Советские инженеры, проектировавшие Ангарский каскад ГЭС, предполагали использование дешёвого электричества, выработанного за счёт использования энергии воды, для нужд не только тяжёлой промышленности, но и других отраслей. Сферу теплоснабжения не обошли стороной, примером чему стали многочисленные электрокотельные, расположенные, скажем, в Нижнеилимском районе. Две подобные электрокотельные построили и для отопления вкупе с горячим водоснабжением одной из ступеней каскада станций – Усть-Илимской ГЭС. В одной из них было установлено шесть котлов совокупной тепловой мощностью 960 кВт. Потребляемая электрическая мощность составляет примерно 255 кВт – несложно подсчитать, что за год на обогрев и горячее водоснабжение уходит более 2,2 млн кВт-ч. В прежние времена, когда электроэнергия была крайне дешёвой, энергетики могли пренебречь этими затратами. Но со­временность диктует другие правила: во-первых, выросла стоимость киловатт-часа, во-вторых, Усть-Илимская ГЭС, в полном соответствии с правилами рынка, не получает за мощность, которую сама себе поставляет. Расходы на это довольно велики – затраты только на электроэнергию в 2013 году оценивали в 1,6 млн рублей. 

В то же время сама работающая станция поставляет дармовое тепло – нагретую до 20 градусов по Цельсию воду из систем охлаждения трансформаторов, которую сбрасывают в Ангару. Технология его отбора через систему теплообменников для дальнейшего использования известна давно: первый действующий тепловой насос был собран ещё в позапрошлом веке, а широко применять их в скандинавских странах начали во второй половине прошлого века. Заключается она в том, что источник низкопотенциального тепла, в роли которого могут выступать сточные воды или атмосферный воздух, попадающий в первичный контур, охлаждается, отдавая тепло хладагенту с низкой температурой кипения. Последний поступает в компрессор, где происходит его сжатие под высоким давлением, вызывающее нагрев. В дальнейшем хладагент, перешедший в газообразное состояние, передаётся в компрессор, который отбирает его тепло для нагрева воздуха в помещении или, как в случае с Усть-Илимской ГЭС, воды в системе отопления. Остывший газ, в свою очередь, преобразуется в жидкость и используется повторно. Принцип работы чем-то схож с обычным бытовым холодильником, с той разницей, что отобранное тепло не рассеивается через радиатор, а находит своё применение в системе отопления. Конечно, для этого необходимо затратить электроэнергию, но её расходы в сравнении с той же электробойлерной невелики. Вдобавок теплонасос эффективнее: коэффициент преобразования одного вида энергии в другой у современных установок колеблется в пределах 4-5, то есть один киловатт-час электричества на выходе даёт 4-5 кВт-ч (0,34 – 0,43 Гкал) тепла. 

Два вместо шести

Возможность использования такого рода техники обсуждали на всех гидростанциях Ангарского каскада, но готовый проект разработали и реализовали пока только на Усть-Илимской ГЭС. В ноябре 2013 года на ней запустили два парокомпрессионных тепловых насоса Viessmann из серии Vitocal 350-G Pro, поставщиком которых стал официальный партнёр всемирно известной немецкой фирмы в Иркутске – ООО ИТЦ «Альтер Энерго». Тепловая мощность одного из них составляет 172 киловатта, или 14,8 гигакалории в час, другого – 156 кВт (13,4 Гкал/ч). «Это не уникальное, а типовое оборудование, так что сложностей с монтажом не возникло, – рассказывает заместитель главного инженера Усть-Илимской ГЭС Андрей Карпачёв. – Нужно было только подключить его к существующим источникам электроэнергии и протянуть коммуникации, то есть трубопроводы, и подключить кабели». 

Совсем без проблем дело не обошлось. При доставке – оборудование везли из Австрии на грузовиках, поскольку использование других видов транспорта обходится дороже или сопряжено с определёнными сложностями, – по российским дорогам были повреждены трубки, соединяющие теплонасос с блоком защит, и фреон, который используется в качестве хладагента,  испарился. Но поставщик оперативно доставил все необходимые детали, так что технику собрали на месте. С того момента, как её запустили, прошло почти два отопительных сезона, обошедшихся без эксцессов. «Нужно было проверить, как оборудование поведёт себя с точки зрения гидравлики и термодинамики, подтвердить в реальности все параметры, предусмотренные в проекте, – замечает Карпачёв. – Свои задачи оно выполнило». 

Заявленный производителем коэффициент преобразования – 4,47 – был достигнут на практике. И в относительно тёплую зиму 2014-2015 годов, и в более холодную на стыке 2013-2014 годов тепловой насос работал безупречно. Предусмотренные в проекте параметры теплоносителя, чья температура на выходе составляет 73 градуса, были выдержаны. При этом в позапрошлую зиму, когда несколько дней держались морозы за тридцать, пришлось задействовать котлы электробойлерной, оставленные в резерве на тот случай, если понадобится покрыть пиковую нагрузку или потребуется ремонт теплового насоса. Но на общей экономии от использования возобновляемого источника энергии это не сказалось. 

Годовое потребление теплонасоса оказалось небольшим – менее 500 тыс. кВт-ч. Это в пять с половиной раз меньше, чем уходило на нужды электрических котлов в бойлерной. Разница свыше 1,7 млн кВт-ч. Финансовая экономия только на оплате электричества составляет 1,421 млн рублей. Если добавить к этому ставку за мощность, то получится, что проект стоимостью около ­9 млн рублей (из них 6 млн ушли на закупку оборудования, ещё в 3 млн обошлись проектно-изыскательские и строительно-монтажные работы) окупится чуть более чем за пять лет. 

Продолжение следует?

На Усть-Илимской ГЭС установили типовые компактные насосы, с монтажом которых не возникло никаких проблем

«Мы готовы поставить ещё один насос, но, так как разразился экономический кризис, пока от этой идеи пришлось отказаться», – продолжает заместитель главного инженера Усть-Илимской ГЭС. Дело в том, что две работающие установки обеспечивают горячее водоснабжение и отопление не всего административно-промышленного комплекса станции, но большей его части. Для нужд оставшихся секций используется ещё одна электрическая котельная. Кроме того, в настоящее время на Усть-Илимской ГЭС возводят пристрой к основному зданию, который по завершении работ также потребуется обеспечить горячей водой. 

Ввиду этого на станции подготовили проект по установке ещё одного теплового насоса, который мог бы работать не на первом, уже используемом, блоке трансформаторов, а на втором или третьем. Площадку для его размещения уже выбрали. «Никаких серьёзных переделок бы не потребовалось, точно так же врезались бы в существующую систему с готовыми коммуникациями», – добавляет собеседник газеты. Была подготовлена финансовая модель проекта и документы, необходимые для того, чтобы можно было приступить к его реализации. Ключевое условие состоит в том, что приемлемый срок окупаемости достигается при стоимости евро менее 50 рублей. «Мы можем работать, если всё вернётся в исходное состояние, – резюмирует Карпачёв. – Но пока находимся в режиме ожидания и готовы в случае снижения цен возобновить начатую работу».