|
| |
|
Главная -> Экология
Энергоснабжение высотного здания с использованием топливных элементов. Переработка и вывоз строительного мусораС. П. Романовский, первый заместитель руководителя Департамента топливно-энергетического хозяйства г. Москвы Прошедший осенне-зимний максимум нагрузок 2002–2003 годов показал, что ОАО «Мосэнерго» достигло технического предела по покрытию максимума потребления электрической мощности. Анализ суточных графиков нагрузок осенне-зимнего максимума показывает, что дефицит мощности сохраняется практически в течение всего дня на уровне 1 500–2 000 МВт. При этом возможности высоковольтных электрических сетей, как межсистемных, так и распределительных, также находятся на пределе своих технических возможностей. Так, 25 декабря 2002 года при среднесуточной температуре наружного воздуха -11,4 °C и работе всех электростанций с максимально возможной нагрузкой, при дефиците 1 700 МВт возникали массовые перегрузки в высоковольтных распределительных сетях 110–220 кВ и отдельных автотрансформаторах 500 кВ. Вместе с этим электропотребление в Московском регионе в течение последних лет растет от 2 до 4 % ежегодно. Выполненная институтом Генерального плана развития г. Москвы Схема теплоэлектроснабжения Москвы до 2002 года подтвердила дальнейший рост теплоэлектропотребления. На период до 2010 года прогнозируется прирост потребления электрической мощности в размере 3,9 млн. КВт. Предложенные ОАО «Мосэнерго» вводы новых генерирующих мощностей даже в случае их реализации покрывают ожидаемый прирост нагрузок приблизительно на 20 %. Надежды на покупку недостающей мощности на ФОРЭМ могут оказаться несостоятельными. Высоковольтная распределительная сеть ОАО «Мосэнерго» 110–220 кВ, межсистемные линии электропередачи 220 кВ и отдельные элементы сети 500 кВ практически исчерпали свои возможности по приему и передаче дополнительных нагрузок. Для приема мощности извне потребуется их серьезная реконструкция и, возможно, строительство новых линий уже на напряжении 750 кВ. С учетом Генерального плана развития г. Москвы на период до 2020 года и утвержденной постановлением Правительства Москвы программы жилищного строительства на период до 2010 года, Департаментом топливно-энергетического хозяйства г. Москвы совместно с институтом Тэпинжиниринг подготовлен проект плана ввода генерирующих мощностей в Москве до 2010 года для покрытия прироста перспективных тепловых и электрических нагрузок города. В основу плана положены балансы электрической и тепловой мощности на периоды до 2005, 2010 и 2020 годов с привязкой к конкретным потребителям. Проект плана предусматривает использование в основном имеющейся инфраструктуры города. Строительство новых источников генерации предполагается в пределах территории или с небольшими ее прирезками на существующих РТС, ГРС, объектах Мосводоканала, заводах Москвы. Для электроснабжения вновь застраиваемых микрорайонов, не имеющих возможности присоединения к существующим источникам, предлагается строительство новых теплоэлектростанций на базе газотурбинных установок, обеспечивающих и тепло, и электроснабжение. По нашему мнению, в среднесрочной перспективе должны получить широкое внедрение мини-ТЭС на базе газопоршневых двигателей. В городе сегодня успешно работает несколько таких установок, до конца года будет реализован еще один проект в ГУП «Теплоремонтналадка». Межведомственная комиссия по тепло-, электро-, газоснабжению, рассматривая вопросы инженерного обеспечения потребителей при отсутствии возможности подключения к существующим сетям, рекомендует установку только когенерационного оборудования. Предусмотрено использование возможностей Мосводоканала, его гидроресурсов и биогаза, имеющегося на очистных сооружениях, и Мосгаза – путем установки на газорас-пределительных станциях оборудования, вырабатывающего электрическую энергию за счет редуцирования газа (ПЭГА). Реализация данного проекта плана позволит ввести дополнительную электрическую мощность в размере 3,7–3,8 млн КВт, обеспечив, таким образом, весь прирост электрической нагрузки в Москве на период до 2010 года. Не менее важные и сложные задачи необходимо решать и в области теплоснабжения. По прогнозу института Генерального плана, прирост теплопотребления до 2010 года составит 9,8 тыс. Гкал/ч. Поэтому при выборе мест размещения и мощности новых источников учитывался и этот фактор. Можно сказать, что реализация данного плана в совокупности с ранее принятыми Правительством города решениями обеспечивает выполнение задачи по обеспечению города теплом. При разработке проекта плана ввода генерирующих мощностей были проанализированы и учтены следующие моменты: - потребность в тепловой и электрической энергиях в данном районе; - территориальная возможность размещения источника генерации; - возможность выдерживания санитарно-защитной зоны; - возможность переключения существующих нагрузок выводимого из работы оборудования РТС на другие источники теплоснабжения на период реконструкции; - возможность выпуска тепловой и электрической мощности; - возможность тепловой загрузки газотурбинных установок, особенно в «летних режимах», для увеличения эффективности работы оборудования. Необходимо отметить, что практически все объекты будут иметь возможность работать в базовом режиме почти круглый год с максимально возможным коэффициентом использования топлива – 80 % и выше. Для оценки эффективности проектов выполнены предварительные расчеты финансово-коммерческой эффективности инвестиций. Расчеты выполнены по двум сценариям: 1. При заданных норме доходности (12 %) и структуре капитала определялись тарифы, окупающие инвестиции. 2. При заданных тарифах (за основу принят фактический средний тариф ОАО «Мосэнерго» за 9 месяцев 2003 года) и структуре капитала определялись критерии эффективности: - чистый дисконтированный доход, - внутренняя норма доходности, - период окупаемости. Данные сценарии расчетов позволяют оценить эффективность проектов как при бюджетном (акционерном) капитале, так и при инвестиционном или заемном. Результаты расчетов представлены на слайде. Их анализ показывает, что, с точки зрения финансово-коммерческого результата, наиболее эффективными являются проекты газотурбинных установок с электрической мощностью 12 МВт. Проекты ГТУ мощностью 50–130 МВт – менее эффективны, но не являются убыточными (чистый дисконтированный доход больше нуля). Повышение эффективности проектов возможно за счет: - увеличения доли потребления на напряжении 1–20 кВ; - снижения капитальных вложений в проекты. Полные расчеты экономической эффективности будут выполнены при разработке бизнес-планов каждого конкретного проекта в первом полугодии 2004 года и лягут в основу работы по привлечению инвесторов. Вопросы, которые необходимо решить для реализации данного плана: 1. Подбор площадок для размещения объектов. В результате совместной работы с институтом Генерального плана и Москомархитектурой практически под все объекты определены новые или прирезаемые участки. Прорабатываются вопросы по двум площадкам, которые будут решены до конца года. 2. Выбор оборудования. Учитывая, что разработкой и изготовлением газотурбинного оборудования отечественные производители занялись недавно, выбор его довольно ограничен. В мощностном ряде до 10 МВт сегодня уже выпускаются и имеют небольшой срок эксплуатации отечественные газовые турбины, производимые в Рыбинске, Перми, Уфе, Самаре. В стадии разработки и изготовления головных образцов – завод «Салют» (Москва) и Энергомашкорпорация (г. Вельск). Оборудование сертифицировано, удовлетворяет российским нормам по экологическим показателям и будет рекомендовано к применению на объектах мощностью 12–20 МВт. Одним из серьезных недостатков данного оборудования является недостаточный срок наработки, что делает затруднительным привлечение его на объекты инвесторов. Как правило, инвестор рассматривает оборудование, имеющее наработку не менее 50 тыс. ч. Для реализации основной части плана – ГТУ-ТЭС мощностью 90–130 МВт – необходимо оборудование единичной мощностью 30–50 МВт. К сожалению, на сегодняшний день такого оборудования в России практически нет. Разработан и находится в стадии изготовления головной образец парогазовой установки мощностью 60 МВт Московского завода «Салют», который намечено смонтировать и ввести в эксплуатацию на ТЭЦ-28 Мосэнерго. По результатам этого внедрения будет рассмотрена возможность его широкого применения. Кроме того, завод «Салют» начал производство газовых турбин мощностью 20 МВт. Однако они имеют ряд недостатков, которые не позволяют применять их в Москве без серьезной доработки – высокие выбросы окислов азота (более 150 мг/м3 при норме до 50 мг/м3) и низкий назначенный ресурс (50 тыс. ч при приемлемом 120–140 тыс. ч). Имеют намерение разработать и изготовить газовую турбину мощностью 30,5 МВт АМНТК «Союз» (Москва) и ряд других российских производителей. Исходя из опыта производителей других стран, на доведение головных образцов до требуемых параметров уходит несколько лет. Учитывая изложенное, реализация нескольких первых проектов потребует применения импортного оборудования. 3. Топливообеспечение. Реализация рассматриваемого плана потребует дополнительно около 6 млрд нм3/год. Поэтому при проработке плана были рассмотрены возможности газотранспортной системы Московского региона пропустить дополнительное количество газа и увеличить его лимит. Возможности всех газораспределительных пунктов и газовых сетей позволяют обеспечить подачу газа в объеме 45–50 млрд нм3/год. При этом максимальная часовая пропускная способность составляет 10,3 млн нм3/ч при потребности города с учетом реализации данной программы 7,8 млн нм3/ч. Ввод в эксплуатацию новых мощностей в 2004–2005 годах будет обеспечен газом в пределах существующих лимитов. Дальнейший ввод, начиная с 2006 года, без увеличения лимита невозможен. Альтернативный вариант – покупка «коммерческого» газа у Газпрома или независимых производителей, но это, учитывая более высокую стоимость, ухудшает финансово-коммерческую эффективность проектов. 4. Экология. Ввод дополнительных генерирующих мощностей и, соответственно, увеличение сжигания топлива приведет к увеличению выбросов вредных веществ. Основная экологическая задача – не допустить увеличения выбросов вредных веществ сверх уровня, определенного Генеральным планом развития г. Москвы до 2020 года. Решение этой задачи будет достигаться путем внедрения на новых объектах только оборудования, соответствующего установленным стандартам (NОx – до 50 мг/нм3), поэтапной замене существующего оборудования на более экологически чистое, внедрение других экологических мероприятий. Такие программы существуют в ОАО «Мосэнерго» и ГУП «Мостеплоэнерго», находятся в стадии реализации и дают существенный эффект. Так, за период с 1991 по 2003 годы в результате реализации природоохранных мероприятий валовой выброс NOx снизился на 183 тыс. т или в 3,9 раза при снижении расхода топлива на 13 %. 5. Кадры. Понимая важность и, возможно, определяющее значение квалификации персонала для надежной и качественной эксплуатации оборудования, на базе учебного центра ГУП «Мостеплоэнерго» заканчивается создание целого ряда тренажеров, в том числе и для газотурбинного оборудования. Кроме того, достигнута договоренность с Московским институтом инженеров транспорта и Московским энергетическим институтом об ускоренной подготовке специалистов по эксплуатации турбинного оборудования, «электриков» и «киповцев» из числа работников ГУП «Мостеплоэнерго». 6. Возможность выпуска мощности. По нашим оценкам, электрическая мощность, произведенная на новых объектах генерации, примерно на 30–40 % будет потребляться на месте по распределительным сетям 10–20 кВ. Оставшаяся часть будет выдаваться в сеть 110–220 кВ для передачи к потребителям в других частях города. В принципе, дополнительная генерация электрической мощности благоприятно скажется на состоянии высоковольтных электрических сетей. За счет дополнительного подпора от новых источников генерации будут уменьшены транзитные перетоки и улучшены режимы работы городских электрических сетей всех классов напряжений. Для полного анализа необходимо разработать комплексную схему электрических сетей 110–220 кВ с учетом ввода новых объектов генерации и электрических подстанций с проведением необходимых расчетов и выдачей рекомендаций. Последний раз такой расчет проводился в 1988 году. 7. Финансирование. Один из больных вопросов последних лет – организация финансирования. По нашим оценкам, для реализации данной программы потребуется 120–130 млрд. руб. в ближайшие 7–8 лет. При этом пик финансовой нагрузки приходится на 2006–2008 годы. Основными источниками, которые могли бы быть задействованы в реализации данного плана, могут быть: - городской бюджет; - кредитные (заемные) средства; - инвесторы; - инвестиционная составляющая в тарифах энергоснабжающих организаций. Учитывая стратегическое значение вновь создаваемых мощностей, обеспечивающих энергетическую безопасность города, внедрение ГТУ ТЭС на действующих РТС, принадлежащих городу, важность некоторых объектов в части сроков внедрения, доля городского бюджета и других городских источников находится на уровне 70–75 млрд. руб. Электроэнергетика – капиталоемкая отрасль, требующая долгосрочных вложений капитала.Поэтому в качестве инвесторов могут быть привлечены только стратегические инвесторы, не ожидающие окупаемости вложенных средств за 1–2 года. Для привлечения инвесторов в энергетику Москвы необходимо решить несколько вопросов, в том числе, следующие основные: - заключение долгосрочного (12–15 лет) договора на покупку энергии с нормой возврата на вложенный капитал, обеспечивающей окупаемость проекта; - заключение долгосрочного (12–15 лет) договора на топливоснабжение. Учитывая ожидаемую в ближайшем будущем реформу электроэнергетики, большое количество выработавшего ресурс оборудования и, как следствие, дефицит электроэнергии, вложения в энергетику должны быть эффективны. Уже сегодня можно привести ряд примеров, когда инвестор серьезно рассматривает возможность вложения своих средств в строительство электростанций: ЗАО «Сити-энерго», «Ангстрем» (г. Зеленоград), ЗАО «Московская энергетическая компания» и др. В качестве основных задач на 2004 год можно выделить следующие: 1. Разработка комплексной схемы высоковольтных электрических сетей 110–220 кВ с учетом ввода новых мощностей и строительства ряда электроподстанций. 2. Разработка бизнес-планов на каждый конкретный объект с обоснованием экономической эффективности его реализации и активные работы по привлечению инвесторов. 3. Ввод заранее запланированных объектов, по которым уже выполнены проекты (ГТУ на РТС «Курьяново», «Пенягино» и РТС-3 в г. Зеленограде), и начало строительства нескольких наиболее важных для города объектов: - парогазовой установки (ПГУ) на РТС «Строгино» для обеспечения электроэнергией Краснопресненской магистрали с Серебряноборскими тоннелями; - ГТУ-ТЭС в пос. Северный; - ГТУ на РТС «Химки-Ховрино»; - ГТУ-ТЭС «Кожухово». Потребность в финансовых средствах на 2004 год составляет 4,4 млрд. руб., в том числе из городских источников – 2,5 млрд. руб. В заключение еще раз хочу подчеркнуть, что реализация данного плана позволит удовлетворить растущую потребность города в энергии, обеспечит его энергетическую безопасность, даст возможность промышленного и социального развития.
Ю. А. Табунщиков, доктор техн. наук, профессор, президент НП «АВОК» М. М. Бродач, канд. техн. наук, доцент МАрхИ Н. В. Шилкин, инженер Один из самых новых небоскребов Манхэттена, 48-этажный «Conde Nast Building@Four Times Square», является также одним из самых экологичных. Его высота составляет 264 м, площадь – 150 тыс. м2. Офисное здание находится на углу Бродвея и 42-й улицы. Здание спроектировано американскими архитекторами Робертом Фоксом (Robert Fox) и Брюсом Фоулом (Bruce C. Fowle), архитектурное бюро «Fox & Fowle Architects». Строительство здания было начато в 1996 году и закончено в январе 2000 года. Особенностью здания является его система энергоснабжения с использованием топливных элементов, а также система энергосберегающих мероприятий, обеспечивающих снижение затрат энергии на климатизацию и освещение при одновременном повышении качества микроклимата. Использование энергосберегающих мероприятий потребовало более высоких инвестиций в строительство, но при этом обеспечило существенное снижение эксплуатационных расходов, уменьшение вредного воздействия на окружающую среду и улучшение качества микроклимата. По первоначальным оценкам, эксплуатационные расходы в этом здании на 15–20 % ниже, чем в подобных зданиях, построенных без использования энергосберегающих мероприятий. Период окупаемости энергосберегающих мероприятий оценивается в 6–10 лет. Общая стоимость строительства составила около $270 млн (в эту сумму не входит стоимость земельного участка). Рис. 1. ) Схема здания «Conde Nast Building@Four Times Square» Климатические характеристики района строительства В табл. 1 приведены климатические характеристики Нью-Йорка, а также, для сравнения, климатические характеристики Москвы и Ростова-на-Дону. Таблица 1 Климатические характеристики Нью-Йорка, Москвы и Ростова-на-Дону Нью-Йорк Москва Ростов- на-Дону Географические координаты 40° с. ш., 73° з. д. 55° с. ш., 37° в. д. 47° с. ш., 39° в. д. Среднегодовая температура наружного воздуха 10,7 °С 3,8 °С 8,7 °С Средняя температура наиболее холодного месяца -1,8 °С -10,2 °С -5,7 °С Средняя температура наиболее жаркого месяца 22,8 °С 18,1 °С 22,9 °С Средняя максимальная температура наиболее жаркого месяца 27,1 °С 23,7 °С 29,1 °С Основные энергоэффективные мероприятия, использованные при строительстве здания 1. Собственная электростанция на топливных элементах для электроснабжения, побочный продукт химической реакции (горячая вода) используется для теплоснабжения и горячего водоснабжения (рис. 1). 2. Использование фотоэлектричества для электроснабжения. 3. Абсорбционные чиллеры/нагреватели с прямым использованием природного газа (direct-fired absorption chiller/heaters). 4. Использование главным образом естественного освещения. 5. Окна с повышенными тепло- и солнцезащитными характеристиками. 6. Ограждающие конструкции с сопротивлением теплопередаче 3,52 м2•°С/Вт. 7. Автоматическое управление освещением с датчиками, регистрирующими наличие людей в подсобных помещениях и на лестничных клетках. 8. Осветительные приборы с малым энергопотреблением и световые указатели на светодиодах. 9. Насосы и вентиляторы с регулируемым электроприводом. Кроме энергосбережения, большое внимание уделялось повышению качества микроклимата за счет увеличения воздухообмена и применения нетоксичных материалов. Проектировщики использовали системный подход, рассматривая здание как единую систему (whole-building approach). Для выбора оптимальных характеристик наружных ограждающих конструкций и параметров системы климатизации использовалось математическое моделирование при помощи программного пакета «DOE-2.1», разработанного Американским министерством энергетики (Departament of Energy, DOE). Программный пакет «DOE-2.1» позволяет моделировать почасовое потребление энергии зданием с учетом условий наружного климата и сравнивать различные способы достижения энергоэффективности. Первоначальный замысел предусматривал выбор формы здания, позволяющей оптимальным образом использовать теплопоступления с солнечной радиацией, однако в связи с ограниченными размерами участка, отведенного под строительство, от этого замысла пришлось отказаться. Рис. 2. Схема топливного элемента Система энергоснабжения здания Наиболее интересным элементом здания является его система энергоснабжения. Здание использует три вида энергии: - электрическую энергию от городской электросети; - природный газ для тепло- и холодоснабжения здания, а также для получения электрической энергии, тепла и воды в специальных электрохимических генераторах – топливных элементах; - солнечную радиацию для получения электрической энергии в фотоэлектрических панелях (солнечных батареях), которыми облицованы верхние этажи здания. Производство энергии на месте позволяет снизить потери при транспортировке. Получение электрической энергии, тепла и воды в топливных элементах Топливный элемент (электрохимический генератор) – устройство, вырабатывающее электроэнергию из водорода и кислорода в результате электрохимической реакции (без процесса горения). В отличие от обычных батарей топливные элементы не аккумулируют электрическую энергию, а преобразуют в электрическую энергию часть энергии топлива, поступающего от внешнего источника (рис. 2). В процессе работы химический состав топливного элемента не изменяется, т. е. топливный элемент не нуждается в перезарядке. Для производства электрической энергии может использоваться не только чистый водород, но и другое водородосодержащее сырье, например природный газ, аммиак, метанол или бензин. В качестве источника кислорода используется обычный воздух. При использовании чистого водорода в качестве топлива продуктами реакции, помимо электрической энергии, являются тепло и вода (или водяной пар), т. е. в атмосферу не выбрасываются газы, вызывающие загрязнение воздушной среды или парниковый эффект. Если в качестве топлива используется водородосодержащее сырье, например природный газ, побочным продуктом реакции будут и другие газы, например оксиды углерода и азота, однако их количество значительно ниже, чем при сжигании такого же количества природного газа. Процесс химического преобразования топлива с целью получения водорода называется реформингом, а соответствующее устройство – реформером. Топливные элементы энергетически более эффективны, чем двигатели внутреннего сгорания. Коэффициент полезного действия топливных элементов составляет 50 %, в то время как КПД двигателей внутреннего сгорания составляет 12–15 %, а КПД паротурбинных энергетических установок не превышает 40 %. При использовании тепла и воды эффективность топливных элементов еще более увеличивается. Топливные элементы можно размещать непосредственно в здании, при этом снижаются потери при транспортировке энергии, а тепло, образующееся в результате реакции, можно использовать для теплоснабжения или горячего водоснабжения здания. Достоинствами топливных элементов являются также доступность топлива, надежность (в топливном элементе отсутствуют движущиеся части) и долговечность. Рис. 3. Топливный элемент космического корабля «Спейс Шаттл» Принцип действия топливных элементов был открыт в 1839 году. Английский ученый Уильям Гроув (William Robert Grove, 1811–1896) обнаружил, что процесс электролиза – разложения воды на водород и кислород посредством электрического тока – обратим, т. е. водород и кислород можно объединять в молекулы воды без горения, но с выделением тепла и электрического тока. Прибор, в котором удалось провести такую реакцию, Гроув назвал «газовой батареей» («gas battery»), которая представляла собой первый топливный элемент. Активное развитие технологий использования топливных элементов началось после Второй мировой войны, и связано оно с аэрокосмической отраслью. В это время велись поиски эффективного и надежного, но при этом достаточно компактного источника энергии. В 1960-х годах специалисты НАСА выбрали топливные элементы в качестве источника энергии для космических кораблей программ «Аполлон» (пилотируемые полеты к Луне), «Союз-Аполлон» и «Скайлаб». На корабле «Аполлон» были использованы три установки мощностью 1,5 кВт (пиковая мощность 2,2 кВт), использующие криогенный водород и кислород для производства электроэнергии, тепла и воды. Масса каждой установки составляла 113 кг. Они работали параллельно, но энергии, вырабатываемой одной установкой, было достаточно для безопасного возвращения. В течение 18 полетов топливные элементы наработали в общей сложности 10 000 часов без каких-либо отказов. В настоящее время топливные элементы применяются в космических кораблях многоразового использования – «Спейс Шаттл», где используются три установки мощностью 12 кВт, которые вырабатывают всю электрическую энергию на борту космического корабля (рис. 3). Вода, получаемая в результате электрохимической реакции, используется в качестве питьевой, а также для охлаждения оборудования. В нашей стране также велись работы по созданию топливных элементов для использования в космонавтике, в том числе в рамках программы «Буран». Рис. 4. Топливный элемент мощностью 5 кВт, установленный в багажнике автомобиля В настоящее время развитие технологий использования топливных элементов идет в трех направлениях: создание стационарных электростанций на топливных элементах (как для централизованного, так и для децентрализованного энергоснабжения), энергетических установок транспортных средств (рис. 4) (созданы образцы автомобилей и автобусов на топливных элементах, в том числе и в нашей стране), а также создание источников питания различных мобильных устройств (портативных компьютеров, мобильных телефонов и т. д.). В любом топливном элементе часть энергии химической реакции выделяется в виде тепла. Количество электрической энергии, производимой топливным элементом, зависит от типа топливного элемента, геометрических размеров, температуры, давления газа. Отдельный топливный элемент обеспечивает ЭДС около 1 В. Можно увеличить размеры топливных элементов, однако на практике используют несколько элементов, соединенных в батареи. Рис. 5. Монтаж топливного элемента в здании Рис. 6. Абсорбционный чиллер В некоторых типах топливных элементов химический процесс может быть обращен: при подаче на электроды разности потенциалов воду можно разложить на водород и кислород, которые собираются на пористых электродах. При подключении нагрузки такой регенеративный топливный элемент начнет вырабатывать электрическую энергию. Для получения электрической энергии в рассматриваемом здании установлены два топливных элемента PC25 (рис. 5). Этот топливный элемент использует в качестве электролита раствор ортофосфорной (фосфорной) кислоты (H3PO4). Мощность каждого топливного элемента составляет 200 кВт, в качестве источника водорода используется природный газ. Топливные элементы расположены на четвертом этаже здания. В ночное время они обеспечивают 100 % потребности здания в электрической энергии, а в дневное время – 5 % потребности. Годовая производительность двух этих установок составляет 3 млн кВт•ч. Электричество вырабатывается из природного газа и воздуха без процессов горения, единственные побочные продукты химической реакции – горячая вода и двуокись углерода. Горячая вода с температурой около 60 °С используется для горячего водоснабжения, а также для обогрева здания в зимнее время. Стоимость одного элемента составляет около $200 тыс. (примерно по $1 000 за киловатт производимой энергии). Период окупаемости установки оценивается менее чем 10 лет (зависит от стоимости природного газа). Установленные в здании топливные элементы PC25 состоят из трех основных частей: реформера, в котором происходит преобразование природного газа в водород, непосредственно самой батареи топливных элементов, преобразующих водород и кислород в горячую воду и вырабатывающих электрическую энергию, и электрического преобразователя напряжения, преобразующего постоянный ток в переменный. Основные технические характеристики топливного элемента PC25 приведены в табл. 2. Получение электрической энергии в фотоэлектрических панелях Встроенные в здание фотоэлектрические панели позволяют снизить потребности здания в электроэнергии. Пиковая мощность фотоэлектрических панелей достигает 15 кВт. Фотоэлектрические панели расположены на верхних 19 этажах здания с южной и восточной сторон (рис. 7). Тонкопленочные фотоэлектрические элементы были наклеены на листы закаленного стекла и интегрированы в фасад между рядами окон в виде полос шириной 150 см. Панели, интегрированные в ограждающие конструкции, увеличивают теплозащитные характеристики ограждений. Таблица 2 Основные технические характеристики топливного элемента PC25 Характеристика Значение Установочная мощность 200 кВт Вырабатываемая электрическая энергия 480/227 В, 60 Гц, 3 фазы или 400/230 В, 50 Гц, 3 фазы Потребление топлива Природный газ – 57,4 м3/ч Газ из метатенка – 90 м3/ч при 60 % содержании CH4 Выделяемые загрязнения CO – <2 ppm NOx – <1 ppm SOx – незначительно Вырабатываемая тепловая энергия 264 кВт•ч при температуре 60 °С или 132 кВт•ч при температуре 60 °С и 132 кВт•ч при температуре 120 °С Уровень шума 60 дБ (A) (допускается установка внутри здания) Габаритные размеры 3 x 3 x 5,5 м Масса 18,1 т Система климатизации здания Механическая система вентиляции обеспечивает помещения наружным воздухом. Воздухозаборные устройства располагаются на высоте 24 и 213 м над уровнем земли. Система вентиляции – с переменным расходом приточного воздуха (VAV). Расход приточного воздуха составляет 3,66 м3/(ч•м2). По требованию арендаторов можно обеспечить дополнительную вентиляцию 0,9 м3/(ч•м2). Воздухообмен в помещениях на 50 % выше, чем требуется по американским нормам. Газовый состав наружного воздуха, поступающего в здание, контролируется при помощи газоанализаторов, установленных в приточных устройствах. Через заданные промежутки времени в наружном воздухе оценивается концентрация диоксида углерода (CO2, углекислого газа) и оксида углерода (CO, угарного газа). Система подачи воздуха в помещения – через воздухораспределители, установленные в полу, и с прокладкой воздуховодов под фальшполом обслуживаемого помещения. Там же, под фальшполом, прокладываются электрические коммуникации. Помещения со сходными требованиями к параметрам микроклимата и освещенности объединены в группы, что позволяет точнее и эффективнее регулировать эти параметры, а также уменьшить суммарную длину системы воздуховодов. На каждом этаже уровень вентиляции может устанавливаться индивидуально. Курительные комнаты посредством индивидуальных вентиляционных каналов соединяются с отдельной вытяжной вентиляционной шахтой, расположенной в центральной части здания. В здании используются нетоксичные материалы, применение которых позволяет улучшить качество внутреннего воздуха. Мебель, ковровые покрытия и оборудование также оказывают влияние на качество воздуха, но они выбирались арендаторами помещений. Было выпущено специальное руководство для арендаторов, определяющее наиболее предпочтительные материалы и оборудование. Получение холодной и горячей воды для охлаждения и отопления здания обеспечивается абсорбционными чиллерами/нагревателями с прямым использованием природного газа (direct-fired natural-gas absorption chiller/heaters). В отличие от компрессорных установок кондиционирования воздуха, работающих на электрической энергии, в данных установках в качестве источника энергии используется относительно дешевый природный газ. Кроме снижения затрат на тепло- и холодоснабжение, использование природного газа позволяет снизить загрязнение воздушной среды, поскольку в установках этого типа не применяются озоноразрушающие соединения (CFC и HCFC). Проектировщики называют эти установки «экологически эффективными» («environmentally efficient»). Четыре таких установки располагаются на 48 этаже (рис. 6). Каждая установка состоит из абсорбера, генератора, насоса и рекуперативного теплообменника. Установки имеют разную мощность, что позволяет использовать их в различных комбинациях для наилучшего удовлетворения потребностей здания. Установка оборудования теплоснабжения непосредственно в здании позволила снизить потери, связанные с транспортировкой энергии. Установка такого оборудования потребовала более высоких капитальных затрат, однако эксплуатационные расходы значительно снизились. Период окупаемости этих установок составляет 3 года. Для управления всем оборудованием климатизации используется компьютерная система (DDC – Direct Digital Control). Рис. 7. Верхние этажи здания с интегрированными фотоэлектрическими панелями (источник ) Освещение и окна Для снижения затрат энергии и создания лучшего психологического комфорта в здании широко использовалось естественное освещение рабочих мест. Для этого применялись окна большой площади, высота которых составляет 2,1 м при высоте помещений 2,7 м. Однако при большой площади остекления необходимо было решить проблемы, связанные со значительными теплопоступлениями от солнечной радиации, которые увеличивают нагрузку на систему климатизации здания в летнее время, а также со значительными теплопотерями через остекление в зимнее время. Для решения этих проблем проектировщиками было использовано стекло с повышенными тепло- и солнцезащитными характеристиками, позволяющее снизить теплопотери и теплопоступления от солнечной радиации, но хорошо пропускающее свет видимого диапазона. Сопротивление теплопередаче окон составляет 0,59 м2•°С/Вт при коэффициенте затенения 0,30 и коэффициенте светопропускания 0,40. Помещения, расположенные вдоль наружного периметра здания, не препятствуют естественной освещенности внутреннего пространства. Всего на каждом этаже естественным образом может быть освещено до 25 % площадей. Внутренние помещения здания окрашивались преимущественно в светлые цвета, что также позволило улучшить естественную освещенность рабочих мест за счет отражения света. Для уменьшения расхода энергии осветительными приборами проектировщики использовали ряд решений, повышающих эффективность освещения. Эти решения включали установку высокоэффективных люминесцентных осветительных приборов с малым энергопотреблением и централизованным управлением, применение световых указателей на светодиодах (LED), а также включение освещения в местах временного пребывания людей (например, на лестничных клетках) только при их присутствии. Для определения наличия людей в этих зонах используются датчики движения (motion sensing). Литература 1. 4 Times Square New York City. Highlighting high performance. US DOE. 2001. 2. Energy efficiency in a Manhattan skyscraper. CADDET. 2000. 3. Environmental Guidelines For Tenant Improvements. Conde Nast Building@Four Times Square.
Финансовая стратегия для сектора. Предисловие от редакторов или немного о себе. Состояние эско сегодня. Alliance to save energy. Перфоманс-контрактинг: новые горизонты. Главная -> Экология 
|