. 31—36. 2. Математическое моделирование и оптимизация систем тепло�, водо�, нефте� и газоснабжения / Ме� ренков А.П., Сеннова Е.В., Сумароков С.В., Сидлер В.Г; Отв. ред. А.П. Меренков; Рос. АН. Сиб. отд�ние. Сиб. энерг. ин�т им. Л.А. Мелентьева. — Новоси� бирск: Наука, 1992. — 406 с. 3. Исследование систем теплоснабжения / Попырин Л.С., Светлов К.С., Беляева Г.М. и др. — М.: Наука, 1989. — 215 с. 4. Богуславский Л.Д., Симонова А.А., Митин М.Ф. Эко� номика теплогазоснабжения и вентиляции: Учебн. для вузов / 3�е изд., перераб и доп.— М.: Стройиз� дат, 1988.— 351 с. 5. Кулик М.М., Кобрін П.П. Основні напрями діяль� ності у сфері підвищення енергетичної ефектив� ності / Проблеми загальної енергетики. — 2007. — № 16. — С. 7—10. 6. Новосельцев О.В., Євтухова Т.О. Концептуальні заса� ди, метод и модель системного регулювання цін і та� рифів на енергоємні ресурси, продукти та послуги. / Проблеми загальної енергетики.— 2007. — № 16.— С. 21—27. 7. Водяные тепловые сети: Справочное пособие по проектированию / Беляйкина И.В., Витальев В.П., Громов Н.К. и др.: Под. ред. Н.К. Громова, Е.П. Шу� бина. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 376 с.
id	systemreorg-article-382
institution	System Research in Energy
keywords_txt_mv	keywords
language	Ukrainian
last_indexed	2026-07-19T01:12:00Z
publishDate	2010
publisher	General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
record_format	ojs
resource_txt_mv	systemreorg/3c/1a83cd381e787d48ed754f178776d23c.pdf
spelling	systemreorg-article-3822026-07-18T12:57:38Z Simulation of technical and economical efficiency indices for central directed heat supply systems with hot water boilers Моделювання показників техніко-економічної ефективності централізованих систем теплопостачання з водогрійними котлами Nikitin E.E. technical and economical efficiency of central directed heat supply systems. техніко-економічна ефективність централізованих систем теплопостачання. It is observed that baseline conditions of municipal energetics are described by a variety of problems, the main of which are permanent rise in prices for natural gas, significant out- dating and low level of energy efficiency of the equipment, unsatisfactory quality of heat supply services, and also disconnection of individual consumers from the central directed heat supply systems.The analysis of work on technical and economical efficiency of heat supply systems was carried out. This analysis in particular showed that one of key issues is formation of fair pricing for energy resources.On the basis of the consideration of energy balance and thermohydraulic design of the central directed heat supply systems with hot water boilers running on natural gas, the methodology of correlation assessment between indices of economical and energy efficiency, prices for energy resources, engineering data and operational performance was developed.By the example of a simple heat supply system a numerical simulation of the impact of such factors as disconnection of individual heat consumers from a network, price for fuel, electric power and delivered heat energy, value of heat losses in the networks, specific length of heat networks and heat source efficiency for the indices of energy efficiency and profitability of heat energy generation was carried out. Critical values of influencing variables, which provide zero level of profitability of heat energy generation under existing prices for natural gas and electric power, were calculated.The results of the investigation can be used for carrying out technical, economical and financial analysis of different options for heat supply systems. Слід відзначити, що сучасний стан комунальної енергетики характеризується низкою проблем, головними з яких є безперервний ріст цін на природний газ, значний фізичний знос та низький рівень енергетичної ефективності обладнання, незадовільна якість послуг теплопостачання, а також відключення окремих споживачів від централізованих теплових мереж.Виконано аналіз робіт з питання техніко-економічної ефективності систем теплопостачання, в якому відзначається, зокрема, що одним з ключових питань є встановлення справедливих цін на енергоресурси.На підставі розглядання енергетичного балансу та теплогідравлічного розрахунку централізованих систем теплопостачання з водогрійними котлами, що працюють на природному газі, розроблено методику оцінки взаємозв'язку між показниками економічної, енергетичної ефективності, цінами на енергоресурси, конструктивними та експлуатаційними характеристиками.На прикладі найпростішої системи теплопостачання виконано чисельне моделювання впливу таких факторів, як відключення окремих теплових споживачів від мережі, вартість палива, електроенергії та теплової енергії, що відпускається, величини теплових втрат у мережах, питомої довжини теплових мереж та ККД теплового джерела на показники енергетичної ефективності та рентабельність виробництва теплової енергії. Обчислені критичні значення параметрів, що впливають, при яких забезпечується нульовий рівень рентабельності виробництва теплової енергії за існуючої вартості на природний газ та електричну енергію.Результати дослідження можуть бути використані для проведення техніко-економічного та фінансового аналізу різних варіантів систем теплопостачання. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2010-03-18 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/382 System Research in Energy; No. 1 (21) (2010): The Problems of General Energy; 32-39 Системні дослідження в енергетиці; № 1 (21) (2010): Проблеми загальної енергетики; 32-39 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/382/326 Copyright (c) 2010 Nikitin E.E. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0
spellingShingle	technical and economical efficiency of central directed heat supply systems. Nikitin E.E. Simulation of technical and economical efficiency indices for central directed heat supply systems with hot water boilers
title	Simulation of technical and economical efficiency indices for central directed heat supply systems with hot water boilers
title_alt	Моделювання показників техніко-економічної ефективності централізованих систем теплопостачання з водогрійними котлами
title_full	Simulation of technical and economical efficiency indices for central directed heat supply systems with hot water boilers
title_fullStr	Simulation of technical and economical efficiency indices for central directed heat supply systems with hot water boilers
title_full_unstemmed	Simulation of technical and economical efficiency indices for central directed heat supply systems with hot water boilers
title_short	Simulation of technical and economical efficiency indices for central directed heat supply systems with hot water boilers
title_sort	simulation of technical and economical efficiency indices for central directed heat supply systems with hot water boilers
topic	technical and economical efficiency of central directed heat supply systems.
topic_facet	technical and economical efficiency of central directed heat supply systems. техніко-економічна ефективність централізованих систем теплопостачання.
url	https://systemre.org/index.php/journal/article/view/382
work_keys_str_mv	AT nikitinee simulationoftechnicalandeconomicalefficiencyindicesforcentraldirectedheatsupplysystemswithhotwaterboilers AT nikitinee modelûvannâpokaznikívtehníkoekonomíčnoíefektivnostícentralízovanihsistemteplopostačannâzvodogríjnimikotlami

Simulation of technical and economical efficiency indices for central directed heat supply systems with hot water boilers

Репозитарії

Схожі ресурси