Опыт использования бромисто-литиевых тепловых насосов в Южной Корее и Китайской Народной Республики

С 15 по 22 сентября 2019 года проходила рабочая поездка заместителя Председателя Госстандарта – директора Департамента по энергоэффективности М.П. Малашенко в г. Ансан (Южная Корея), г. Линьфэнь и г. Чанша (КНР). Основной целью командировки являлось изучение опыта реализации проектов корпорации BROAD Air Conditioning по внедрению абсорбционных бромисто-литиевых тепловых насосов (АБТН), позволяющих снизить потребление природного газа за счет утилизации энергии низкотемпературных тепловых потоков при производстве электрической и тепловой энергии. В состав белорусской делегации также входили представители НАН Беларуси (УП «Институт энергетики НАН  Беларуси»), Минэнерго (РУП «Белнипиэнергопром») и концерна «Белнефтехим» (ОАО «Гродно Азот»).

По материалам Департамента по энергоэффективности

Теплоснабжение по-корейски 

В Южной Корее по причине ее географического положения преобладают долгие зимы с низкими температурами. Поэтому отопительный сезон здесь длится дольше, чем в некоторых соседних странах – с ноября по апрель. Проявлять сознательность в вопросах энергосбережения южнокорейцев также побуждают узость территории страны и недостаток энергоисточников. К экономии энергии и сокращению выбросов CO2 призывает и правительство.
В Южной Корее большинство теплоснабжающих компаний также являются и поставщиками электроэнергии, а централизованное энергоснабжение пользуется большой популярностью. Когда правительство формирует план регионального развития, теплоснабжающие компании размещаются в пригородной зоне, чтобы охватить прилегающие районы, тем самым определяя энергообеспечение города.
Цена отпускаемой электроэнергии здесь практически не отличается от ее себестоимости. Поскольку прибыль от поставок электроэнергии мала, плата за отопление является основным доходом теплоснабжающей компании. К тому же потребность в отоплении стабильна, а площадь зоны теплоснабжения постоянна. Таким образом, лучший способ увеличить прибыль для энергетических компаний – снижение себестоимости энергоносителей.
Абсорбционные тепловые насосы BROAD широко используются для направления бросовой теплоты со станции и располагаемых рядом заводов на нужды теплоснабжения города, это позволяет снизить затраты и повысить энергоэффективность. Проекты с использованием абсорбционных тепловых насосов не только прибыльны для экономики, но и вносят огромный вклад в развитие общества.
На ТЭЦ в г. Ансан используются четыре абсорбционных тепловых насоса BROAD тепловой мощностью по 14 МВт. В качестве греющего источника используется пар давлением 0,8 МПа от ТЭЦ, расположенной недалеко от цеха с потреблением 12,5 т/ч. Низкопотенциальное тепло берется от сточных вод располагающегося рядом завода по производству красителей с расходом 715 м3/ч. При этом температура сточных вод на входе в АБТН 31°С, на выходе – 24°С. Работают АБТН на тепловую сеть жилого района с расходом нагреваемой воды 327 м3/ч, повышая ее температуру с 47°С до 83°С (отопительный коэффициент 1,74). Тепловые насосы установлены в 2012 году. Ежегодная утилизация сбросной теплоты составляет 105 ГВт, ежегодная экономия природного газа – 598 тыс. куб. м, снижение выбросов CO2 – 23,724 тыс. тонн/год.
Скептики обращают внимание на то, что установки работают только четыре месяца в году. И все же, как отмечают специалисты эксплуатирующей организации, за время эксплуатации АБТН неисправностей не выявлено, а первоначальные инвестиции в АБТН были возвращены за два года.

Тепловые насосы в городе Линьфэнь 

Расположенный в центральной части Китая, город Линьфэнь является крупным центром угольной промышленности. ООО «Шаньси Гуанда» отвечает за централизованное отопление района Хекси города Линьфэнь. Первоначально для теплоснабжения района ТЭЦ завода использовала отработанный пар низкого давления, восстановленный от процесса коксования, из расчета покрывать до 1,3 млн кв. м жилой площади. В связи с ростом города компания столкнулась с необходимостью рационального увеличения мощности станции, чтобы покрыть уже до 2 млн кв. м жилой площади.
Для процессов очистки коксового газа и перегонки аммиака требуется большой объем охлаждающей оборотной воды (ее расход около 4360 т/ч, температура 38/28°С). Из-за слишком низкой температуры оборотной воды потенциал  отработанного потока ранее не использовался и рассеивался через существующие на заводе градирни.
Справиться с дефицитом теплоснабжения в городе позволил запущенный в эксплуатацию в 2018 году энергокомплекс на базе четырех АБТН BDS2000 BROAD единичной тепловой мощностью по 31МВт. АБТН утилизируют теплоту оборотной воды с температурой 38/28°С, а также подогревают обратную сетевую воду с 55 до 85°С. Их отопительный коэффициент 1,7. В качестве привода для АБТН используется пар низкого давления 0,5 МПа. Применение АБТН способствует утилизации 50,7 МВт теплоты оборотной воды в процессе коксования, увеличивая при этом площадь теплоснабжения на 940 кв. м, что полностью решает проблему дефицита теплоснабжения города.
По информации специалистов завода за время эксплуатации АБТН неисправностей не выявлено, срок окупаемости составил два года. Годовой возврат капитала равен около 2,2 млн USD. Проект ежегодно экономит 18,2 тыс. тонн угля и сокращает использование заводом оборотной воды на 117 тыс. тонн. С помощью АБТН осуществляется экологически чистое теплоснабжение со снижением выбросов CO2 на 48 тыс. тонн в год.

Современный волшебник Чжан Юэ из BROAD Town

Центральный офис корпорации с мировым именем BROAD не зря называется BROAD Town – он занимает 100 гектаров в китайском городе Чанша (КНР). Корпорация BROADведет бизнес по четырем основным направлениям:
– производство абсорбционных бромисто-литиевых холодильных и тепловых машин, использующих природный газ и отработанное тепло для выработки холода, тепла и горячей воды;
– производство полного спектра оборудования очистки воздуха, вентиляционных установок, а также измерительных приборов для контроля качества воздуха;
– строительство энергоэффективных сейсмоустойчивых зданий с использованием металлоконструкций из нержавеющей стали;
– системы автоматики для удаленного управления комплексами тригенерации.
Уникальной и авторитетной корпорацию делает личность ее основателя и президента – г-на Чжан Юэ, который в 2011 году был награжден премией ООН «Чемпион Земли» за вклад в энергосбережение и сохранение окружающей среды. И хотя его часто называют современным да Винчи или китайским Стивом Джобсом, сам он считает, что больше походит на Томаса Эдисона. Чжан Юэ запатентовал 466 изобретений, охватывающих всю строительную и часть транспортной индустрии: от материалов до конструкций, от датчиков до искусственного интеллекта, от изготовления до монтажа. За 30 лет Чжан Юэ посвятил 90% своего времени исследованиям и разработкам. Он считает, что лишь абсолютный авторитет открывает путь к абсолютным инновациям. 
Основанная в 1988 году, компания никогда не копировала чужие технологии. Сотни продуктов четырех направлений корпорации BROAD продаются в более чем 80 странах: среди них – водогрейный котел без давления (1989 год), неэлектрический абсорбционный чиллер (1992), глобальная система интернет-мониторинга (1996), абсорбционный чиллер на отработанном тепле (1999), система передачи и распределения с нулевым сопротивлением (2004),  воздухоочиститель (2008), детектор воздуха PM2,5 размером с телефон, обнаруживающий твердые частицы в 2,5 микрона (2009), здание из металлоконструкций (2009) и сверхвысокое здание (2014) заводского производства, технология политрубных панелей B-CORE SLAB (2017).
Корпорация ежегодно реализует порядка 3 тыс. абсорбционных бромисто-литиевых холодильных машин (АБХМ) и АБТН в 80 стран мира и позволила гостям из Беларуси ознакомиться с полным циклом работ производственных цехов, изготавливающих тепловые насосы, от раскроя заготовки металла до покраски, испытания и упаковки продукции.
Компания использует современные роботизированные сварочные технологии, которые обеспечивают стабильную скорость, точность и качество продукции. Для производства теплообменников используются титановые трубки; при испытаниях задействовано уникальное оборудование.
Все технологии BROAD сосредоточены на энергосбережении, экономии материалов, чистоте, долговечности и интеллектуализации. Уровень производимых корпорацией продуктов не имеет аналогов в отрасли. С 1996 года доля неэлектрических чиллеров BROAD – самая большая на мировом рынке. Новую волну известности корпорации принес рекорд строительства 57-этажного здания за 19 дней (3 этажа в день). 

BSB – технология сборки и энергоэффективного строительства модульных зданий

За время своего существования подразделение BSB корпорации BROAD инвестировало в разработки и исследования более 660 млн USD. Компания успешно строит здания в кратчайшие сроки по уникальной технологии.
Компания планирует построить здание Sky City высотой 838 м за 210 дней. В случае успешного завершения строительства Sky City станет самым высоким зданием в мире. На данный момент завод реализовал показательный проект, построив мини-здание Sky City – J57 (208 м, 57 этажей) всего за 19 дней.
Центральным элементом технологии сборки и строительства модульных зданий (BSB) являются два массивных компонента, которые изготавливаются на больших производственных линиях. Первый – это стандартизированная напольная плита со стальной рамой размером 16 х 4 метра и площадью около 64 квадратных метров. Каждая такая плита предварительно снабжается всеми проводами и трубопроводами, а также напольными покрытиями (например, плиткой или ламинатом).
Второй центральный элемент – колонна из стали, несущая нагрузку. Плиты и колонны загружаются на транспортные средства вместе с соответствующими инструментами и оборудованием и транспортируются на стройплощадку для последующей сборки.
Сборка на месте строительства колонн и плит пола напоминает гигантский конструктор. Роль рабочих на площадке заключается в основном в соединении стальных колонн и стеновых панелей, а также в соединении предварительно установленных участков проводов и трубопроводов отдельных плит.
Наружные стены зданий также поставляются уже в комплекте с окнами и дверями. В целом, 90% здания изготавливается на самом заводе, что обеспечивает эффективное производство и строгий контроль качества производственным отделом.
За исключением фундаментов, технология BSB не предусматривает использование большого количества бетона, что уменьшает вес зданий в три-пять раз по сравнению с их стандартными аналогами. легкая, но в то же время жесткая стальная конструкция BSB повышает устойчивость и к землетрясениям; здания BSB сертифицированы, чтобы выдерживать землетрясения силой 9 баллов.

Фабричное производство также снижает транспортные и логистические расходы, поскольку строительные материалы можно хранить и обрабатывать в больших количествах за пределами стройплощадки. В сочетании с этим эффективное производство, сборка и логистика позволяют снизить затраты на новое здание на 20–40% по сравнению с традиционными методами строительства.
Здания, построенные по технологии BSB, как правило, имеют теплоизолированные стены толщиной 15–30 см, окна с тройным или четырехкратным остеклением, установки для рекуперации свежего воздуха, наружное затенение от солнца, системы кондиционирования и вентиляции. Энергоэффективность таких зданий в пять раз выше в отличие от традиционных китайских строений.
Здания, построенные по технологии BSB, имеют дополнительные экологические преимущества. Строительные отходы составляют менее 1% (в отличие от 5–10% для обычных зданий), а легкость демонтажа открывает возможность повторного использования и переработки стали. Что касается выбросов в процессе строительства, то они практически исключены.
Стратегия производства BSB имеет много преимуществ по сравнению с традиционными методами строительства в отношении времени, затрат, воздействия на окружающую среду и общего качества. Технология BSB доказывает, что сборка стальных каркасов снижает сроки и стоимость строительства и в то же время повышает качество и энергоэффективность. В ее основе – ультрапрочные и ультралегкие политрубные панели B-CORE SLAB. Их механические характеристики эквивалентны характеристикам сотовых панелей, используемых для внешней обшивки космического корабля. Однако при размере в 10 раз больше сотовой панели стоимость изготовления политрубной панели B-CORE SLAB в несколько раз ниже. Именно политрубным панелям прогнозируют стать причиной глобальной революции в области использования легких и прочных конструкционных материалов не только в строительстве, но и в других отраслях мировой экономики.

Что из этого можно применить в Беларуси?

Как свидетельствует опыт Южной Кореи и Китая, АБТН целесообразно использовать при больших мощностях. Специально изготовленное оборудование может зимой вырабатывать тепло, а летом – холод. Срок окупаемости затрат на посещенных объектах в Китае и Южной Корее составил около двух лет. При наших тарифах на тепло и электроэнергию по экспертным оценкам он будет длиннее, но ненамного – от 3 до 5 лет.
В Республике Беларусь работают 47 АБХМ. Такие достоинства АБХМ, как использование тепловой энергии и высокая надежность (ввиду отсутствия вращающихся частей) в полной мере проявились в Беларуси. Один АБТН работает на ОАО «СветлогорскХимволокно», где для подогрева отопительной воды в качестве низкопотенциального источника для теплового насоса используется теплота, отводимая от охлаждения турбокомпрессоров. Тепловой насос вышел на рассматриваемый срок окупаемости.
Доказать, что АБТН является надежным энергоэффективным оборудованием, призван пилотный проект, планируемый к реализации на площадке Мозырьской ТЭЦ. Специалисты BROAD рассмотрели технико-экономическое обоснование по внедрению АБТН на Мозырьской ТЭЦ для утилизации теплоты оборотного водоснабжения ОАО «Мозырьский нефтеперабатывающий завод», подготовленное НАН Беларуси, а также замечания по нему, сделанные ОАО «Белэнергоремналадка». От китайской стороны получено письменное подтверждение о технической возможности и экономической целесообразности реализации этого проекта. С учетом полученной в ходе рабочей поездки информации Минэнерго, НАН Беларуси повторно рассматривает данный проект.
В ходе переговоров президенту корпорации BROAD г-ну Чжан Юэ предложено стать резидентом Китайско-Белорусского индустриального парка «Великий камень». Г-н Чжан Юэ заинтересовался данным предложением и выразил намерения при создании предприятия на территории Республики Беларусь (в индустриальном парке «Великий камень») поделиться технологиями производства АБТН, сборки и строительства модульных зданий.
Министерству архитектуры и строительства, НАН Беларуси рекомендовано в пределах компетенции рассмотреть перспективы развития в республике сборки и строительства модульных зданий по технологии BSB, производства АБТН с созданием на территории Республики Беларусь производственных мощностей и получением от китайской стороны соответствующих технологий. Департамент по энергоэффективности будет координировать данную работу в свете подготовки визита в нашу страну президента корпорации BROAD г-на Чжан Юэ, намеченного в наступающем году.