Погосов Олександр Григорович

ORCID ID:0000-0003-2158-8897

канд. техн. наук, доцент кафедри теплотехніки Київський національний університет будівництва і архітектури

Козячина Богдан Ігорович

ORCID ID: 0009-0000-6972-3862

аспірант кафедри теплотехніки Київський національний університет будівництва і архітектури

Смілян Михайло Юрійович

комерційний директор Приватне підприємство «Енергія Сервіс»

Україна

Зростання інтересу до енергоефективності та сталого використання ресурсів вимагає пошуку нових та модернізації відомих технологій для сектору теплопостачання.

Найбільшого розвитку за останні десятиріччя отримує тренд нетрадиційних та відновлювальних джерел енергії, зокрема сонячної енергії [1], [2], утилізації вторинних енергоресурсів та підвищення ефективності окремих елементів систем теплопостачання [3], [4], [5], [6], застосування органічного циклу Рєнкіна [7] та водневої енергетики [8].

У сучасному світі, де стійкість та ефективність енергопостачання стає все більш актуальною проблемою, модульні твердопаливні котельні представляють собою перспективне рішення для забезпечення теплової енергії адміністративних будівель. Їхня унікальність полягає в можливості ефективно використовувати різноманітні джерела твердого палива, такі як дрова, брикети або пелети, що робить їх перспективними в розрізі локальної диверсифікації і

децентралізації джерел теплової енергії. У цій статті ми розглянемо переваги та перспективи застосування модульних твердопаливних котельних у контексті сталого розвитку та енергоефективності, а також їхню роль у забезпеченні надійного та ефективного опалення для адміністративних комплексів. Дослідження базується на фактичних натурних показниках споживання твердого палива та відпуску теплової енергії існуючим будівлям, система теплопостачання яких була децентралізована в 2018-2019 роках.

При використанні твердого палива говорити про екологічну ефективність складно, адже викиди парникових газів від твердого палива при прямому спалюванні значно вищі, ніж наприклад у природного газу. На рис. 1 наведені викиди парникових газів від різних секторів економіки з розрахунку на одну людину. Цей аналіз свідчить про надзвичайно високий рівень викидів еквіваленту СО₂ від систем генерації теплової та електричної енергії.

Рис 1. Викиди СО2-еквіваленту з розрахунку на одного мешканця (усереднено по всім країнам світу) по секторам економіки, т СО2-екв./людину [9]

Але екологічність деревини, як палива, повинна також базуватися і на спроможності дерева, як рослини, акумулювати при зростанні той самий вуглекислий газ. Якщо розглядати деревину з такої точки екологічної привабливості, то варто послатися на питомі коефіцієнти викидів та фактори первинної енергії, які в Україні регламентуються [x] і наведені в таблиці 1.

Бачимо, що показники викидів парникових газів від твердої біомаси складають всього лише 40 г/кВт*год виробленої теплової енергії.

Таблиця 1

Фактори первинної енергії (fP,del,i) та коефіцієнти викидів парникових газів СО2 (Kdel,i), (fP,del,i,nren) – для невідновлювальних видів енергії, (fP,del,i,ren) – для відновлювальних видів енергії

Рис 2. Фактичні температури навколишнього середовища для населеного пункту Тараща в опалювальні сезони 2019-2020 та 2020-2021 років. Середні температури (синій колір – для 2019-2020, червоний – 2020-2021) складають відповідно +2,59 ^оС та -1,08 ^оС

На рис. 3. наведено кількість градусо-діб для населеного пункту Тараща при розрахунковій температурі оцінки, прийнятій консервативно на рівні +20 ^оС в якості верхньої межі наявного потенціалу теплового потоку за опалювальний період 2019-2020 років.

Рис 3. Фактична кількість градусо-діб для проміжків стояння температур в опалювальному сезоні 2019-2020 років для населеного пункту Тараща

Рис 3. Фактична кількість градусо-діб для проміжків стояння температур в опалювальному сезоні 2019-2020 років для населеного пункту Тараща

На рис. 4 наведено коефіцієнти використання палива, отримані в процесі спостереження в опалювальні періоди 2019-2020 та 2020-2021 років з приведенням до градусо-діб опалювального періоду.

Рис 4. Фактичний коефіцієнт використання палива модульними твердопаливними котельними

З рис. 4 бачимо, що коефіцієнт використання палива для котельних складає 0,84-0,86 м³/Гкал (нагадуємо, що мова йде про складометр). При цьому середній коефіцієнт витрати палива, приведений до стояння температур складає 0,85 м³/Гкал. Очевидно, що розбіжність приведеного до кліматичних умов фактичного коефіцієнту використання палива свідчить про нестабільну якість сировини та ускладнений облік кругляка, який надходив на об’єкти теплової генерації. В цій статті на основі натурних даних щодо стану та виду деревини (70% від загального об’єму використання складали соснові дрова свіжі, 30% – суміш берези та твердих порід) були прийнято значення теплотворної здатності паливної деревини на рівні 1,7 МВтхгод/м³. При розрахунку середньосезонних коефіцієнтів корисної дії, основаного на методі прямого балансу, отримані значення ККД для ряду обстежуваних котельних склали 80-82%.

Висновки. Натурні спостереження та аналіз даних свідчать про ККД твердопаливних котлів, термін експлуатації яких не перевищує 5 років, на рівні 80-82%. Низький ККД (в порівнянні з природним газом) компенсується комплексно невисокими викидами парникових газів (звісно з урахуванням відновлення деревини новими посадками). При цьому модульні твердопаливні котельні мають ряд значних переваг, серед яких – можливість прив’язки готового сертифікованого виробу до місцевих умов, що відповідно значно спрощує процедури проектування; для діапазону до 200 кВт (і з одиничною потужністю до 100 кВт) – відсутність будь-яких третіх сторін погодження, окрім стандартної процедури, визначеної Законом України Про регулювання містобудівної діяльності; швидкість введення в експлуатацію (з урахуванням поставки готового модульного виробу на об’єкт будівництва); незалежність від зовнішніх економічних та енергетичних чинників (особливо при наявності місцевого джерела палива).

Список використаних джерел:

1. Пасічник, П., Погосов, О., & Кулінко, Є. (2024). АНАЛІЗ СТАНУ СВІТОВОГО               РИНКУ               СУЧАСНИХ  ПОВІТРЯНИХ

ГЕЛІОКОЛЕКТОРІВ. Collection of Scientific Papers «ΛΌГOΣ», (February 2, 2024; Oxford, UK), 188–194. https://doi.org/10.36074/logos-02.02.2024.038

• Приймак, О., Пасічник, П., Білан, Р., & Нагорний, С. (2016). Визначення частки теплового навантаження, що заміщується енергією сонця та вітру для системи теплопостачання з комбінованим сонячно-електричним повітропідігрівачем. Енергоефективність в будівництві та архітектурі, 8, 292-296.
• Погосов, О., Пасічник, П., & Кулінко, Є. (2023). ВПЛИВ ДЕЯКИХ ПРОЕКТНИХ  РІШЕНЬ  НА  КЛАС  ЕНЕРГЕТИЧНОЇ  ЕФЕКТИВНОСТІ

БУДІВЛІ. Collection of Scientific Papers «SCIENTIA», (December 22, 2023; Coventry,                               UK),                214–217. Retrieved  from https://previous.scientia.report/index.php/archive/article/view/1526

• Malkin, E., & Pogosov, O. (2015). Оцінка вторинних енергоресурсів та напрямки підвищення енергоефективності при реконструкції систем паропостачання промислових підприємств. Вентиляція, освітлення та теплогазопостачання,   (18),   106–112. 
• Погосов, О. Г. ., Чепурна, Н. В. ., Пасічник, П. О. ., Кулінко, Є. О. ., & Дорошенко, А. А. (2023). Сучасні системи тепло- та паропостачання промислових підприємств при застосуванні глибокої утилізації енергетичного потенціалу технологічної пари. Вентиляція, освітлення та теплогазопостачання, 45, 42–51.
• Гламаздін, П., Вітковський, В., Рогожин, Д., Карпюк, М., & Габа, К. (2022). Підвищення ефективності систем централізованого теплопостачання за  рахунок  оптимізації  служби  підготовки  води.  Досвід  КП
• «Житомиртеплоенерго». Вентиляція, освітлення  та теплогазопостачання, 43, 50–64.           
• Юрик , В., & Погосов , О. (2024). ЗАГАЛЬНІ МОЖЛИВОСТІ ТА ДЕЯКІ АСПЕКТИ ЗАСТОСУВАННЯ СИСТЕМИ ГЕНЕРАЦІЇ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ НА ОСНОВІ ОРГАНІЧНОГО ЦИКЛУ РЄНКІНА.

Collection of Scientific Papers «SCIENTIA», (January 26, 2024; Helsinki, Finland), 204–208.                                                   Retrieved   from https://previous.scientia.report/index.php/archive/article/view/1584

• Погосов, О., & Чепурна, Н. (2024). Перспективи та проблематика використання   водню,   як   системи   акумуляції   позабалансної   генерації електричної    енергії,    для    нафтогазового    та    енергетичного    секторів України. Scientific Collection «InterConf», (187), 314–321. Retrieved from https://archive.interconf.center/index.php/conference-  proceeding/article/view/5355
• Ritchie, H., Rosado, P. & Roser, M. (2020) – “Emissions by sector: where do greenhouse gases come from?” Published online at OurWorldInData.org. Retrieved from: https://ourworldindata.org/emissions-by-sector [Online Resource]
• Наказ Міністерства регіонального розвитку, будівництва та житлово-комунального господарства України від 11.07.2018 № 169 «Про затвердження Методики визначення енергетичної ефективності будівель», зареєстрований в Міністерстві юстиції України 16.07.2018 за № 822/32274