Estimation of the efficiency of thermal energy production by heat pump stations on the basis of heat of low-temperature groundwater according to the methodology of full energy costs
Heat pump station (HPS) as a source of heat supply for district heating system is considered as an alternative to heating boilers on fossil fuels (mainly on natural gas). One of the promising areas of application of powerful HPS, which currently is being studied actively, is their use as consumers-r...
Збережено в:
| Дата: | 2020 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
2020
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/761 |
| 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_ | 1871104270987689984 |
|---|---|
| author | Bilodid V.D. Stanytsina V.V. |
| author_facet | Bilodid V.D. Stanytsina V.V. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Bilodid V.D.",
"institution": null
},
{
"author": "Stanytsina V.V.",
"institution": null
}
] |
| author_sort | Bilodid V.D. |
| baseUrl_str | https://systemre.org/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T12:57:46Z |
| description | Heat pump station (HPS) as a source of heat supply for district heating system is considered as an alternative to heating boilers on fossil fuels (mainly on natural gas). One of the promising areas of application of powerful HPS, which currently is being studied actively, is their use as consumers-regulators in the control of electrical load in power systems. In this article, we consider groundwater (deep-well water), which lies at a shallow depth and has stable parameters throughout a year, as a source of low-potential heat. On the territory of Ukraine, there are regions with sufficient groundwater reserves that can be used as a source of low-potential heat for HPS.We carried out calculation of the energy consumption for construction, operation and liquidation of HPS on the example of HPS project with an installed heat capacity of 9 MW, consisting of 3 heat pumps with a capacity of 1.9 MW each and a peak gas boiler with a capacity of 3.2 MW, with regard for a typical schedule of heat loads under conditions of Kyiv.The efficiency of such HPS was determined by the method of estimating the total energy costs by comparing the obtained characteristics with similar characteristics of a gas boiler house of the same capacity.We determined energy consumption for the creation of all elements of HPS and its construction: heat pump and other equipment, station building, drilling and arrangement of wells, pipelines, and peak gas boiler. Energy consumption for the creation and operation of an autonomous gas boiler house of the same capacity was calculated. The reduction of energy consumption for the creation of HPS due to the use of polyethylene-propylene pipes instead of steel is determined.The comparison of energy consumption shows that the creation and operation of HPS on deep-well water with a peak boiler house during the first year of operation compensates the energy consumption for its creation and ensures further energy saving. Operation of such HPS with the use of deep-well water will provide an almost fourfold energy saving as compared with an autonomous boiler house. |
| doi_str_mv | 10.15407/pge2020.03.046 |
| first_indexed | 2026-03-24T02:02:56Z |
| format | Article |
| fulltext |
46
В.Д. БІЛОДІД, В.В. СТАНИЦІНА
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2020, issue 3(62)
Модернізовану (порівняно з ДСТУ 3682-98)
методику визначення енергетичної ефективнос-
ті вироблення електроенергії енергетичними
об’єктами за методологією повних енергетич-
них витрат опубліковано в роботі [1]. За цією
ж методологією можна визначати і енергетич-
ну ефективність вироблення теплової енергії. Її
суть полягає в тому, що на першому етапі ви-
значаються повні енергетичні витрати для усіх
стадій життєвого циклу енергоустановки. Ви-
значаються оціночні результати роботи енер-
гоустановки за весь період її експлуатації, об-
числюється корисний енергетичний ефект від її
роботи за формулою:
1 1
,
i j
n m
kor b e ut
i j
E E E E E
(1)
де Е – сумарна кількість енергії, що виробляєть-
ся енергоустановкою за весь термін її існування
te років та передається на споживання, Дж; j – ко-
ефіцієнт розширеного відтворення енергетично-
го виробництва (може набувати значень від 1,05
до 2 і більше залежно від заданих умов);
ibE – су-
марні витрати енергії на створення і-го елемен-
та енергоустановки, Дж; n – кількість елементів
установки, шт.;
jeE – затрати енергії на експлуа-
тацію j-ї статті витрат установки впродовж te ро-
ків її існування (повернення кредитів, ремонти,
комплектуючі, заробітна плата персоналу, оплата
податків та інших витрат, пов’язаних з функціо-
нуванням та обслуговуванням установки, тощо),
Дж; Eut – затрати енергії на ліквідацію енергоус-
тановки та утилізацію залишків після закінчення
терміну її експлуатації, Дж.
На другому етапі визначаються коефіцієнт
ефективності технології (установки) k, фізична
суть якого полягає у тому, наскільки кількість
енергії, що виробляється установкою, перевищує
затрати енергії на створення, функціонування та
ліквідацію технології (установки):
,
kor
E
E E
(2)
а також коефіцієнтом енерговіддачі we технології
(енергоустановки), який за своєю суттю є анало-
гом ККД установки:
ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИРОБНИЦТВА
ТА ВИКОРИСТАННЯ ЕНЕРГЕТИЧНИХ РЕСУРСІВ
ISSN 2522-4344 (Online), ISSN 1562-8965 (Print). The problems of general energy, 2020, 3(62): 46–52
doi: https://doi.org/10.15407/pge2020.03.046
УДК 620.92 В.Д. БІЛОДІД , канд. техн. наук, ст. наук. співр.,
В.В. СТАНИЦІНА, канд. техн. наук
Інститут загальної енергетики НАН України, вул. Антоновича, 172, м. Київ, 03150, Україна
ОЦІНКА ЕФЕКТИВНОСТІ ВИРОБЛЕННЯ ТЕПЛОВОЇ ЕНЕРГІЇ ТЕПЛОНАСОСНИМИ
СТАНЦІЯМИ НА ОСНОВІ ТЕПЛОТИ НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНИХ ПІДЗЕМНИХ ВОД
ЗА МЕТОДОЛОГІЄЮ ПОВНИХ ЕНЕРГЕТИЧНИХ ВИТРАТ
Визначено ефективність використання теплоти, вилученої з низькотемператур-
них підземних (артезіанських) вод із застосуванням теплонасосних установок
у системах теплопостачання. У якості об’єкта вивчення взято проект теплона-
сосної станції (ТНС) потужністю 9 МВт, яка включає 3 теплонасосні установки
потужністю 1,9 МВт кожна та піковий водогрійний котел потужністю 3,2 МВт.
Ефективність такої ТНС визначалася за методологію оцінки повних енергетич-
них витрат з порівнянням отриманих показників з аналогічними показниками га-
зової котельні такої ж потужності. Показано, що енергетична ефективність ТНС
вища, ніж газової котельні, що доводить доцільність широкого впровадження
таких систем у комунальній енергетиці України практично на всій її території.
К л ю ч о в і с л о в а: енерговитрати, порівняльний аналіз, теплонасосні систе-
ми, артезіанські підземні води, автономна котельня, теплопостачання.
© В.Д. БІЛОДІД, В.В. СТАНИЦІНА, 2020
47
Оцінка ефективності вироблення теплової енергії теплонасосними станціями на основі теплоти
низькотемпературних підземних вод за методологією повних енергетичних витрат
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2020, issue 3(62)
.kor
e
E
E
(3)
Результати розрахунків за цією методологією
щодо ефективності роботи теплонасосних стан-
цій (ТНС) у літературі відсутні.
Разом з тим відомо, що забезпечення потреб у
тепловій енергії з використанням теплових насо-
сів (ТН) – основного технологічного обладнання
ТНС, забезпечує економію первинного палива, та
дозволяє зменшити забруднення навколишнього
середовища, особливо у місцях безпосереднього
їх використання [2, 3].
Одним із перспективних напрямів застосу-
вання потужних ТНС, який сьогодні активно до-
сліджується, є використання їх як споживачів-ре-
гуляторів при регулюванні електричного наван-
таження електроенергетичних систем. Як було
показано в роботах [4–6], використання елек-
тричних теплогенераторів (ЕТГ) на основі елек-
трокотлів та ТН у системах централізованого
теплопостачання (СЦТ) дозволяє суттєво підви-
щити якість процесів та забезпечує економічні та
екологічні вигоди. У процесі регулювання елек-
тричних навантажень за допомогою ЕТГ баланс
виробництва та споживання електроенергії буде
підтримуватися диспетчером ЕС. Забезпечувати
тепловий баланс в СЦТ міст України будуть їх
диспетчери, виходячи із температурних графіків
та наявності надлишку теплової енергії, яку ви-
робили ЕТГ.
ТНС як елемент (джерело) постачання тепло-
вої енергії СЦТ розглядається як альтернатива
опалювальним котельням на органічному паливі
(переважно на природному газі).
Потужні ТНC вимагають наявності потужних
джерел низькопотенційної теплоти (ДНТ), в якос-
ті яких можуть використовуватись вторинні енер-
горесурси (техногенні скиди теплоти), поверхневі
води (ріки, озера, моря), повітря, теплота ґрунту,
підземні води, в т.ч. термальні. У цій статті об-
межимося розглядом лише підземних артезіан-
ських вод, які залягають на невеликій глибині та
мають стабільні параметри впродовж року.
На території України існують регіони із до-
статніми запасами підземних вод, які можуть бути
використані в якості ДНТ для ТНС [7]. Тому акту-
альним є аналіз енергетичної ефективності ство-
рення теплонасосних станцій на їх основі, тепло-
ва енергія від яких використовуватиметься в СЦТ.
Розрахунок енерговитрат на будівництво,
експлуатацію та ліквідацію ТНС проведено на
прикладі проекту ТНС встановленою тепловою
потужністю 9 МВт у складі: 3-х теплових насо-
сів (ТН) потужністю 1,932 МВт кожен та пікового
котла потужністю в 3,2 МВт [7]. Принципова схе-
ма такої ТНС приведена на рис. 1.
Рис. 1. Принципова теплова схема комбінованої ТНС
з використанням низькотемпературних підземних вод [7]
48
В.Д. БІЛОДІД, В.В. СТАНИЦІНА
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2020, issue 3(62)
Виходячи з типового графіку теплових наван-
тажень такої ТНС, наприклад для умов м. Києва
(рис. 2), річна кількість теплоти, що буде відпуще-
на споживачам від ТНС складе: за опалювальний
сезон – 33,83 ГВт‧год, в т.ч. від ТН – 32,6 ГВт‧год,
від пікового котла – 1,23 ГВт‧год.
При розрахунках використано дані, наведені у
табл. 1.
Річні витрати електроенергії на привід комп-
ресорів ТН та інших механізмів для власних по-
треб ТНС (відкачування води з свердловин та її
повернення назад в пласти, подача нагрітої води
в теплову мережу СЦТ, робота інших механіз-
мів та приладів ТНС) складатимуть приблизно
8,5 ГВт‧год, в т.ч.:
привід компресорів ТН (літній режим
4272 год) – 1,9 ГВт‧год;
привід компресорів ТН (зимовий режим
4488 год) – 6,5 ГВт‧год;
робота іншого обладнання – 0,1 ГВт‧год.
Свердловина, як правило, складається з: об-
садних труб, які ззовні цементуються, фільтра,
зануреного насоса, обладнання оголовку сверд-
ловини (електродвигун, електрообладнання,
контрольно-вимірювальна апаратура тощо)
[11]. На оголовку артезіанської свердловини
встановлюють кесон (металевий або залізобе-
тонний герметичний бак висотою близько 2 ме-
трів, у якому розміщується сам оголовок сверд-
ловини з необхідним обладнанням). Нижня
межа кесона знаходиться нижче рівня промер-
зання ґрунту. У свердловині на трос кріпить-
ся занурений насос. У кесоні прокладається
електричний кабель до насоса, встановлюється
інше обладнання: реле тиску, гідроакумулятор,
запірна арматура, зворотний клапан тощо. Схе-
ми типових свердловин та їх оголовків зобра-
жені на рис. 3 та 4 [12].
Рис. 2. Графік теплових навантажень ТНС (типовий для умов м. Києва) [7]
Таблиця 1. Вихідні дані та прийняті значення для ТНС
Загальні дані
Повна металургійна енергоємність прокату, кг у.п./т [8] 1262,8
Питома енергоємність виробництва труб [9], кг у.п/т 128,7
Середня енергоємність залізобетону зі щільністю 2200 кг/м3 [10], ГДж/м3 20
Витрата електроенергії на виробництво теплової енергії у котельних, кВт‧год/Гкал [9] 31,2
Діаметр свердловин, мм 168
Дебет свердловини, м3/год 100
Глибина артезіанської свердловини, м 150
Питома маса стальної труби діаметром 168 мм, кг/м.п. [11], 28,7
Питома маса поліпропіленової труби, кг/м.п. [7] 7,06
Енергоємність поліпропілену для виготовлення труб для трубопроводу, кг у.п./т [7] 250
49
Оцінка ефективності вироблення теплової енергії теплонасосними станціями на основі теплоти
низькотемпературних підземних вод за методологією повних енергетичних витрат
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2020, issue 3(62)
В якості обсадних труб свердловин вико-
ристовують безшовні стальні труби, товщина
стінки яких залежить від діаметру труби і ко-
ливається від 6 до 12 мм. Діаметри промисло-
вих артезіанських свердловини складають від
120 до 600 мм, а їх дебіти від 70 до 100 м3/год.
Можливі глибини артезіанських свердловин від
30 до 300 м [7, 11, 13]. Дані прийнятні для цього
дослідження: діаметр свердловин 16 8 мм, дебіт
100 м3/год, глибина 150 м.
Енерговитрати на буріння та облаштуван-
ня свердловин. У розрахунках було прийнято, що
свердловини буряться у вапняках. На буріння
свердловин у вапняках витрачається ~30 кВт∙год/
м.п. [7]. Т.ч, при прийнятих характеристиках
свердловин, прямі витрати енергії на буріння од-
нієї свердловини становитимуть 4,5 тис. кВт‧год
або 16,2 ГДж.
Якщо в якості обсадних труб свердловин ви-
користовувати стальні труби зі сталі Ст.20, су-
цільнотягнуті, безшовні, діаметром 168 мм зі
стінкою товщиною 7 мм, з різьбовим або звар-
ним з’єднанням, однакового діаметру по всій
довжині свердловини, їх маса складе 4,3 тони
на 1 свердловину. Енергоємність виробництва
труб складається з питомих енерговитрат на
виробництво труб та повної металургійної
енергоємності прокату (табл. 1), тобто 128,7 +
1262,8 = 1391,5 кг у.п/т. Т.ч., енергетичні ви-
трати на труби для 1 свердловини будуть рів-
ними 175,5 ГДж.
При бурінні свердловини з обсадними тру-
бами 168 мм долотом діаметром 190 мм, згідно
таблиці з довідника [14] на цементування ви-
трачається 7 кг сухого цементу, на 1 м.п. Т.ч.,
на цементування свердловини буде витрачено
приблизно 1 т цементу. Якщо для цементування
використовується портландцемент марки 400,
на виробництво якого витрачається 298 кг у.п./т
[7], енергетичні витрати на цементування однієї
свердловини з урахуванням витрат на інші ком-
поненти (пісок, різні добавки тощо) складуть
~12 ГДж.
У розрахунках прийнято, що інше обладнан-
ня свердловини за масою складає до 10% від
маси обсадних труб (тобто 430 кг). Дані щодо
енергоємності окремих видів промислової про-
дукції та робіт не відомі. Разом з тим у стан-
Рис. 3. Схема артезіанської свердловини Рис. 4. Схема оголовку свердловини
50
В.Д. БІЛОДІД, В.В. СТАНИЦІНА
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2020, issue 3(62)
дарті РФ [15] дається показник енергоємності
продукції машинобудування, який розрахова-
ний наскрізним методом з урахуванням енер-
гоємності попередніх виробництв, та складає
144 МДж/кг продукції. Скориставшись наведе-
ним вище показником (прийнявши, що в укра-
їнській промисловості він має таке ж значення),
визначимо енергоємність іншого обладнання
свердловини в обсязі ~62 ГДж.
Таким чином, на буріння та облаштування од-
нієї свердловини необхідно буде витратити до
265,7 ГДж.
Якщо теплова потужність одного ТН QTN =
1,932 МВт, COP 3,5, різниця температур води, що
добувається із свердловин і повертається в пласт
T =10 оС, необхідна об’ємна витрата води ста-
новитиме L=120 м3/год. Тоді для роботи ТНС по-
тужністю ~5,8 МВт необхідно ~360 м3/год, тобто
4 свердловини з продуктивністю ~90 м3/год. Для
зворотного закачування води в пласт необхідно
буде мати ще 3 свердловини. Для безперебійної
роботи ТНС необхідно передбачити 2 резервні
свердловини. Тобто, для забезпечення роботи
ТНС прийнятої потужності необхідно побудува-
ти 9 свердловин (~2,4 ТДж). З урахуванням ви-
трат енергії на трубопроводи обв’язки свердло-
вин, на трубопроводи подачі води до ТНС та на
її повернення (всього за оцінками це складатиме
2 км трубопроводів з середнім діаметром 200
мм), прямі енергетичні витрати на будівництво
промислу для забезпечення ТНС у ДНТ будуть
на рівні ~4,7 ТДж.
Енерговитрати, уречевлені в теплових насосах.
Модель ТН WW-1932-D-ST, потужністю 1932 кВт
має загальну масу 7780 кг. За показником енер-
гоємності машинобудівної продукції [15] в
144 МДж/кг повні енергетичні витрати на
створення ТН дорівнюватимуть 1,12 ТДж, або
3,36 ТДж в усі 3 ТН. Приймаємо також, що енер-
говитрати, уречевлені в іншому обладнанні ТНС,
складатимуть 50% від витрат на ТН, і тоді по-
вні енерговитрати на створення обладнання ТНС
складуть ~5 ТДж.
Енерговитрати, уречевлені в будівлі ТНС.
Для встановлення 3 ТН потужністю 1,932 МВт
кожен та пікового газового котла потужністю
3,2 МВт необхідне приміщення площею до
10 тис. м3. За розрахунками на будівництво тако-
го приміщення необхідно до 750 м3 залізобетону.
При енергоємності залізобетону 20 ГДж/м3, по-
вні енергетичні витрати, уречевлені у будівлях
ТНС, складуть 15 ТДж.
Енерговитрати, уречевлені в піковому котлі.
Для розрахунку взято модель котла «Dynatherm
3200» компанії «Wolf» (Німеччина), потужністю
3,2 МВт з масою 8,2 т. Приймемо, що маса іншого
допоміжного обладнання котла вдвічі меншу, тоб-
то 4,1 т.
Т.ч., з використанням показника в 144 МДж/кг,
повні енергетичні витрати на створення облад-
нання пікового котла дорівнюють 1,8 ТДж.
Сумарні витрати в будівництво ТНС
Приймемо, що на будівельно-монтажні ро-
боти було витрачено енергії в кількості 20%
від повних енергетичних витрат, уречевлених
в обладнанні та будівельних матеріалах. Тоді
повні енергетичні витрати на створення ТНС
на артезіанських водах складуть 1,2 (4,7 + 5 +
+ 15 + 1,8) = 31,8 ТДж.
Експлуатаційні витрати
Згідно графіка теплових навантажень
(рис. 2), 1,23 ГВт∙год теплоенергії виробля-
тиметься піковим газовим котлом, решта
32,6 ГВт∙год – ТН.
Приймемо, що температура води зі свердло-
вини складає 15 ˚С, температура Tk = 75 ˚С, тоді
опалювальний коефіцієнт ТН буде СОР ≈ 3,5.
На виробництво теплоти ТН у кількості
32,6 ГВт∙год теплової енергії необхідно витра-
тити 32,6/3,5 = 9,31 ГВт∙год або 33,53 ТДж елек-
тричної енергії.
Якщо для викачування води зі свердловин ви-
користовуються насоси з потужністю 10 кВт, для
забезпечення роботи ТНС на викачування арте-
зіанської води необхідно буде витратити при-
близно 163 МВт∙год. Після ТН вода закачується
у свердловини, на що витрачається на 20% елек-
троенергії більше, тобто 196 МВт∙год. Від сверд-
ловин вода подається циркуляційними насосами
потужністю 15 кВт до ТН, на роботу яких витра-
чається 245 МВт∙год. Всього на роботу всіх на-
сосів витрачатиметься 603 МВт∙год або 2,17 ТДж
електроенергії.
Газовий котел «Dynatherm 3200», згідно його
паспортних даних, на максимальній потужності
споживає 347 м3/год природного газу (108,4 м3/
(МВт∙год)). Тоді на виробництво 1,23 ГВт∙год те-
плової енергії буде витрачено 133,3 тис м3 газу,
або ~5,1 ТДж (при теплотворній здатності газу
38,2 МДж/м3).
На видобування та транспортування цієї кіль-
кості природного газу витрачаються паливо, елек-
трична та теплова енергія. Приймемо, що газ від
родовища транспортується на відстань 200 км,
тоді на видобування та транспортування 1000 м3
природного газу витрачається 19,35 кг у.п. [9].
На видобування та транспортування потрібного
газу для роботи пікового котла буде витрачено
2,58 т у.п. або 75,6 ГДж.
Згідно [9] витрата електроенергії на вироб-
ництво теплоти у котельнях склала 31,2 кВт∙год/
Гкал. Піковий котел виробить за рік 1230∙0,86 =
51
Оцінка ефективності вироблення теплової енергії теплонасосними станціями на основі теплоти
низькотемпературних підземних вод за методологією повних енергетичних витрат
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2020, issue 3(62)
= 1057,8 Гкал. Т.ч. за рік для роботи котла необ-
хідно 33,0 МВт∙год або 118,8 ГДж електроенергії.
Отже, експлуатаційні витрати на ТНС (разом
з піковим котлом) складуть 41 ТДж за рік. Ви-
трати на проведення капітальних та поточних
ремонтів за весь термін експлуатації (30 років)
оцінено як 50% від повних енергетичних ви-
трат на створення ТНС, тобто 15,9 ТДж. Загаль-
ні енерговитрати на створення та експлуатацію
ТНС при роботі на артезіанських водах про-
тягом 30 років складуть 41·30 + 31,8 + 15,9 =
= 1277,7 ТДж.
Енерговитрати на створення і експлуатацію
автономної газової котельні.
Для порівняння показників ТНС з показни-
ками котельні на природному газі використає-
мо дані прийнятого вище типу пікового котла
для ТНС. Для такої котельні, яка забезпечить
покриття графіка навантажень за рис. 2 потріб-
но передбачити встановлення 4-х таких котлів
(1 резервний), тобто потужність котельні буде
12,8 МВт. Приміщення для такої котельні буде
таким же, як для ТНС.
Зведені дані розрахунків повної енергоємності
спорудження ТНС та автономної газової котельні
представлено в табл. 2.
Оптимізація параметрів ТНС на підземних
водах
Враховуючи широке розповсюдження, осо-
бливо за кордоном, застосування поліетилен/
пропіленових труб замість сталевих, було зро-
блено розрахунок ТНС у припущенні заміни
сталевих трубопроводів на пластикові (поліети-
ленові, пропіленові). Розрахунок робився у при-
пущенні що енергоємність пластикових труб
дорівнює 250 кг у.п./т. За такої заміни енергови-
трати лише основних виробничих фондів змен-
шуються на 13%.
ВИСНОВКИ
З використанням методології повних енерге-
тичних витрат досліджено визначення ефектив-
ності використання теплоти, вилученої з низь-
котемпературних підземних (артезіанських)
вод із застосуванням теплонасосних установок
у системах теплопостачання. На прикладі про-
екту теплонасосної станції потужністю 9 МВт,
яка включає 3 теплонасосні установки потуж-
ністю 1,9 МВт кожна та піковий водогрійний
котел потужністю 3,2 МВт показано, що її енер-
гетична ефективність вища, ніж газової котель-
ні такої ж потужності.
Таблиця 2. Повні енергетичні витрати на створення та експлуатацію котельної та ТНС
на артезіанських водах, ТДж
Статті витрат
ТНС + пікова котельня Котельня
Витрати за 1
рік
Витрати за 30
років
Витрати за
1 рік
Витрати за 30
років
Енергоємність ОВФ: 31,8 31,8 29,5 29,5
- свердловин (з бурінням) та трубопроводів 4,7 - - -
- ТН та ін. обладнання 5 - - -
- піковий котел 1,8
- будівля 15 - 15 -
- обладнання котельної - - 9,6 -
- будівельно-монтажні роботи 5,3 - 4,9 -
Експлуатаційні витрати: 41 1246,9 152 4574,7
- електроенергія на роботу ТН 33,53 1006 - -
- електроенергія на роботу насосів 2,17 65,1 - -
- природний газ (у котельній) 5,1 153 140,2 4206
- ПЕР на видобування та транспортування газу
для котельної 0,08 2,4 2,1 63
- електроенергія на виробництво теплоенергії у
котельній 0,12 3,6 9,7 291
- ремонти - 15,9 - 14,7
Всі витрати 72,8 1277,7 183 4604,2
52
В.Д. БІЛОДІД, В.В. СТАНИЦІНА
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2020, issue 3(62)
Порівняння енерговитрат показує, що створен-
ня і експлуатація ТНС на артезіанських водах з
піковою котельнею протягом першого ж року екс-
плуатації компенсує необхідні енерговитрати і в
подальшому забезпечується їх економія.
За наведених умов, експлуатація ТНС з вико-
ристанням артезіанських вод забезпечить майже
чотирикратну економію енергії у порівнянні з ав-
тономною котельною.
1. Білодід В.Д. Повні енергетичні витрати на
електроенергію, що виробляється енергетичними
об’єктами. Проблеми загальної енергетики. 2017.
Вип. 3(50). С. 23—32. https://doi.org/10.15407/
pge2017.03.023
2. Zogg M. History of Heat Pumps. Swiss
Contributions and International Milestones. – Oberburg,
Switzerland: Process and Energy Engineering (CH-3414).
2008. 114 p.
3. Биндеман Н.Н., Язвин Л.С. Оценка эксплуатаци-
онных запасов подземных вод. М.: Недра. 1970. 216 с.
4. Кулик М.М. Співставний аналіз техніко-еконо-
мічних характеристик Канівської ГАЕС та комплексу
споживачів-регуляторів для покриття графіків елек-
тричних навантажень. Проблеми загальної енергетики.
2014. Вип. 4(39). С. 5—10.
5. Кулик М.М. Техніко-економічні аспекти вико-
ристання споживачів-регуляторів у системах автома-
тичного регулювання частотою і потужністю. Пробле-
ми загальної енергетики. 2015. Вип. 1(40). С. 20—28.
https://doi.org/10.15407/pge2015.01.039
6. Білодід В.Д., Ленчевський Є.А. Моделювання
взаємодії комплексу споживачів-регуляторів на осно-
ві електричних теплогенераторів в системах тепло-
постачання в процесах ущільнення графіків наванта-
жень електроенергетичних систем. Проблеми загаль-
ної енергетики. 2017. Вип. 4(51). С. 33—39. https://
doi.org/10.15407/pge2017.04.033
7. Дослідження територіальної структури та до-
цільних обсягів будівництва теплонасосних станцій на
низькотемпературних підземних та термальних водах:
звіт про НДР (заключн.): «ТЕРМАЛЬ» / Інститут за-
гальної енергетики НАН України; кер. Білодід В.Д. К.,
2012. 187 с. – ДР№ 0110U002010. – ДО№ 0213U003249.
8. Сталинский Д.В., Каневский А.Л., Литвиненко В.Г.
Энергоемкость производства продукции на мета-
ллургических предприятиях Украины. Сталь. 2010.
№ 4. С. 126—129.
9. Звіт про використання палива, теплоенергії та
електроенергії за 2010 рік. Форма державної статис-
тичної звітності України 11 МТП за 2010 р.
10. Білодід В.Д. Визначення ефективності виро-
блення електричної енергії атомними електростанція-
ми за методологією повних енергетичних витрат. Час-
тина 1. Витрати енергії на будівництво. Проблеми за-
гальної енергетики. 2018. Вип. 2(53). С. 36—44. https://
doi.org/10.15407/pge2018.02.036.
11. Шестеров В.П. Сооружение, эксплуатация и ремонт
водозаборных скважин: учебное пособие. Томск: Изд-во
Томского политехническо го университета, 2010. 208 с.
12. Устройство артезианской скважины. URL: http://
www.skvajina.com/artezian/ustroystvo.html (дата звер-
нення: 28.07.2020 р.)
13. Скважины большого диаметра / Сайт компанії
ООО «Геос». URL: http://geos2005.ru/blog/skvazhiny-
bolshogo-diametra.html (дата звернення: 28.07.2020 р.)
14. Краткий справочник по проектированию и буре-
нию скважин на воду / Рецензент д-р техн. наук А.С.
Белицкий (Институт биофизики Минздрава СССР). 2-е
изд. М.: Недра, 1983.
15. ГОСТ Р 51750–2001 Энергосбережение. Ме-
тодика определения энергоемкости при производ-
стве продукции и оказании услуг в технологических
энергетических системах. Общие положення.
Надійшла до редколегії: 05.08.2020
|
| id | systemreorg-article-761 |
| institution | System Research in Energy |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:21:26Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | systemreorg/0f/9419176c3464c811785aad77ca75790f.pdf |
| spelling | systemreorg-article-7612026-07-18T12:57:46Z Estimation of the efficiency of thermal energy production by heat pump stations on the basis of heat of low-temperature groundwater according to the methodology of full energy costs Оцінка ефективності вироблення теплової енергії теплонасосними станціями на основі теплоти низькотемпературних підземних вод за методологією повних енергетичних витрат Bilodid V.D. Stanytsina V.V. energy consumption, comparative analysis, heat pump systems, groundwater, deep-well water, autonomous boiler house, heat supply енерговитрати, порівняльний аналіз, теплонасосні системи, артезіанські підземні води, автономна котельня, теплопостачання Heat pump station (HPS) as a source of heat supply for district heating system is considered as an alternative to heating boilers on fossil fuels (mainly on natural gas). One of the promising areas of application of powerful HPS, which currently is being studied actively, is their use as consumers-regulators in the control of electrical load in power systems. In this article, we consider groundwater (deep-well water), which lies at a shallow depth and has stable parameters throughout a year, as a source of low-potential heat. On the territory of Ukraine, there are regions with sufficient groundwater reserves that can be used as a source of low-potential heat for HPS.We carried out calculation of the energy consumption for construction, operation and liquidation of HPS on the example of HPS project with an installed heat capacity of 9 MW, consisting of 3 heat pumps with a capacity of 1.9 MW each and a peak gas boiler with a capacity of 3.2 MW, with regard for a typical schedule of heat loads under conditions of Kyiv.The efficiency of such HPS was determined by the method of estimating the total energy costs by comparing the obtained characteristics with similar characteristics of a gas boiler house of the same capacity.We determined energy consumption for the creation of all elements of HPS and its construction: heat pump and other equipment, station building, drilling and arrangement of wells, pipelines, and peak gas boiler. Energy consumption for the creation and operation of an autonomous gas boiler house of the same capacity was calculated. The reduction of energy consumption for the creation of HPS due to the use of polyethylene-propylene pipes instead of steel is determined.The comparison of energy consumption shows that the creation and operation of HPS on deep-well water with a peak boiler house during the first year of operation compensates the energy consumption for its creation and ensures further energy saving. Operation of such HPS with the use of deep-well water will provide an almost fourfold energy saving as compared with an autonomous boiler house. Теплонасосна станція (ТНС) як джерело постачання теплової енергії системи централізованого теплопостачання розглядається як альтернатива опалювальним котельням на органічному паливі (переважно на природному газі). Одним із перспективних напрямів застосування потужних ТНС, який сьогодні активно досліджується, є використання їх як споживачів-регуляторів при регулюванні електричного навантаження в електроенергетичних системах. В статті як джерело низькопотенційної теплоти (ДНТ) розглянуто підземні (артезіанські) води, які залягають на невеликій глибині та мають стабільні параметри впродовж року. На території України існують регіони із достатніми запасами підземних вод, які можуть бути використані в якості ДНТ для ТНС.Розрахунок енерговитрат на будівництво, експлуатацію та ліквідацію ТНС проведено на прикладі проекту ТНС встановленою тепловою потужністю 9 МВт у складі 3-х теплових насосів потужністю 1,9 МВт кожен та пікового газового котла потужністю в 3,2 МВт, з врахуванням типового графіку теплових навантажень для умов м. Києва.Ефективність такої ТНС визначалася за методологію оцінки повних енергетичних витрат з порівнянням отриманих показників з аналогічними показниками газової котельні такої ж потужності.Визначено енерговитрати на створення всіх елементів ТНС та її будівництво: теплового насосу та іншого обладнання, будівлі станції, буріння та облаштування свердловин, трубопроводів, пікового газового котла. Розраховано енерговитрати на створення і експлуатацію автономної газової котельні такої ж потужності. Оцінено зменшення енерговитрат на створення ТНС за рахунок використання поліетилен-пропіленових труб замість сталевих.Порівняння енерговитрат показує, що створення і експлуатація ТНС на артезіанських водах з піковою котельнею протягом першого ж року експлуатації компенсує енерговитрати на її створення, а в подальшому забезпечується їх економія. Експлуатація такої ТНС з використанням артезіанських вод забезпечить майже чотирикратну економію енергії у порівнянні з автономною котельною. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2020-09-29 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/761 10.15407/pge2020.03.046 System Research in Energy; No. 3 (62) (2020): The Problems of General Energy; 46-52 Системні дослідження в енергетиці; № 3 (62) (2020): Проблеми загальної енергетики; 46-52 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/761/656 Copyright (c) 2020 Bilodid V.D., Stanytsina V.V. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0 |
| spellingShingle | energy consumption comparative analysis heat pump systems groundwater deep-well water autonomous boiler house heat supply Bilodid V.D. Stanytsina V.V. Estimation of the efficiency of thermal energy production by heat pump stations on the basis of heat of low-temperature groundwater according to the methodology of full energy costs |
| title | Estimation of the efficiency of thermal energy production by heat pump stations on the basis of heat of low-temperature groundwater according to the methodology of full energy costs |
| title_alt | Оцінка ефективності вироблення теплової енергії теплонасосними станціями на основі теплоти низькотемпературних підземних вод за методологією повних енергетичних витрат |
| title_full | Estimation of the efficiency of thermal energy production by heat pump stations on the basis of heat of low-temperature groundwater according to the methodology of full energy costs |
| title_fullStr | Estimation of the efficiency of thermal energy production by heat pump stations on the basis of heat of low-temperature groundwater according to the methodology of full energy costs |
| title_full_unstemmed | Estimation of the efficiency of thermal energy production by heat pump stations on the basis of heat of low-temperature groundwater according to the methodology of full energy costs |
| title_short | Estimation of the efficiency of thermal energy production by heat pump stations on the basis of heat of low-temperature groundwater according to the methodology of full energy costs |
| title_sort | estimation of the efficiency of thermal energy production by heat pump stations on the basis of heat of low-temperature groundwater according to the methodology of full energy costs |
| topic | energy consumption comparative analysis heat pump systems groundwater deep-well water autonomous boiler house heat supply |
| topic_facet | energy consumption comparative analysis heat pump systems groundwater deep-well water autonomous boiler house heat supply енерговитрати порівняльний аналіз теплонасосні системи артезіанські підземні води автономна котельня теплопостачання |
| url | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/761 |
| work_keys_str_mv | AT bilodidvd estimationoftheefficiencyofthermalenergyproductionbyheatpumpstationsonthebasisofheatoflowtemperaturegroundwateraccordingtothemethodologyoffullenergycosts AT stanytsinavv estimationoftheefficiencyofthermalenergyproductionbyheatpumpstationsonthebasisofheatoflowtemperaturegroundwateraccordingtothemethodologyoffullenergycosts AT bilodidvd ocínkaefektivnostíviroblennâteplovoíenergííteplonasosnimistancíâminaosnovíteplotinizʹkotemperaturnihpídzemnihvodzametodologíêûpovnihenergetičnihvitrat AT stanytsinavv ocínkaefektivnostíviroblennâteplovoíenergííteplonasosnimistancíâminaosnovíteplotinizʹkotemperaturnihpídzemnihvodzametodologíêûpovnihenergetičnihvitrat |