При том, что основным потребителем тепла и электроэнергии на производстве безусловно являются технологические процессы, значительный и зачастую нереализуемый потенциал снижения затрат имеется в области энергоснабжения зданий и помещений промышленных предприятий. Поддержание температурного режима для хранения продукции на складах, возможность сохранять нужную температуру при производстве работ, обеспечение комфортных условий труда работников на производстве и в административных зданиях – для решения этих задач в большинстве случаев используются традиционные системы холодоснабжения на базе парокомпрессионных холодильных машин (ПКХМ). Превосходящие по энергопотреблению другие доступные технологии, ПКХМ уверенно сохраняют позиции на российском рынке за счет привлекательной цены. Однако сегодня у традиционной ПКХМ есть сильный конкурент- абсорбционный чиллер (АБХМ). Почему несмотря на более высокие капитальные затраты прогрессивные компании все чаще выбирают абсорбционные технологии? Сравним экономику проектов внедрения системы холодоснабжения с использованием обеих технологий на примере реального объекта.
Рассматриваемый объект – административное здание общей площадью 129 916 м². Площадь кондиционирования – 98 437 м², общая холодопроизводительность – 10 467 кВт (9 млн. ккал), общая тепловая мощность – 8 061 кВт (6,93 млн. ккал).
Классическая центральная система кондиционирования воздуха состоит из холодильных машин (парокомпрессионных холодильных машин), контуров охлаждения и отопления, насосов системы охлаждения, системы управления, воздушного конденсатора (сухой градирни), запорно-регулирующей арматуры, фильтров, теплоизоляции, системы водоочистки и другого вспомогательного оборудования, сети трубопроводов охлажденной/нагретой и охлаждающей воды, а также внутренних терминалов системы кондиционирования.
Абсорбционный чиллер против электрического. Плюсы и минусы
Для решения задачи центральную систему кондиционирования возможно спроектировать двумя способами:
1. Традиционный электрический чиллер + газовый котел.
Преимущества такого решения:
- Простота в эксплуатации. История развития электрических чиллеров (центробежных и винтовых) насчитывает почти 100 лет, а потому это хорошо знакомое и понятное оборудование.
- Высокий КПД.
- Адекватная стоимость. Как правило, ПКХМ примерно в половину дешевле АБХМ той же охлаждающей способности.
Его недостатки:
- Охлаждение обеспечивается за счет механической работы компрессора, который подвержен механическому износу, отказам и снижению срока службы.
- Значительное энергопотребление влечет за собой дополнительные инвестиции в оборудование для распределения высокого и низкого напряжения; потребляемая мощность огромна.
- Из-за использования газовых котлов в отопительный сезон насосная система усложняется, требуется большая площадь машинного зала, а также дополнительное газовое оборудование.
- Обычная насосная система имеет довольно высокую потребляемую мощность. Регулирование частоты вращения насосов и вентиляторов градирни отсутствует.
- Срок службы газового котла относительно короткий, а потребление газа высокое.
2. Абсорбционный чиллер прямого нагрева.
Преимущества решения:
- Холодильная машина без компрессора, механического износа нет, а, следовательно, меньше поломок.
- Срок службы АБХМ до 60 лет.
- Низкая потребляемая электрическая мощность.
- Наличие функций охлаждения, отопления и горячего водоснабжения позволяет отказаться от установки газового котла.
- Может быть реализована автоматическая управляемая работа и удаленный сетевой мониторинг системы кондиционирования без присутствия персонала.
- Изменения нагрузки могут быть тщательно отслежены системой водоснабжения с регулируемой частотой.
- Низкая нагрузка – экономия энергии.
Его недостатки:
- Абсорбционный чиллер больше по размеру и тяжелее по массе, а значит, пространства для установки потребуется больше.
- Инвестиционные затраты на абсорбционный чиллер прямого нагрева по сравнению с электрическим чиллером и газовым котлом выше, а требования к вакуумной производительности агрегата очень высоки. При плохом вакууме охлаждающая способность может снизиться.
- Основным источником энергии является газ. Номинальный COP (coefficient of performance — коэффициент трансформации) составляет 1,42, а общее количество охлаждающей воды должно быть немного больше, чем у электрического чиллера.
- Требуется профессиональное квалифицированное обслуживание для эксплуатации оборудования.
- Инвестиции в систему кондиционирования на базе АБХМ выше.
Как видим список аргументов «за» и «против» у обоих вариантов внушителен. Поэтому, чтобы выяснить, что выгоднее, обратимся к расчетным данным.
Сравнение капитальных затрат
Вначале проанализируем состав и стоимость системы на базе ПКХМ:
| Оборудование | Характеристики | Кол-во |
| Центробежный чиллер | Холодопроизводительность: 34,89 кВт
Энергопотребление: 690 кВт |
2 |
| Винтовой чиллер | Холодопроизводительность: 1 745 кВт
Энергопотребление: 345 кВт |
2 |
| Газовый котел с обвязкой | Теплопроизводительность: 4 030 кВт
Энергопотребление: 15 кВт Потребление газа: 474 м³/ч |
2 |
| Насосные станции для контуров охлаждения и отопления, ЧРП, воздушные конденсаторы, вспомогательное оборудование и материалы | Оборудование для обеспечения работоспособности системы кондиционирования | 1 |
| Стоимость на условиях «под ключ» (включая работы), млн. р. | 100,35 | |
| Присоединение к электрическим сетям | Потребление: 3190 кВт | 1 |
| Присоединение к газовым сетям | Потребление: 948 м³ | 1 |
| Стоимость на условиях «под ключ» (включая работы), млн. р. | 205,56 | |
Теперь аналогичным образом рассмотрим состав системы холодоснабжения на базе АБХМ и инвестиции в нее.
| Оборудование | Характеристики | Кол-во |
| Абсорбционный чиллер прямого нагрева | Холодопроизводительность: 3 489 кВт
Теплопроизводительность: 2 687 кВт Энергопотребление: 21,7 кВт |
3 |
| Насосные станции для контуров охлаждения и отопления, ЧРП, градирня, вспомогательное оборудование и материалы | Оборудование для обеспечения работоспособности системы кондиционирования | 1 |
| Стоимость на условиях «под ключ» (включая работы), млн. р. | 136,84 | |
| Присоединение к электрическим сетям | Потребление: 488 кВт | 1 |
| Присоединение к газовым сетям | Потребление: 864 м³ | 1 |
| Стоимость на условиях «под ключ» (включая плату за присоединение), млн. р. | 161,44 | |
Как видим, инвестиции в полностью укомплектованную систему на базе АБХМ ниже классической системы на базе электрических чиллеров, однако не столько из-за дешевизны оборудования (наоборот, система с абсорбционным чиллером стоит на треть дороже), сколько за счёт обязательных платежей за подключение к сетям. По существующей градации стоимость подключения 1 кВт электроэнергии для системы с АБХМ будет стоить примерно в два раза меньше, чем для системы с ПКХМ из-за меньшей подключаемой мощности (по регионам эта стоимость варьируется; в рассматриваемом случае мы приняли 15 000 и 30 000 р/кВт соответственно). Стоимость подключения газа условно принята в 20 000 р/м³.
Однако оценивать любой проект правильнее с позиций стоимости владения, принимая во внимание все связанные с ним затраты, которые владелец будет нести в течение всего срока эксплуатации, а также затраты на его ресурсообеспечение (эксплуатационные затраты).
Сравнение годовых эксплуатационных расходов
В первую очередь сравним затраты на энергоресурсы.
Для этого приведем данные об энергопотреблении оборудования в составе обеих систем и учтем стоимость топлива и электроэнергии на текущий момент (не забывая при этом, что тарифы внешних поставщиков имеют устойчивую тенденцию к росту).
Характеристики оборудования:
| Наименование | Электрический чиллер＋котел＋распределительная система | Абсорбционный чиллер прямого нагрева BROAD |
| Потребляемая мощность холодильной машины | Центробежный чиллер: 690 кВт×2
Винтовой чиллер: 345 кВт×2 |
21,7 кВт×3 |
| Потребляемая мощность для отопления | Котел: 15 кВт×2 | — |
| Насосы охлаждённой воды | 75 кВт×2, 45 кВт×2 | 30 кВт×6 |
| Насосы воды отопления | 75 кВт×3 | 30 кВт×3 (один насос на нужды отопления) |
| Насосы оборотной воды | 75 кВт×2 + 45 кВт×2 | 22 кВт×6 |
| Градирня | 22 кВт×2 + 13 кВт×2 | 37 кВт×3 |
| Потребление эл. эн. для генерации холода | 2 875 кВт (без резервных насосов) | 488 кВт |
| Потребление эл. эн. для генерации тепла | 255 кВт | 155 кВт (насос охлаждённой воды и воды отопления) |
| Потребление природного газа для генерации холода | — | 254 м³×3 |
| Потребление природного газа для генерации тепла | 474 м³×2 | 288 м³×3 |
| Потребление воды для подпитки градирни | — | 40 м³ |
Исходные данные для расчёта:
| Стоимость эл. эн.: 5,4 руб/кВт ч | Природный газ：6 руб/м³ |
| Стоимость воды: 25 руб/м3 | |
| Период холодоснабжения: 120 дней в году | Отопительный период: 210 дней в году |
| Режим работы: 14 ч/день | Годовой коэффициент использования: 0,6 |
На основании приведенных данных можем рассчитать стоимость энергоресурсов для обеспечения работы системы на электрических и абсорбционных чиллерах.
Система кондиционирования на базе ПКХМ:
Потребление эл. эн. на нужды охлаждения: 2 875 кВт × 5,4 руб/ кВт·ч × 1 680 ч × 0,6 = 15,65 млн.р.
Потребление газа на нужды отопления: 474 м³ × 2 × 6 руб /м³ × 2 940 ч × 0,6 = 10,03 млн.р.
Потребление эл. эн. на нужды отопления: 255 кВт × 5,4 руб/ кВт·ч × 2 940 ч × 0,6 = 2,43 млн.р.
Итого: 28,11 млн.р. (286 руб /м²).
Система кондиционирования на базе АБХМ:
Потребление газа на нужды охлаждения: 254 м³ × 3 × 6 руб /м³ × 1 680 ч × 0,5 = 3,84 млн.р. (При средней загрузке абсорбционного чиллера 60%, потребление газа составляет не более 50% от номинальной).
Потребление эл. эн. на нужды охлаждения: 488 кВт × 5,4 руб/ кВт·ч × 1 680 ч × 0,6 = 2,66 млн.р.
Потребление газа на нужды отопления: 288 м³ × 3 × 6 руб/м³ × 2 940 ч × 0,6 = 9,14 млн.р.
Потребление эл. эн. на нужды отопления: 155 кВт × 5,4 руб/ кВт·ч × 2 940 ч × 0,6 = 1,48 млн.р.
Потребление воды для подпитки градирни: 40 м³/ч × 25 р/м³ × 4 620 ч × 0,6 = 2,77 млн.р.
Стоимость реагентов для водооборотного цикла: 0,6 млн.р.
Итого: 20,49 млн.р. (208 руб /м²).
Очевидно, что с абсорбционным чиллером тратить придется меньше, но так ли важна эта экономия? Считаем дальше.
Стоимость годового обслуживания
Теперь оценим стоимость обслуживания обеих систем.
| Система кондиционирования на базе ПКХМ | Система кондиционирования на базе АБХМ | |
| Состав системы | 4 чиллера, 2 котла, 16 насосов, 4 воздушных конденсатора и иное вспомогательное оборудование | 3 АБХМ прямого нагрева, 1 градирня и иное вспомогательное оборудование |
| Персонал | 3 человека | 1-2 человека |
| Частота отказов | 1. Как правило, электрический чиллер может работать стабильно около 5-7 лет, но из-за работы на высоких скоростях он подвержен механическому износу. Компрессор подлежит замене через 7-10 лет (дополнительные расходы).
2. Дозаправка хладагента (дополнительные расходы). 3. Бесплатный гарантийный срок, как правило, составляет 1 год с использованием единого режима обслуживания и заправки. 5 лет спустя расходы на техническое обслуживание и ремонт будут увеличиваться с каждым годом. 4. Процент отказов котлового оборудования относительно высок. 5. Применяемые насосы и электрические шкафы – оборудование не специального изготовления, частота отказов и срок службы относительно невелики. 6. Затраты на техобслуживание после 5 лет – непредсказуемо. |
1. АБХМ прямого нагрева поставляется со всем необходимым вспомогательным оборудованием (включая градирню). Специально разработанная система автоматического управления профилактического типа и удаленный мониторинг позволяют избежать сбоев в работе оборудования.
2. Бесплатная гарантия – 2 года. После – сервисное обслуживание в рамках отдельного контракта. 3. Операторы не обслуживают оборудование, а только управляют им. |
| Срок эксплуатации основного оборудования | ПКХМ – 15-20 лет, котел 8-12 лет. | 60 лет |
| Стоимость годового обслуживания | 1,9 млн.р. | 1 млн.р. |
Говоря о стоимости обслуживания, безусловно, надо обратить внимание на вопрос сервисного обслуживания и гарантии. Здесь, впрочем, речь не о его стоимости, а об оперативности и удобстве заказчика.
В случае с системой на электрических чиллерах, их производитель предоставляет собственный сервис, а сервис вспомогательных установок обычно передается на аутсорсинг агентам или дилерам. Расходы на техобслуживание чиллера непредсказуемы через 5 лет, и нет необходимости в постоянном обслуживающем персонале для других устройств. Обслуживание оборудования несколькими организациями является устоявшейся практикой. В случае возникновения проблемы сложно найти ответственного за поломку или распределить эту ответственность между организациями.
Покупатель абсорбционного чиллера заключает контракт с одной организацией, которая несет ответственность за обслуживание системы. На практике это значительно сокращает сроки решения любых связанных с неисправностью оборудования проблем.
Итак, все основные параметры для сравнения мы рассмотрели, а теперь подведем итог.
Анализ стоимости и экономия. Почему абсорбционный чиллер выгоднее
| No. | Наименование | Система кондиционирования на базе ПКХМ | Система кондиционирования на базе АБХМ | Разница |
| 1 | Капитальные затраты (без учёта стоимости технологического присоединения) | 100,35 млн.р. | 136,84 млн.р. | -36,49 млн.р. |
| 2 | Капитальные затраты (с учётом стоимости технологического присоединения) | 205,56 млн.р. | 161,44 млн.р. | 44,12 млн.р. |
| 3 | Эксплуатационные затраты (с учётом сервисного обслуживания) | 30,01 млн.р. | 21,49 млн.р. | 8,52 млн.р. |
| 4 | Простой срок окупаемости (без учёта стоимости технологического присоединения) | 36,49 ÷ 8,52 = 4,28 лет | ||
| 5 | Вторичные инвестиции (замена компрессоров ПКХМ 1 раз в ~10 лет, оценочно) | 32,8 млн.р. | 0 | 32,8 млн.р. |
| 6 | Экономия в первые 10 лет эксплуатации | 8,52 млн.р. × 10 лет + 32,8 млн.р. = 118 млн.р. | ||
Как видим, выводы очевидны. Система на базе АБХМ имеет явные преимущества и в целом при оценке капитальных затрат с учётом всех статей расходов, и в перспективном планировании с учётом эксплуатационных затрат. Простой срок окупаемости составляет менее 5 лет. При этом в случае промышленного предприятия, имеющего в распоряжении условно-бесплатные источники тепла для работы АБХМ, экономическая привлекательность проектов с внедрением абсорбционного чиллера становится еще выше.
