Современные тенденции отечественных энергоэффективных технологий

За последние 25 лет энергопотребление в России выросло более чем на 50 %. При этом согласно прогнозу роста, который представил вице-премьер РФ Александр Новак, в России к 2050 году потребление электроэнергии вырастет на 42% по сравнению с 2023 г. — с 1139 млрд. до 1624 млрд. кВт*ч. Несмотря на то, что цена на электроэнергию в России является одной из наиболее низких в мире, существенным фактом является продолжительность сезона отопления, что предъявляет высокие требования к экономии расхода тепла и, соответственно, энергии для его выработки.

В качестве примера можно привести организацию
теплоснабжения жилых комплексов многоквартирных домов. Такие дома снабжаются теплом от котельной через индивидуальные тепловые пункты (ИТП). Такие ИТП оборудованы системой мониторинга температуры воздуха окружающей среды, а также времени суток, и регулируют величину тепловой энергии, подаваемой в квартиры, что позволяет экономить, в конечном счете, электроэнергию. 

Регулирование подачи тепла в квартиры легко осуществить, применяя современные практически бесшумные циркуляционные насосы с «мокрым» ротором. Рассмотрим пример работы таких насосов с точки зрения энергопотребления. Например, бесперебойная работа циркуляционного насоса с асинхронным двигателем с «мокрым» ротором известной зарубежной марки с электрической мощностью 1434 Вт при максимальном коэффициенте полезного действия (КПД) всего 49% за 7 месяцев отопительного сезона обойдется в 38,5 тыс. рублей при средней цене за кВт*ч 7 рублей. Разработанный в инновационном научно-технологическом центре МГУ имени М.В.Ломоносова «Воробьевы горы» (ИНТЦ МГУ) компанией ООО «ПИК» совместно с ТТК «Продэксима» насос Rusims 65/180-340 DM PN10 (в соответствии с ГОСТ ЭГЦН М 65-180 Ф 340 Ру 10) при совершении той же полезной работы по перекачке теплоносителя будет потреблять 800 Вт, т.е. электро-экономия составит 45% по сравнению с зарубежным аналогом. Данная эффективность обусловлена тем, что разработанный циркуляционный насос относится к классу энергоэффективности «А» с индексом EEI<0.19.

Рассмотрим эффект экономии электроэнергии с точки зрения крупной эксплуатирующей организации в городе Москва. Данная организация в среднем эксплуатирует более 100 000 насосов с электрической мощностью от 100 Вт до 50 000 Вт с максимальным электропотреблением около 700 000 кВт*ч. Предположим, что половина насосов работает в режиме байпаса, т.е. работает лишь половину времени, тогда максимальное электропотребление составит:

Учтем, что согласно разработанному техническому регламенту Евразийского экономического союза «О требованиях к энергетической эффективности энергопотребляющих устройств»  в среднем циркуляционный насос работает 6% времени с 100% подачей, 15% времени с 75% подачей, 35% времени с 50% подачей, 44% времени с 25% подачей. В таком случае усредненную мощность циркуляционного насоса можно оценить по формуле:

Применив данную формулу на практике, циркуляционные насосы мощностью от 120 Вт до 50 000 Вт, можно получить, что электропотребление за 7 месяцев отопительного сезона составляет около 8 млрд. рублей. При этом экономия от использования современных энергоэффективных циркуляционных насосов может составить 35-45% или 2,8 — 3,6 млрд. рублей в год в зависимости от мощности. Объем рынка в РФ циркуляционных насосов превышает 3 млн. штук по году, согласно данным за 2023 г., что позволяет легко оценить возможную экономию электроэнергии в целом по России.

Логично задаться вопросом экономической целесообразности замены «классических» проверенных временем насосов на новые энергоэффективные циркуляционные насосы. Воспользуемся данными, предоставленными российской компанией, связанной с «ТТК «Продэксима». Данные компании реализуют проект разработки и запуска серийного производства «умных» энергоэффективных циркуляционных насосов с «мокрым» ротором, предназначенных для перекачки горячей (110 0С) и холодной воды или водно-гликолевой смеси. Важно отметить определяющее участие инновационного кластера Правительства Москвы в разработках технологий в проекте в ИНТЦ МГУ путем предоставления налоговых льгот и субсидий с одной стороны, а с другой стороны, создание тесной кооперации частных компаний с научным сообществом, что напрямую повлияло на успех вышеупомянутых технологий разработанных совместно ООО «ПИК» и ТТК «Продэксима».

Разработанные насосы обладают всеми преимуществами, характерными для современных энергоэффективных «умных» насосов с «мокрым» ротором и имеют высокие эксплуатационные характеристики. На данный момент уже сделаны и проведены натурные испытания насосов, изготовленных на серийном оборудовании.

Первый узел разработанных насосов, гидравлический, представляет из себя чугунную улитку и пластиковое рабочее колесо. Их геометрическая форма была рассчитана ведущими специалистами для обеспечения высокого КПД (максимально более 80%).

Второй узел, вентильный электрический двигатель (ВЭД) на постоянных магнитах, обладал максимальным КПД более 95% в широком диапазоне оборотов и электрической мощности.

Третий узел, электронный блок управления, имеет современные схемотехнические решения и характеризовался высоким КПД (около 97%).

Особое внимание стоит обратить, что итоговое КПД насоса равно произведению КПД каждого из трех узлов:

Например, применив «фантазийный» электродвигатель с КПД 100% при КПД гидравлического узла 20% итоговое КПД насоса также будет составлять всего 20%. Именно сочетание высоких КПД всех трех описанных выше узлов, позволили добиться значений КПД разработанных насосов. Например, для насосов мощностью до 560 Вт максимальное КПД составляет более 66%, а для насосов мощностью до 1500 Вт — более 75%.  Данные показатели более чем на 10-15% общеизвестные показатели.

Говоря о стоимости разработанных насосов, то они сравнимы по стоимости с китайскими аналогами.

Согласно предоставленным данным стоимость запуска серийного производства умных циркуляционных насосов с собственным производством электродвигателей с производительностью 100 000 штук/год составляет около 2 млрд. рублей. Таким образом, квалифицированный инвестор может вложить в создание собственного производства и окупить его в течение короткого срока, менее 5 лет.

Важным фактором для внедрения энергоэффективных технологий в промышленность РФ является то, что в рамках были разработаны и созданы собственные стенды для проведения испытаний и измерений всех ключевых характеристик циркуляционных насосов. На данных стендах были проведены измерения всех главных характеристик циркуляционных насосов: расход, напор, потребляемая мощность, КПД, обороты вращения рабочего колеса для разработанных насосов и для насосов Wilo Yonos, Grundfos Magna 3, Danfos, Wigo GRS, Shinhoo, Taifu. Результаты измерений планируется опубликовать в следующей статье и провести анализ полученных результатов с точки зрения энергоэффективности и надежности работы данных насосов в реальных условиях теплосетей России.

Созданное измерительное оборудование вкупе с научно-технической базой ляжет в основу формирования центра сертификации на соответствие требованиям к энергетической эффективности энергопотребляющих устройств при непосредственной поддержке технологических компаний.