В качестве энергоносителя для автономных систем отопления могут быть применены газ, твердое топливо и электроэнергия. С вводом БелАЭС электронагрев выходит из зоны ограничений применения и становится общедоступным в промышленности и в быту. Как развиваются эти процессы в странах западной Европы и на североамериканском континенте? Сотрудники Витебского областного управления по надзору за рациональным использованием топливно-энергетических ресурсов Департамента по энергоэффективности сделали обзор мировой практики и знакомят читателей сайта с опытом разных стран.

С точки зрения технологических возможностей и экологической чистоты идеальным энергоносителем для отопления зданий любого назначения является электроэнергия, безоговорочно превосходящая по этим свойствам топливные энергоносители. Постоянная готовность электрокотлов к действию (включил и готово) и автоматический режим их работы снижают до минимума участие пользователя в эксплуатации системы отопления, сводя его к установке желаемых заданий на температурных регуляторах системы управления. Это обстоятельство с большой степенью вероятности может предопределить выбор в пользу электроотопления.

Применение электрических котлов по сравнению с котлами на твердом топливе позволяет иметь ряд весомых и весьма существенных для пользователя технических преимуществ. Они не требуют никаких изменений в архитектурно-планировочных решениях домовладения и связанных с этим дополнительных капитальных вложений, поскольку не нужны дымоходы и специальные отдельные помещения для размещения котла и хранения топлива. Отпадают все заботы, связанные с заказом и доставкой топлива. Не требуется оплаты топлива, опережающей его потребление. Отпадают эксплуатационные расходы на чистку котла и дымоходов. Отсутствуют вредные выбросы в окружающую дом воздушную среду.

Распространение того или иного способа использования электроэнергии для отопления в каждой стране решается с учетом местных условий. Прежде всего оно зависит от структуры топливно-энергетического баланса, режима потребления электроэнергии, ее сравнительной стоимости с другими энергоносителями. Однако общими от Средиземноморья до Скандинавии являются усредненные показатели удельной устанавливаемой мощности систем отопления, которые с годами уменьшаются. Если в 70-х годах прошлого столетия для систем непосредственного электроотопления они составляли 25...50 Вт/м3, а аккумуляционного — 40... 110 Вт/м3, то сегодня в “теплых домах” они ниже примерно в 2,5 раза.

Массовому применению электроотопления за рубежом способствовал энергетический кризис 1973 года, последовавший после введения арабскими странами эмбарго на экспорт нефти. С того времени в большинстве стран активизировалось создание и применение энергосберегающего оборудования и технологий на основе новых энергоресурсов. Одним из перспективных направлений стало использование электрических систем обеспечения микроклимата помещений, что привело к полной электрификации быта.
Согласно показателям, потребление электроэнергии в государствах:

Европейского Содружества (ЕС) составило около трети от общих затрат конечной энергии в быту и сфере услуг, что в 2,5 раза выше потребления энергии от теплосетей. В целом на отопление жилых зданий израсходовано 69% энергетических ресурсов. При этом импорт энергетических ресурсов составил около 50%, а к 2030 г. прогнозируется его увеличение до 70%. Безусловно, жилищный сектор имеет самый большой потенциал для энергосбережения и уменьшения воздействия на окружающую среду. Поэтому ЕС уделяет значительное внимание выбору энергоэффективных инженерных систем зданий.

В США в основном (70.80%) распространены системы непосредственного электроотопления резистивного типа. Из них 60% составляют напольные, 20% — потолочные и 15% — настенные системы. В последнее время рассматривается вопрос на переход к электроотоплению небоскребов, как единственно рациональному решению.

В Англии электроотопление применяется давно и является основным видом систем отопления во всех типах зданий. Способствуют этому непродолжительные понижения наружной температуры воздуха. Стимулированию аккумуляционного электроотопления послужило введение льготных ночных тарифов на электроэнергию. Уже в 60-х годах 50% новых квартир имели электроотопление полом, половина из них — аккумуляционного принципа действия.
Во Франции активное развитие атомной энергетики предопределило применение электроотопления зданий. Атомная энергетика не поддается суточному регулированию отпуска электроэнергии, поэтому преимущество отдается аккумулирующему отоплению.

Для достижения установленной мощности системы электроотопления используют сочетание дневного и ночного электропотребления в пропорции 15:85. Доля электроотопления жилых зданий сегодня составляет около 30% и примерно равна доле атомной энергии в общем балансе страны.

Для Скандинавских стран, в частности Норвегии, высокое электропотребление с применением систем отопления прямого действия обусловлено значительными гидроэнергоресурсами с практически неограниченными возможностями суточного регулирования.

Финляндия была и остается «землей обетованной» электроотопления, используемого в половине миллиона домов. Капитальные затраты на систему электроотопления для типового дома площадью 150 м2 почти на 40% ниже, чем на водяную систему с котлом на жидком топливе. Эксплуатационные затраты у этих систем равны. Система с тепловым насосом, работающим на теплоте грунта, требует в 2,1 раза больших капитальных затрат, чем система электроотопления. Однако эксплуатационные затраты снижаются почти в 3 раза. При этом следует учесть, что для стимулирования применения тепловых насосов стоимость электроэнергии при их использовании уменьшена государством в 1,3 раза.

Быстрыми темпами развиваются и системы теплоснабжения жилых и общественных зданий с помощью тепловых насосов (ТН) «грунт–вода». Разработаны высокоэффективные технологии и технические средства отбора теплоты грунта. Действует эффективная система штрафов (за выброс CO2 при сжигании топлива) и поощрений за использование различных источников низкой температуры для теплоснабжения.

В Швеции установлено более 200 тысяч ТН в основном с электроприводом, использующие различные источники теплоты. Для Швеции характерно и использование крупных ТН тепловой мощностью около 30 МВт. В качестве низкопотенциальной теплоты используются, в основном, очищенные сточные воды, морская вода и сбросная вода промышленных предприятий. Среди этих ТН можно выделить такие крупные, как ТН в г. Мальме (40 МВт), г. Упсала (39 МВт), г. Эребру (42 МВт). Наиболее крупным ТН является Стокгольмская установка мощностью 320 МВт, использующая в качестве источника низкопотенциальной теплоты воду Балтийского моря. Эта установка, расположенная на причаленных к берегу баржах, охлаждает зимой морскую воду от 4 до 2°С. Себестоимость тепла от этой установки на 20% ниже себестоимости тепла от котельных.

В США настоящее время эксплуатирует около 10 млн ТН и из них 60% – в сфере жилищно-коммунального хозяйства. Ежегодно вводится в эксплуатацию до 500 тыс. ТН. Больше всего распространены реверсивные воздухо-воздушные ТН с электроприводом для круглогодичного кондиционирования воздуха в помещениях. ТН выпускают более 50 фирм, 30% вновь строящихся домов коттеджного типа оснащают ТН.

В Японии широко распространены воздухо-воздушные реверсивные ТН круглогодичного кондиционирования воздуха, единичной тепловой мощностью от 1,2 до 16,5 кВт. В эксплуатации находится несколько миллионов подобных ТН с водяными источниками теплоты. Построено несколько десятков ТН с тепловыми насосами с приводом от дизельных и газовых двигателей. Ежегодно выпускается около 3 млн. ТН (с учетом комнатных кондиционеров).

В Германии в эксплуатации находятся около 1 млн. ТН. Они используются в водяных системах отопления, а также в воздушных системах отопления и кондиционирования воздуха. В основном используются ТН с электроприводом. Кроме того, используются сотни ТН большой тепловой мощности с приводом от дизельных и газовых двигателей. В качестве источников теплоты используются воздух наружный и вытяжной, грунт, вода и т.д. Построено несколько десятков автономных тепловых насосов единичной тепловой мощностью до 4 МВт.

Швейцария является одной из стран, в которых первые ТН были построены еще в 30-х годах. Сейчас в эксплуатации находится около 40 тысяч ТН, в основном небольшой тепловой мощности. Построены крупные ТН для работы в системе центрального теплоснабжения (СЦТ). Самой крупной из них является ТН в г. Лозанне тепловой мощностью 7 МВт с электроприводом.

В Дании эксплуатируется более 40 тысяч ТН. Источниками теплоты служат грунт, вода и воздух. Используются крупные ТН тепловой мощностью до нескольких МВт. ТН имеют привод от газовых и дизельных двигателей и около 40% используются в СЦТ. В Дании широко распространены установки для комбинированного производства тепла и холода на молочных фермах.

Тепловая мощность мирового парка ТН, по минимальной оценке, составляет 250 тыс. МВт, годовая выработка теплоты – 1,0 млрд. Гкал, что соответствует замещению органического топлива в объеме до 80 млн. тонн условного топлива. Мировой опыт показывает, что энергетические и экологические проблемы с неизбежностью приводят к необходимости широкого применения ТН.

Россия существенно отстает в этой сфере даже от малых стран. Между тем, с учетом более жестких климатических условий и более продолжительного отопительного периода экономическая эффективность от применения ТН будет намного выше, чем в странах Европы, США и Канаде.

В нашей стране развитие электронагрева происходит с 90-х годов. С введением в эксплуатацию БелАЭС доля электроэнергии в энергобалансе постепенно начнет возрастать. Соответственно применение соответствующих стимулирующих условий приведет к росту применения электронагрева. Стоит также отметить, что в настоящее время по данным «РИА новости» Республика Беларусь занимает 4-е место по стоимости электроэнергии после Казахстана, Украны и России.

В дальнейшем планируем познакомить читателей с применением энергии солнца, ветра, земли в бытовых и промышленных целях на основе практического опыта.