Холодоснабжение распределительных центров и блоков холодильных камер на CO2.

Введение

На данный момент в России распределительные центры и блоки холодильных камер традиционно проектируются на фреонах. Обычно используется DX-схема (прямое кипение в испарителях). Оттайка воздухоохладителей осуществляется обычно электрическими нагревателями. Тип компрессоров самый разнообразный, начиная от спиральных (на небольших блоках холодильных камер), а в основном поршневые и винтовые, всё зависит от охлаждаемой площади/объёма объекта.

Сюда же надо отнести большой объём объектов требующих реконструкции, у которых, либо подходит срок выработки моторесурсов компрессоров на холодильных централях/агрегатах, либо уже истёк (это связано с большим объёмом ввода в эксплуатацию подобных объектов 15 -10 лет назад).

Самыми распространёнными фреонами для распределительных центров и блоков холодильных камер последнее время были хладагенты R404a и R507a (реже R134a), все эти фреоны относятся в группе хладагентов ГФУ. С развитием технологий и появлением ряда ограничений - всё начинает меняеться.

Сейчас на стадии проработки нового проекта или подлежащему реконструкции старому объекту надо сделать выбор на 10 - 15 лет – а именно, на каком хладагенте будет работать объект в этот период.

Проблема выбора хладагента в последнее время становится очень острой. Принимаемые в России законы требуют использования новых хладагентов, что ведет к появлению нового оборудования, предназначенного для работы с ними. Постоянный рост стоимости традиционных холодильных агентов, и постепенное появление на рынке автоматики и компонентов, предназначенных для работы с альтернативными холодильными агентами, делают эту задачу нетривиальной.

Основные тенденции выбора хладагента

Приближение срока ограничения потребления ГФУ (законодательные ограничения).

Рынок фреонов последние несколько десятилетий пережил несколько штормов. С начало переход с ХФУ – хлорфторуглеродов (R12, R11, R13, R502, R503 и т.д.) на ГХФУ- гидрофторхлоруглероды (R22, R123 и т.д.).  Многие ещё помнят второй шторм, переход с ГХФУ на ГФУ – гидрофторуглеродов (R404a, R507a, R410a и т.д.).

2010 год, тогда ограничения коснулись гидрофторхлоруглеродов (ГФХУ). Напомним, что вывод таких холодильных агентов регламентирован Киотским протоколом по сокращению веществ, влияющих на разрушения озонового слоя. С начала 2010 года импорт в Россию озоноразрушающих хладагентов – ГХФУ оказался практически под запретом, то есть повсеместно применяемый холодильный агент R22 был ограничен на ввоз в одноразовой таре без каких-либо квот.  Никаких государственных программ вывода или замены разработано не было. Фактически рынок ориентировали на отечественного производителя, который не был в состоянии предоставить достойных замен, а имеющийся в ограниченных количествах «хладон 22» поставлялся только в многоразовых бочках, объемом от 500 кг. Стоит отметить, что при работающей программе по выводу ГХФУ в Европе, в нашей стране активно развивались программы по переводу аммиачных промышленных установок на R22 и продолжалось строительство новых объектов, что существенно повлияло на общее потребление запрещенного ныне холодильного агента.

В результате огромное количество предприятий и проектно-монтажных организаций вынуждены были приобретать R22 по завышенной в несколько раз цене, что привело ряд компаний к банкротству.

А что сейчас с ограничениями в России

Российская Федерация приняла Кигалийскую поправку постановлением Правительства от 25 марта 2020 года № 333, в соответствии с которым для России поправка вступила в силу с 1 января 2021 года.

При принятии Кигалийской поправки в ходе многолетних переговоров российская делегация под руководством представителя Минприроды России добилась особых условий для России в отношении расчета базовой линии для сокращения ГФУ и графика сокращения потребления ГФУ:  с 2020 года на 5 %, с 2025 года на 35 %, с 2029 года на 70 %, с 2034 года на 80 % и с 2036 года на 85 %  с последующей неограниченной возможностью использовать ГФУ в объеме 15% от базовой линии. Эти же условия распространяются на Белоруссию, Казахстан, Таджикистан и Узбекистан.

Поскольку собственного производства хладагентов в Российской Федерации практически нет, влияние от импорта очень высоко. С апреля 2021 года был введен контроль над импортом хладагентов, который выразился в требовании оформления специальных лицензий для их ввоза на территорию России.

В конечном счете, все вылилось в рост цен и появление дефицита на рынке хладагентов в июле 2021 года.

21 сентября 2021 года на межведомственном совещании в Минприроды России с участием представителей Минпромторга, Федеральной таможенной службы и Росприроднадзора был подтвержден факт исчерпания предельно допустимого уровня гидрофторуглеродов на территории России. Данное обстоятельство, скорее всего, приведет к росту стоимости данных хладагентов в 2022 году.

Основные поставки фреонов в России идут из Китая, поэтому тревожат и другие факты:

• Всекитайское собрание народных представителей в Пекине, Китай, где страна ратифицировала поправку Кигали.
• Китайская Народная Республика приняла поправку Кигали к Монреальскому протоколу, ратифицировавшей глобальное соглашение о сокращении выбросов ГФУ.
• Согласно веб-сайту Организации Объединенных Наций, ратификация Китаем поправки Кигали вступила в силу 17 июня 2021 года. Акцепт не распространяется на Гонконг и Макао.
• В рамках Группы 1 стран, подпадающих под действие статьи 5 (развивающиеся), Китай обязан заморозить производство и использование ГФУ в 2024 году с сокращением на 80% к 2045 году.
• Интересной будет поставка в Россию в 2022 году. На момент написания статьи ближайшая поставка фреонов в Россию планируется лишь в Апреле. Связано это с проходящими в Китае олимпийскими играми и соответствующими ограничениями, связанными с экспортом опасных товаров, каковым является фреон.
• США являются еще одним крупным потребителем фторсодержащего газа, который не ратифицировал поправку. Однако администрация Байдена начала процесс ратификации

Несмотря на то, что переходные хладагенты, такие как R407A и R407F, непосредственно не будут затронуты запретом хладагентов в ближайшее время, цены на них, несомненно, будут расти и могут стать недоступными для большинства систем с заправкой, превышающей несколько кг.

В перспективе будет происходить постепенное замещение распространенных ныне марок фреона типа R 410a, R 404a, R 507, R 134a на другие, с относительно меньшим коэффициентом глобального потепления: R 32, R 1234 YF,  R 1234 ZE, R 448a, R 449a, R 513a, R 515b и пр.. Но тут есть два нюанса: они, как правило, намного дороже. И сложно импортерам будет спланировать необходимый объем завоза таких марок, из-за отсутствия достаточной статистики по мало востребованным в прошлые года фреонам. Возможен дефицит, тоже ведущий к удорожанию.

В подтверждение вышесказанного ниже приведён график колебания цен на ГФУ с 2014 года.

Кроме того, некоторые сети ритейла в этом году уже испытывают трудности с оптовой закупкой ГФУ для своих нужд.

В любом случае, какие бы типы фреонов мы не рассматривали, в ближайшей перспективе мы видим взрывной рост цен и проблемы с поставками на все фреоны включая переходные и перспективные (с низким показателем GWP - потенциал глобального потепления (ПГП) ).

Неуклонный рост стоимости электроэнергии и тепла

Тарифы на электроэнергию и тепло для населения и предприятий в России постоянно растут. Это связано не только с инфляцией. Цены растут еще и потому, что растет цена на не возобновляемые энергоносители – уголь, нефть, газ – ведь именно из них генерируется большая часть производимой в России электроэнергии.

53,7%   - составил рост тарифов на электрическую энергию для промышленности и крупного бизнеса, работающего на территории г. Москвы за период с 2015 по 2020 годы. 

При этом официальный уровень инфляции в нашей стране за 2015-2019 годы составил 28,1%.

Рост тарифов для предприятий и крупного бизнеса за май 2015 - май 2020 приведен на графике.

График  - конечная цены на электрическую энергию (мощность) за май 2015, май 2016, май 2017, май 2018, май 2019 май 2020 года для потребителей АО «Мосэнергосбыт», с максимальной мощностью от 670 кВт до 10 МВт, выбравших для расчетов 3 ценовую категорию, присоединенных к электрическим сетям высокого уровня напряжения (ВН – 110 кВ).

Пока цены на электрическую энергию для бизнеса в России еще не достигли уровня цен в Европе. Но нужно понимать, что по уровню энергоэффективности предприятия в нашей стране значительно уступают европейским. 

Сравнение цен на электроэнергию за 2019 год.

В 2021 году в странах ЕС произошел скачкообразный рост цен на электроэнергию

Рост тарифов на горячую воду (ГВС) и теплоснабжения превышает рост тарифов на электроэнергию.

Неуклонный рост тарифов на электроэнергию и тепло вызывает интерес к энергоэффективным технологиям, в частности в секторе холодоснабжения.

Тренд на экологическую безопасность

Экологическая безопасность (ЭБ) — допустимый уровень негативного воздействия природных и антропогенных факторов экологической опасности на окружающую среду и человека.

Эту тенденцию можно выделить в отдельный тренд. Она фактически реализована в жёстких ограничениях на законодательном уровне описанных в 1-м пункте, затрагивает и 2-ой пункт по выработке электроэнергии и тепла  (по мнению сторонников «зелёной энергетики» электроэнергия и тепло должны быть обязательно «зелёными»). Не будем затрагивать спорные факторы оценки экологической безопасности выработки электроэнергии и тепла, но оценки хладагентов с точки зрения экологии имеет свои факторы, а именно:

Потенциал глобального потепления (сокр. ПГП, англ. Global warming potential, GWP) — коэффициент, определяющий степень воздействия различных парниковых газов на глобальное потепление. Эффект от выброса оценивается за определённый промежуток времени. В качестве эталонного газа взят диоксид углерода (CO2), чей ПГП равен 1. Коэффициент ПГП был введён в 1997 году в Киотском протоколе.

Озоноразрушающий потенциал  (Ozone depletion potential, ODP) – характеристика, показывающая как хладагент влияет на состояние озонового слоя относительно газа R-11 (CFC-11). По умолчанию ODP хладона R11 принимается за 1.

Ниже представлены диаграмма сравнительных значений Потенциала Глобального Потепления различных холодильных агентов.

Сводная таблица Атмосферного времени жизни (Atmospheric Lifetime), Озоноразрушающего потенциала (ODP) и Потенциала глобального потепления (GWP) для различных типов холодильных агентов.

Сводный график зависимости Потенциала глобального потепления (GWP) и плотности, с учётом показателя горючести. 

Оба коэффициента должны стремиться к минимальным значениям для обеспечения экологической безопасности, необходимо также учитывать опасность для человек, а именно токсичность и пожаро-взрывобезопасность. Как видно из графиков и таблиц, приведённых выше, законодательные ограничительные меры коснулись всех хладагентов с ODP больше «0» и с GWP больше «1500» единиц (поэтапно).

Выбор из оставшихся хладагентов отвечающих экологической безопасности, не так велик:

• Некоторые гидрофторуглеродов ГФУ (R32, R245fa ….)
• Гидрофторолефины ГФО (HFO-1234ze, L40 ….)
• Природные хладагенты : углеводороды ( R600a, R1270, R290 ….), амиак R717, диоксид углерода R744, вода R718 …..

Хладагентов отвечающие экологической безопасности на данный момент не так много. Большинство  хладагентов из группы ГФУ будут в дальнейшем сокращены. Новые и вновь создаваемые хладагенты группы ГФУ и ГФО значительно дороже традиционных ( R404а, R507a, R134a),

Остались природные хладагенты.  Природные хладагенты это вещества, образующиеся в природе естественным путем, а неприродные или синтетические — искусственные химические вещества, которые в природе не встречаются.

Среди наиболее распространенных природных хладагентов можно назвать аммиак (NH3, R717), углекислый газ (CO2, R744) и такие углеводороды (HC), как пропан (R290), изобутан (R600a) и пропилен (R1270), известный как пропен.

Кроме того, следует отметить, чтобы была создана смесь аммиака и диметилового эфира (R723) и разнообразные углеводородные смеси, которые отличаются оптимизированными эксплуатационными свойствами и характеристиками безопасности (изобутан и пропан R441 и т.д.). Менее распространены вода и воздух, использующиеся в адсорбционных чиллерах и низкотемпературных системах. Благодаря широкой распространенности, нетоксичности, негорючести и идеальным экологическим параметрам вода и воздух стали объектом пристального внимания исследователей. Рассмотрим некоторые из них подробнее:

Углеводороды (ОРП = 0, ПГП < 4)

Углеводороды не образуют побочных продуктов, продуктов распада, имеют нулевой ОРП и очень низкий ПГП. Эти хладагенты горючи, но низкотоксичны и, следовательно, по классификации ASHRAE имеют индекс А3. Очень часто в отношении углеводородов применяются более жесткие требования к безопасности, ограничивающие, в частности, количество вещества, разрешенное к применению в системах, обслуживающих зоны пребывания людей.

Обладая великолепными термодинамическими свойствами, углеводороды прекрасно выполняют роль хладагентов. По характеристикам углеводороды близки с опасными фреонами R-12 и R-22, что позволяет переориентировать промышленные холодильные машины на углеводороды. Сейчас бутан успешно применяется в домашних холодильниках и небольших промышленных установках, а пропан широко используется в транспортных рефрижераторах и огромных холодильниках на складах. Из-за горючести и легковоспламенимости углеводородов необходимы определённые изменения в конструкции оборудования и усиленные меры безопасности. Так, размеры пропанового компрессора должны быть больше, чем компрессора R-22 (при прочих равных), а заправленный пропаном тепловой насос рекомендуется размещать в отдельном помещении.

Вода (ОРП = 0, ПГП = 0)

Вода (химическая формула H2O, название хладагента R718) это один из самых древних хладагентов, используемых для охлаждения. Вода или водяной пар, также называемые термином «дигидромонооксид», — одно из наиболее распространенных на Земле веществ. R718 это экологически безопасный хладагент с нулевыми ОРП и ПГП, не имеющий цвета, запаха, нетоксичный, негорючий, невзрывоопасный, легкодоступный и крайне дешевый.

Благодаря комплексу термодинамических свойств вода является прекрасной рабочей жидкостью для высокотемпературных промышленных тепловых насосов. Она широко используется в открытых и полуоткрытых системах, но из-за низкой теплоёмкости для её использования в герметичных системах необходимо применение особо мощных турбокомпрессоров.

В сравнении со среднетемпературной холодильной камерой, которая работает на R-134a, холодильные агрегаты на воде демонстрируют приличный потенциал экономии энергии (до 25%). Поэтому сейчас в Европе работают над прототипами радиальных и осевых компрессоров, способных обслуживать работающее на воде холодильное оборудование.

На воде работают самые современные холодильные системы. В качестве хладагента ранее она применялась в основном в компрессионных чиллерах с пароструйными компрессорами, двухконтурных абсорбционных системах с бромистым литием в качестве абсорбента, а также адсорбционных системах с цеолитами в качестве адсорбента. С точки зрения экологичности и термодинамики, вода представляет собой идеальный хладагент для сфер применения с температурой выше 0°С. По сравнению с другими природными хладагентами R718 имеет более высокую скрытую теплоту парообразования: 2 270 кДж/кг. При переходе из жидкого в газообразное состояние без изменения температуры R718 поглощает очень большие количества тепловой энергии.

Применение воды ограничено ее высокой скоростью замерзания при атмосферном давлении. Кроме того, вода приводит к коррозии и окислению многих металлов. В силу высокой, по сравнению с другими хладагентами, способностью воды вступать в химические реакции при разработке систем на R718 необходимо уделять особое внимание выбору пригодных материалов.

Воздух (ОРП = 0, ПГП = 0)

Воздух это экологически безопасный, недорогой, совершенно безопасный и нетоксичный хладагент под названием R729. Проблемы разрушения озонового слоя, глобального потепления и ужесточающегося законодательства вернули интерес к альтернативным хладагентам во всем мире. Однако воздушные холодильные системы это не новое изобретение: они использовались на рефрижераторных судах еще в начале предыдущего столетия.

Воздушное охлаждение основано на обратном цикле Брайтона или Джоуля. При температурах, применяемых в типовых холодильных системах, используемый в качестве хладагента воздух не подвергается фазовому переходу (конденсации или испарению). Из-за низкого веса воздух имеет невысокий СОР, однако воздушные холодильные системы обеспечивают теплоутилизацию при относительно высоких температурах без снижения эффективности, которая наблюдается в паровых компрессионных установках. По сравнению с последними установки с воздушным циклом могут обеспечить большую разность температур между горячей и холодной сторонами. В результате становится возможным охлаждение воздуха до температур, свойственных процессам, протекающим при практически криогенных условиях.

При работе за пределами проектных значений производительность систем с воздушным циклом снижается не столь сильно, как паровых компрессионных установок. В холодильном цикле система с воздушным циклом может вырабатывать тепло.

В течение долгого времени системы с воздушным охлаждением использовались на воздушных судах. Низкий СОР здесь не является большим недостатком, поскольку воздух отвечает множеству особых условий эксплуатации воздушных судов (доступность сжатого воздуха и поддув) и жестких требований (небольшой вес, малый размер, абсолютная безопасность, нулевая токсичность и др.). Кроме того, воздух использовался как хладагент в системах кондиционирования и охлаждения жилых помещений и автомобилей. В ряде холодильных установок воздух служит для быстрого замораживания продуктов питания, но это требует использования турбодетандеров, и системы очистки и осушения воздуха. Из за снижения COP паровых компрессионных установок на сверхнизких температурах эффективность воздушного охлаждения становиться привлекательной

Аммиак (ОРП = 0, ПГП = 0)

Аммиак (химическая формула NH3, название хладагента R717) при атмосферном давлении представляет собой бесцветный газ. Благодаря нулевым ПГП и ОРП и короткому времени жизни в атмосфере аммиак не образует побочных продуктов или продуктов распада, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду.

Будучи эффективным и экологически безвредным хладагентом, аммиак представляет большую опасность для человеческого здоровья. Также он огнеопасен, при некоторых условиях - взрывоопасен. Аммиак широко используется при обеспечении холодом предприятий: аммиачные холодильные установки применяются в пищевой промышленности по всему миру. Как рабочая жидкость он циркулирует в средних и крупных тепловых насосах, применяется в складах низкотемпературного хранения и для получения ледяной воды. В менее мощных установках аммиак комбинируют с другими хладагентами: он работает вместе с СО2 в каскадных системах с полугерметичными и герметичными компрессорами, а также в жидкостных охладителях для кондиционирования воздуха.

Несмотря на неоспоримо высокие показатели энергоэффективности, в силу токсичности и горючести аммиак ограничен некоторыми сферами применения и географическими регионами. Так, R717 полностью запрещен к применению в зонах непосредственного пребывания людей, но может использоваться в безлюдных зонах или вне помещений.

За последние годы риски здоровью человека, в частности, при использовании аммиачных систем в зонах пребывания людей, были существенно снижены. Это стало возможным за счет сочетания аммиака с другими хладагентами (системы со вторичным контуром с изолированным небольшим количеством аммиака), применения современных защитных средств, герметичных кожухов или использования аммиачных абсорбционных систем.

Углекислота (ОРП = 0, ПГП = 1)

Диоксид углерода (химическая формула CO2, название хладагента R744) не имеет цвета, запаха и тяжелее воздуха. Потенциал глобального потепления CO2, равный 1, считается опорным значением для оценки непосредственного влияния хладагентов на глобальное потепление. Диоксид углерода традиционно считается дешевым и доступным хладагентом. Как и большинство хладонов, по стандарту ASHRAE «Классификация по группам безопасности» диоксид углерода имеет индекс А1, что означает низкую токсичность и негорючесть. Благодаря продолжительному времени жизни в атмосфере CO2 не образует побочных продуктов или продуктов распада, оказывающих значительное воздействие на окружающую среду. Рабочее давление диоксида углерода, используемого в качестве хладагента, как правило, выше, чем у других хладагентов.

Несмотря на нетоксичность, при высокой концентрации в замкнутом пространстве диоксид углерода начинает замещать кислород и по прошествии некоторого времени может оказать удушающее воздействие на присутствующих людей.

В области субкритических температур системы с СО2 превосходят по эффективности аналоги на фреонах. В области транскритических температур технология очень быстро развивается, находят применение  высокотехнологические компоненты (типа эжекторов), новые схемы (бустерная схема, параллельного сжатия, рекуперации разных ступеней сжатия, АС системы и т.п.), что значительно повышает энергоэффективность установки. Использование СО2 в качестве хладагента, позволяет снизить энергозатраты на 20-35% по сравнению со стандартной фреоновой установкой. Сейчас всё большую популярность приобретают каскадные установки, в нижнем контуре которых циркулирует СО2, а в верхнем – аммиак, и транскритические установки. Они применяются для оборудования холодильных складов, супермаркетов, предприятий пищевой промышленности и других объектов. Также предлагается использовать СО2 в тепловых насосах и бытовых холодильниках.

Популярные сегодня ГФУ-хладагенты обходятся в десятки раз дороже CO2. При этом разница в стоимости между природными и синтетическими хладагентами неуклонно растёт. При использовании дорогостоящих фреонов значительно повышаются затраты на первоначальную заправку холодильных установок и расходы на их последующее обслуживание. Кроме того, природные хладагенты остаются самыми доступными в разных регионах и странах мира. При этом нет никаких опасений по поводу законодательного вывода из обращения по соображениям экологической безопасности. Высокая  энергоэффективность установок на СО2  является ещё одним преимуществом. 

Подводя итог вышесказанного:

самым перспективным хладагентом для распределительных центров и блоков холодильных камер  проектируемых и подлежащих реконструкции  является диоксид углерода, CO2, R744.

Оценочное сравнения капитальных затрат (CAPEX) и операционных затрат (OPEX) распределительных центров и блоков холодильных  камер на  хладагентах R404a и R744

Ниже предлагается оценить, на сколько использование альтернативных холодильные агентов экономически целесообразно, по сравнению с традиционными. Надо признать, что из-за своих особенностей, хладагент R744, требует более дорогостоящего оборудования и комплектующих, чем для традиционных хладагентов, это: компрессора, газкулеры, интеркулеры, запорно-регулирующая арматура – всё должно быть рассчитано для использования с СО2.

Основные особенности холодильных установок на R744:

• Высокое давление нагнетания (до 100 и более бар)
• Повышенное давление всасывания (при -100С ….25,5 бар)
• Большой выбор возможных схем холодильной системы (бустерные, MT, LT и т.п.)
• Использование как траскритического цикла, так и субкритического  в одной установке (в зависимости от температуры окружающей среды)
• Высокий потенциал использования систем рекуперации (ГВС, отопление, оттайка ВОПов, подогрев полов НТ камер)
• Большой выбор вариантов комплектации систем (эжекторы, параллельное сжатие, разные типы рекупераций, АС системы и т.п.)
• Из-за высокой автоматизации большая гибкость регулирования и высокая приспособляемость системы к запрашиваемым потребностям (расстановка приоритетов)
• Из-за высокой удельной холодопроизводительности (примерно в 5-8 раз больше чем у R22  и NH3) малые диаметры трубопроводов и размеры теплообменного оборудования (ВОПы, газкулеры, интеркулеры)
• Использование специальных видов компрессорного, теплообменного оборудования и запорно- регулирующей арматуры
• Требуются повышенные меры безопасности при проектировании и эксплуатации холодильной системы
• Из-за высокого коэффициента теплового расширения СО2 требуются меры по предотвращению роста давления в системе во время простоя (аварийное отключение электропитание) либо повышение стояночного давления.

Для сравнения экономических показателей возьмём объект, в средней полосе России, распределительный центр, требующий реконструкции. 

Основные характеристики объекта:

• Общая площадь охлаждаемых объёмов – 9170 м2
• Площадь низкотемпературных камер (-24….-150С) - 3957 м2
• Площадь среднетемпературных камер (0….+60С) - 5213 м2
• Расчётная температура окружающего воздуха -  +320С
• Расчётное холодопотребление НТ – 310 кВт
• Расчётное холодопотребление  СТ – 1080 кВт
• Тип охлаждения – DX (непосредственное  кипение хладагента)
• Запас по холодопроизводительности – 10%
• Подогрев пола под НТ камерами – есть, посредством гликоля

Для холодоснабжения на традиционных хладагентах принимаем:

• Хладагент R404a
• Температура конденсации +45С
• Используем поршневые компрессора

Схемы холодоснабжения на R404a

Для холодоснабжения распределительного центра на СО2 принимаем:

• Температура после газкулеров +36С
• Давление после газкулера 91 бар
• Используем схему «Flash gas by-pass», LT – схема - для низкотемпературного оборудования с рекуперацией на нижней ступени сжатия (для подогрева пола НТ камер) и MT – схему для сренетемпературного оборудования.
• Никакие дополнительные опции не применяем (параллейное сжатие, эжектора, оттайка ВОПов гликолем, ГВС, отопление и т.п.)

Схемы холодоснабжения на R744

LT-схема

МT-схема

Капитальные затраты (CAPEX)

В результате получаем таблицу для сравнению капитальных затрат (CAPEX) по объекту на разных типах хладагентов.

Как видно из таблицы базовое подорожание объекта при переходе с традиционных хладагентов на СО2 сегодня составляет  11 -12%, но некоторые компании, работающие в этой области, оценивают базовое подорожание  до 19-20%.

Это сравнение в розничных цена, реальные стоимости будут ниже на величину скидки, но процент удорожания сохранится.

Ежегодные операционные затраты (OPEX)

Для оценки ежегодных текущих затрат надо понять их чего они состоят, а в нашем случае,  нас больше может интересовать только различие  при использовании разных хладагентов, все остальные затраты примерно одинаковые. А это следующее затраты:

Затраты на электроэнергию затраченную в течение года на функционирования объекта

Затраты на дозаправки холодильной системы для распределительного центра в течение года (в стандарте - 20% от первоначальной заправки)

Затраты на электроэнергию затраченную в течении года.

Сранительная таблица экономии электроэнергии.

Как видно из графиков и таблицы экономия по потреблению электроэнергии в течении года одного и того же объекта на двух разных хладагентах составляет 21,6% или абсолютных цифрах 658 121 кВт/час. Холодильная система на хладагенте R744 более энергоэффективна.

Стоимость электроэнергии примем 5,0 руб. за 1 кВт/час.

656 121 *5,0= 3 280 605 руб. в год 

при курсе 90 евро/рубль – 36 451,17 евро в год

Затраты на дозаправку холодильной системы

Стандартная дозаправка холодильной системы 20% от первоначальной заправки

Здесь использованы закупочные оптовые цены на сегодняшний день, следует учесть что цены на хладагент СО2 сильно зависят от чистоты газа, они сейчас колеблются от 30 до 600 руб. за 1 кг. Использование самых дешёвых газов влечёт окисление элементов системы, частые замены фильтров-осушителей, применение рем.комплектов к ним  и незначительные потери хладагента (лишние затраты), очень чистые газы нам тоже необязательны, поэтому мы приняли среднее значение. Холодильная система на хладагенте R744 требует в 2,5 – 3 раза меньший объём первоначальной заправки и как следствие меньшие затраты на дозаправку системы.

Как видим разница годовой дозаправки значительная:

16 303,78 – 1266,67 = 15 037,11 евро в год

Подводим итог, общая экономия  по ежегодным текущим затратам на хладагенте R744 :

36 451,17 + 15 037,11 = 51 488,28 евро в год

 

Точка окупаемости: (192 333-25%) / 51 488,28 = 2,8 года

Стоимость владения холодильным оборудованием на R404a  и R744 для нашего примера

Как видим, за счёт меньших операционных затрат, холодильная система на хладагенте R744, становиться более привлекательной через 2,5-3 года, в базовой комплектации (не считая рекуперации 1-ой ступени, используемой для подогрева пола НТ камер).

Возможные пути сокращения текущих затрат системы на R744

Оттайка воздухоохладителей гликолем от системы рекуперации

Оттайка воздухоохладителей гликолем с использованием бросового тепла от системы холодоснабжения является одним из действенных способов энергосбережения. С помощью частичной или полной рекуперации теплоты перегретого газа или конденсации хладагента со стороны высокого давления нагревается промежуточный теплоноситель, который накапливается в баке-аккумуляторе. При необходимости проведения оттайки теплоноситель подается из бака-аккумулятора с помощью насосов на воздухоохладители. Оттайка промежуточным теплоносителем более рентабельна на объектах промышленного холода (300-1000 кВт). Снижение затрат непосредственно на оттайку составляет 87-90%, при сроке окупаемости капитальных затрат 10-12 месяцев. Не стоит забывать и про более эффективное прохождение самого процесса оттайки. Она проходит значительно быстрее с равномерным нагревом всего блока воздухоохладителя при более низких температурах, что снижает отепливание воздуха камеры и продукта соответственно.

Защита грунта от замерзания с помощью контура гликоля

Низкотемпературные камеры требуют организации подогрева грунта под теплоизоляцией пола данных камер для предотвращения образования ледяной линзы в грунте и разрушения камер от возникающих напряжений в грунте ото льда. Существует несколько решений по организации подогрева грунта. Последнее время наиболее часто используются подогрев грунта промежуточным теплоносителем или электрический подогрев грунта с помощью ТЭНов. Система обогрев грунта с помощью теплоносителя в качестве которого используют этилен- или пропиленгликоль берет бросовое тепло от системы холодоснабжения и подводит его к грунту под камерой. Чем больше площадь камер с подогреваемыми полами, тем система обогрев грунта с помощью теплоносителя более энергоэффективна по сравнению с системой с электрическим подогревом.

Все возможные пути сокращения текущих затрат холодильной системы на R744 связаны с изменением конфигурацией системы, использовании дополнительных элементов, как правило это влечёт увеличение стоимости капитальных затрат (CAPEX) , но сокращает текущие годовые затраты (ОPEX).

Перечислим эти возможные способы, применительно к нашей задаче:

• Использование технологии рекуперации  для разных целей - гликолевой оттайки, ГВС, отопления и т.п.
• Использование технологии параллельного сжатия
• Использование технологии эжекторов разного типа
• Использование адиабатических газкулеров/интеркулеров

Поиск компромисса между увеличением стоимости капитальных затрат и уменьшением текущих затрат, а как следствие, изменения срока окупаемости объекта трудная задача. Зависит не только от географического положения объекта, но и от текущих цен на хладагенты, от цен на элементы холодильных систем, цен на электроэнергию и тепловую энергию в данном регионе, но и от взгляда и оценка рисков будущих владельцев оборудования на мировые тенденции в развитие данного сектора экономики.

Тем не менее, факторы которые на данный момент определились:

• Необратимый рост цен на фреоны группы ГФУ, и их дальнейший запрет.
• Стоимость природных хладагентов в силу их большой распространённости  не будет расти (либо рост будет незначительный).
• Диоксид углерода – пожалуй, самый приемлемый заменитель фреонов, в силу его - высокой удельной холодопроизводительности, безопасности, не токсичности и доступности.
• Технология использования диоксид углерода (СО2) в качестве хладагента развивается очень быстро (появляются новые схемы, компоненты холодильной системы, растут модельные ряды компрессоров и т.п.), что в итоге повышает энергоэффективность данных систем.
• Цены на компоненты холодильных систем на R744 падают, но небольшими темпами.
• Вырос интерес на холодильных систем на R744 у потребителей на всех секторах рынка (от малых холодильных машин до больших).

 

Заключение

Подводя итог данного технико-экономического анализа и общей ситуации на рынке хладагентов наиболее перспективным хладагентом для распределительных центров, блоков холодильных камер площадью до 15-20 тыс м2 является диоксид углерода (R744). Безусловно, диоксид углерода менее эффективен чем аммиак, но в связи пожаробезопасностью, отсутствием отравляющих факторов диоксида углерода и, как следствие, отсутствием необходимой инфраструктуры, диоксид углерода экономически более выгоден на объектах, где возможно построение холодильных систем из холодильных машин, мощность каждой из которых не превышает 500-600 кВт и общая холодильная мощность объекта составляет порядка 1,5 – 3 МВт.

Статья подготовлена специалистами НОРД

Если у Вас возникли вопросы, пожалуйста, обращайтесь за информацией к менеджерам компании

8-495-744-0637