CC BY
56
УДК 620.91: 69 А.В. Цева
ФГБОУ ВПО «МГСУ»
ЭФФЕКТИВНОСТЬ СИСТЕМ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ: ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ГОРНОЛЫЖНЫХ КОМПЛЕКСОВ НА ЮГЕ РОССИИ
Обозначены проблемы энергоэффективности и теплосбережения в Российской Федерации. Показана целесообразность использования автономных систем энергоснабжения на основе возобновляемых ресурсов. Даны критерии, определяющие выбор системы теплоснабжения. Проведен сравнительный анализ приемов теплосбережения. Предложено разработать целевую федеральную программу для строительства Северо-Кавказского туристического кластера.
Ключевые слова: энергоэффективность, теплоснабжение, теплосбережение, центральные и автономные системы теплоснабжения, возобновляемые источники энергии, энергетическое территориальное планирование, малоэтажное строительство, горнолыжные комплексы.
Мировой энергетический кризис 1974 г. усилил внимание к проблемам энергоэффективности, энергосбережения и экологическим последствиям действия техногенной и антропогенной нагрузок.
Следствием этого явились государственные законы, стандарты и правила, межгосударственные соглашения и международные договоры [1]. Особая роль в решении проблем мировой энергетики принадлежит странам Большой двадцатки, на долю которых приходится производство 80 % электроэнергии в мире [2].
Новой тенденцией в производстве энергии становится применение энергии, получаемой на основе возобновляемых ресурсов. Средний показатель производства электроэнергии из этих источников для стран Большой двадцатки составляет 1,8 % (-2453 млрд кВт/ч) [2]. Лидирующее положение по производству электроэнергии из ВИЭ занимают Испания, Португалия, Исландия, Новая Зеландия. Доля энергии, получаемой с помощью возобновляемых источников, в этих государствах составляет более 15 %. За последнее десятилетие наибольший прирост показали Южная Корея, Китай и Бразилия. В Российской Федерации производство электрической энергии на основе возобновляемых источников, включая биотопливо и ГЭС мощностью до 25 МВт, составляет около 1 %. На рис. 1 показаны тенденции производства солнечной, ветровой, геотермальной электроэнергии для стран Большой двадцатки ^20) в период с 2002 по 2020 год, а также варианты роста производства энергии при сохранении
темпов последних 5 и 10 лет. основе ВИЭ для стран Большой двадцатки [2]
Годы
G20 ------- Увеличение в 2 раза
- 10-летняя тенденция ....... Увеличение в 3 раза
- Тенденция последних 5 лет
Рис. 1. График тенденций производства энергии на
204
© Цева А.В., 2012
Другой тенденцией в решении проблемы энергоэффективности является муниципальное энергетическое планирование и определение зон централизованного и децентрализованного теплоснабжения. Это направление успешно развивается в Дании, Финляндии, Германии, Чехии и странах Прибалтики [3].
Территориальное планирование и программа комплексного развития, определяющие необходимость и очередность развития коммунальной инфраструктуры, существовали в СССР, в РФ в 2004 г. были определены законодательно [4].
На этом основании в России принят ряд национальных программ по совершенствованию технологий производства топливно-энергетических ресурсов и повышению их эффективности.
В результате выполнения этих программ энергоемкость ВВП к 2020 г. должна быть снижена по сравнению с 2007 г., когда она составляла Эуд = 29,3 т у.т./млн р., на 40 % [5]. В целом, возможности повышения энергоэффективности оцениваются в 3.. .4 раза выше ресурса наращивания энергоносителей [6].
Российская система теплоснабжения — самая крупная в мире и на теплоснабжение зданий затрачивается примерно 45 % (-430 млн т у.т.) всех энергетических ресурсов, расходуемых в стране. При этом плотность тепловой нагрузки 70 % российских систем теплоснабжения находится за границами зоны высокой эффективности централизованного теплоснабжения. Поэтому в отдельных тепловых сетях потери тепла доходят до 40 %.
Годовое производство теплоэнергии в стране оценивается величиной от 2400 до 2460 млн Гкал [7].
Доля централизованных источников теплоснабжения в РФ составляет 74 %, децентрализованных — 26 %.
В общем ресурсе энергоэффективности увеличение доли автономных систем теплоснабжения и уменьшение потерь теплоэнергии составляют не менее 2 раз [6]. Эти тенденции можно проследить и по прогнозу производства тепловой энергии в РФ до 2020 г., приведенному на рис. 2.
2000 3000
2500
2000
2005
2010
1500
1000
500
500
2015 2020
2460 - 2710!
Производство
децентрализованными
источниками
И Производство
централизованными источниками
□ Потери теплоэнергии
Рис. 2. График прогноза производства тепловой энергии в РФ до 2020 г Энергетическая стратегия России на период до 2020 г., утвержденная распоряжением Правительства РФ № 1234-р от 28 августа 2003 г
Таким образом производство тепловой энергии в 2010 г. по сравнению с 2000 г. должно быть увеличино на 10.13 %, а к 2020 г. — еще на 9. 11 % относительно 2010 г.
0
При этом следует учитывать, что эффективность использования автономных систем теплоснабжения по сравнению с централизованными, определяется объемно-планировочными параметрами здания.
В обзоре [7] приводятся данные, согласно которым удельные расходы тепла для коттеджей и небольших зданий объемом 10 тыс. м3 будут в 2,5 раза выше (из-за увеличения площади ограждающих конструкций), чем в «едином здании» объемом 100 тыс. м3. В связи с этим нет уверенности, что переход от централизованных к автономным системам позволит сократить теплопотери. В некоторой степени этот переход будет вынужденным, так как к 2020 г. планируется увеличить долю малоэтажного строительства в РФ до 80 % [8].
Основанием для выбора системы теплоснабжения является анализ множества факторов: классификация территории по видам экономического использования, прогноз перспектив развития региона, оценка состояния систем расселения (колличества населения, этажности, площади и плотности застройки), состояния инфраструктуры (дорог, инженерных сетей), эффективности их использования и надежности, санитарно-эпидемиологической и экологической оценки региона (оценки воздействия источников системы теплоснабжения на окружающую среду, возможности ее воста-новления) и т.д. [4].
В настоящее время одним из развивающихся регионов нашей страны является Краснодарский край и зона Северного Кавказа, где идет строительство комплексов Зимней Олимпиады в Сочи в 2014 г. и Северокавказского туристического кластера, в котором к 2020 г. планируется построить семь новых горнолыжных курортов мирового класса: Архыз (Карачаево-Черкесская Республика), Лагонаки (Краснодарский край, Республика Адыгея), Эльбрус-Безенги (Кабардино-Балкарская Республика), Мами-сон ( Республика Северная Осетия — Алания), Матлас ( Республика Дагестан), Цори и Армхи (Республика Ингушетия), а также пляжные курорты на побережье Каспийского моря (Республика Дагестан) [9]. Создаваемый на юге России турист-ско-рекреационный комплекс должен предоставить туристам все условия для занятий горнолыжным спортом, активного, лечебного, экстремального и любого другого отдыха.
Строительство в горах усложняет и существенно удорожает строительство. Поэтому необходима оценка потенциала природных ресурсов, использования возобновляемых источников энергии на данной территории. На юге России высока эффективность применения активных и пассивных систем, основанных на использовании солнечной энергии. Средняя за период дневная сумма солнечной радиации при наклоне солнца, равном широте, составляет 3,5...4,5 кВтч/м2день (согласно данным портала http://gis-vie.ru «Возобновляемые источники энергии Российской Федерации»). На юге, по сравнению с северной и восточной территориями России, распространено использование малых гидроэлектростанций мощностью до 30 МВт. Также Северный Кавказ обладает большими ресурсами по использованию геотермальной энергии. В [6] приведена карта (рис. 3), на которой отображены районы перспективного использования различных видов возобновляемых источников энергии на территории Краснодарского края. Сводной карты для строительства автономных систем теплоснабжения, основанных на использовании ВИЭ, на Северном Кавказе пока не существует.
Приведенные приемы теплосбережения опробованы преимущественно при строительстве на равнинных территориях, и показатели их эффективности имеют относительный характер, так как каждое место строительства имеет свои особенности. Поэтому для оптимизации теплоснабжения и теплосбережения в горной местности необходимы специальные расчеты и исследования.
Рис. 3. Карта зон целесообразного использования возобновляемых источников энергии на территории Краснодарского края
Так как архитектурно-планировочные и градостроительные решения гостиничных комплексов горнолыжных курортов достаточно компактны по территории застройки и имеют малую этажность, они обладают достаточно малым объемом потребления электрической и тепловой энергии. Согласно приказу Министерства регионального развития РФ от 28 мая 2010 г. № 262 «О требованиях энергетической эффективности зданий, строений, сооружений» нормируемый базовый уровень удельного расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию малоэтажных жилых домов и зданий гостиничного типа должен равняться 80.140 кДж/(м2 . °С . сут) в зависимости от этажности и отапливаемой площади здания.
Основные приемы обеспечения энергосбережения малоэтажных зданий и возможные результаты их применения для юга России систематизированы и приведены на рис. 4—7, согласно данным, полученным в [6]. Очевидно, что реализация одного из приемов теплосбережения, даже при высокой его эффективности, будет уступать их сочетанию. Это же относится и к автономным системам электро- и теплоснабжения. В связи с неравномерностью поступления возобновляемых источников энергии, при возможности, целесообразно испльзование нескольких АСЭ, что обеспечит большую надежность в энергоснабжении, создаст ресурсы для накопителей энергии и сэкономит топливо для резервных источников.
Энергоэффективность здания достигается не только проектными методами, но и грамотными условиями эксплуатации с регулярным мониторингом критериев энергоэффективности, экологичности и гигиеничности [10].
ВЕСТНИК
МГСУ.
7
6 5
4
Е-
|3 2 1
2
4
10
13
I
I
28
39
10 20 30
Эффективность, %
Эффективность применения метода Возможное увеличение эффективности
40
50
Рис. 4. Архитектурные приемы: 1 — использование блокировки зданий (строительство таун-хау-зов, применение атриумов); 2 — возведение долговечных зданий; 3 — использование принципа теплового зонирования жилого пространства здания; 4 — применение компактных и рациональных объемно-планировочных решений здания; 5 — уменьшение отапливаемой площади здания за счет выноса подсобных помещений в подвальное; 6 — дополнительное секционирование входных тамбуров; 7 — применение ставень с наружной стороны окна
« 3
! 2 т е е1
Е
10
5 10 15
Эффективность, % Эффективность применения метода Возможное увеличение эффективности
20
20
25
Рис. 5. Градостроительные приемы: 1 —
2 — учет аэродинамического режима застройки; 3 озеленением ограждающих конструкций здания
рациональная ориентация здания по сторонам света; - использование естественного ландшафта совместно с
до т
I 3 2
1
3 3 15
30
40
1 1
_1_
_1_
55
0 10 20 30 40 50 60
Эффективность, % Ц Эффективность применения метода Возможное увеличение эффективности
Рис. 6. Технологические мероприятия: 1 — применение активных гелиосистем (солнечных коллекторов, фотоэлектрических солнечных модулей в сочетании спассивными; 2 — пассивное использование солнечной энергии (стена Тромба, гелиотеплицы); 3 — применение тепловых насосов, использующих тепло грунта или тепло удаляемого вентиляционного воздуха, геотермальных зондов или грунтовых коллекторов; 4 — применение вентилирующихся энергоэффективных окон; 5 — использование вторичных и рециркули-рованных материалов; 6 — ликвидация «мостиков холода» через оконные откосы
0
8
0
а 4
ч о
Н П %3
2 1
0
5
1 1 15
T 1
15
25
25
35 i i
10
15 20 25 Эффективность, % Эффективность применения метода Возможное увеличение эффективности
30
35
40
5
Рис. 7. Использование инженерных сетей: 1 — применение приточно-вытяжных систем с механическим побуждением и с утилизацией тепла отработанного воздуха; 2 — использование систем, основанных на децентрализованном теплоснабжении с автоматическим регулированием температуры внутреннего воздуха; 3 — применение систем лучистого отопления; 4 — использование эффективного бытового оборудования, ресурсосберегающих изделий в системах водоснабжения, отопления вентиляции; 5 — проектирование воздушных систем отопления
Туристко-рекреационный комплекс должен обеспечить безопасность отдыхающих и местного населения от действия природных стихий. Для этого необходимо определить проектные и планировочные решения по обеспечению безопасности строительства в горной местности с учетом выводов о наводнении в г. Крымске Краснодарского края в 2012 г. Необходимо определить предпосылки и алгоритм возникновения антропогенных и техногенных нагрузок, правила и нормы их уменьшения в сочетании с параметрами и ресурсами восстновления. Это находит свое отражение в тенденции перехода России к модели устойчивого развития территории, которая предполагает обеспечение санитарно-эпидемиологического благополучия населения, экологической безопасности, охраны и рационального использования природных ресурсов [10].
При строительстве Северо-Кавказского туристического кластера было бы целесообразно проанализировать опыт строительства для проведения Олимпийских Игр «Сочи — 2014». И определить возможность разработки Федеральной целевой программы строительства Северо-Кавказского туристического кластера.
Представленный анализ проблем теплообеспечения и теплосбережения показывает их комплексный характер, поэтому обеспечение энергоэффективности при строительстве туристических комплексов в Краснодарском крае и Северном Кавказе должно иметь в своей основе системный подход, в рамках которого должно быть разработано муниципальное энергетическое планирование территории, определены зоны централизованного и децентрализованного теплоснабжения. Должны быть составлены карты, определяющие эффективность использования возобновляемых источников энергии на данной территории (ст. карту на рис. 3). Для обеспечения энергоэффективности при строительстве и эксплуатации зданий гостиничного типа на юге России должны быть использованы архитектурные, градостроительные, технологические приемы и приемы, основанные на работе инженерных сетей. К самым эффективным из них относятся: применение активных гелиосистем в сочетании с пассивными, использование блокировки зданий, применение приточно-вытяжных систем с механическим побуждением и с утилизацией тепла отработанного воздуха.
При этом нельзя уменьшать значимость применения остальных методов, так как наилучший результат будет достигнут при реализации нескольких возможных приемов одновременно.
В целом проблема энергоэффективности имеет комплексный характер и требует системного привлечения специалистов различных отраслей знания.
Библиографический список
1. Ваессен П., Зиленс Д. Политика и стимулирование в области децентрализованной генерации // KEMAConsultingMay 2007. 16 с.
2. Schmidt J., Haifly A. Delivering On Renewable Energy Around The World: How Do Key Countries Stack Up? // Natural Resources Defense Council May 2012. 8 с.
3. Башмаков И.А. Анализ основных тенденций развития систем теплоснабжения в России и за рубежом. Режим доступа: http://www.cenef.ru/file/Heat.pdf. Дата обращения: 11.07.12.
4. Папушкин В.Н. Кризис «Схем теплоснабжения» или взлет «Энергетического планирования»? // Новости теплоснабжения. 2007. № 11. С. 10—15.
5. Кузовкин А.И. Прогноз энергоемкости ВВП России и развитых стран на 2020 г. Режим доступа: http://www.ecfor.ru/pdf.php?id=2010/3/11. Дата обращения 15.07.12.
6. Онищенко С.В. Автономные энергоэффективные здания усадебного типа : автореф. дисс. ... канд. техн. наук. Краснодар, 2009. 28 с.
7. Мартынов А. С., Семикашев В.В. Консолидированный обзор проблемы эффективного теплоснабжения. Режим доступа: http://solex-un.ru/sites/solex-un/files/energo _review/ konsolidirovannyy _obzor_--problemy_effektivnogo_teplosnabzheniya--.pdf. Дата обращения: 10.07.12.
8. К 2020 году доля строящегося малоэтажного жилья возрастет на 80 процентов // Российская газета. Режим доступа: http://www.rg.ru/2011/07/29/zilye-anons.html. Дата обращения: 20.07.12.
9. Постановление правительства Российской федерации от 14 октября 2010 г. № 833 г. Москва // Российская газета № 5315 от 19 октября 2010 г.
10. Малоэтажное строительство. Тренды качественного энергоснабжения / В.К. Аверьянов, В.Н. Толмачев, А.Г. Михайлов и др. Режим доступа: http://www.spbenergo.com/talk/883-averianov. html. Дата обращения: 09.08.12.
Поступила в редакцию в сентябре 2012 г.
Об авторе: Цева Анна Викторовна — ассистент кафедры архитектурно-строительного проектирования, Мытищинский филиал ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 141006, Московкая область, г. Мытищи, Олимпийский проспект, д. 50, annatseva@mail.ru.
Для цитирования: ЦеваА.В. Эффективность систем энергоснабжения: использование возобновляемых источников энергии при строительстве горнолыжных комплексов на юге России // Вестник МГСУ. 2012. № 12. С. 204—211.
A.V. Tseva
EFFICIENCY OF POWER SUPPLY NETWORKS. USE OF RENEWABLES IN CONSTRUCTION OF MOUNTAIN-SKIING CENTRES IN THE SOUTH OF RUSSIA
Problems of power efficiency are analyzed in the article. They constitute the following two trends: the problem of independent systems of heat supply operating on the basis of renewables, on the other hand, and the problem of municipal power planning and zoning, on the other hand.
The main criteria that underlie the choice of the system of heat delivery to construction sites are provided. The zoning map of renewables available in the Krasnodar Territory is presented.
A comparative analysis of efficiency of heat saving methods is demonstrated, inclusive of architectural, urban planning, technological, and engineering solutions. The author argues that their efficiency in the mountains needs thurough substantiation.
Resolution of the above problem needs a system approach. Federal construction program of the North Caucasian tourist cluster contemplates the analysis of design, development, heat supply and heatsaving solutions implemented at the Olympic sports facilities in Sochi. Any design solutions
must take account of the consequences of the Krymsk flooding in 2012, as well as the anthropogenic loads coupled with the parameters and processes of restoration.
Key words: power efficiency, heat supply, heatsaving, central and independent systems of heat supply, renewables, power distribution planning, low-rise construction, mountain-skiing centres.
References
1. Vaessen P., Zilens D. Politika i stimulirovanie v oblasti detsentralizovannoy generatsii [Politics and Stimulation in the Area of Decentralized Generation]. KEMA Consulting Publ., May 2007, 16 p.
2. Schmidt J., Haifly A. Delivering on Renewable Energy around the World: How Do Key Countries Stack up? Natural Resources Defense Council, May 2012, 8 p.
3. Bashmakov I.A. Analiz osnovnykh tendentsiy razvitiya sistem teplosnabzheniya v Rossii i za ru-bezhom [Analysis of Principal Trends of Development of Heat Supply Networks in Russia and Worldwide]. Available at: http://www.cenef.ru/file/Heat.pdf. Date of access: 11.07.12.
4. Papushkin V.N. Krizis «Skhem teplosnabzheniya» ili vzlet «Energeticheskogo planirovaniya»? [Crisis of "Heat Supply Patterns" or Rise of "Energy Planning"?]. Novosti teplosnabzheniya [News of Heat Supply]. 2007, no. 11, pp. 10—15.
5. Kuzovkin A.I. Prognoz energoemkosti VVP Rossii i razvitykh stran na 2020 g. [Projected Power Capacity of GDP in Russia and in Developed Countries]. Available at: http://www.ecfor.ru/pdf. php?id=2010/3/11. Date of access: July 15, 2012.
6. Onishchenko S.V. Avtonomnye energoeffektivnye zdaniya usadebnogo tipa [Independent Energy Efficient Buildings of the Mansion Type]. Krasnodar, 2009, 28 p.
7. Martynov A.S., Semikashev V.V. Konsolidirovannyy obzorproblemy effektivnogo teplosnabzheniya [Consolidated Overview of the Problem of Efficient Heat Supply]. Available at: http://solex-un.ru/sites/ solex-un/files/energo _review/konsolidirovannyy_obzor_--problemy_effektivnogo_ teplosnabzheniya--. pdf. Date of access: July 10, 2012.
8. K 2020 godu dolya stroyashchegosya maloetazhnogo zhil'ya vozrastet na 80 protsentov [By 2020 the Share of Low-rise Hoursing under Construction will Increase by 80 Percent]. Rossiyskaya gazeta [Russian Newspaper]. Avaiable at: http://www.rg.ru/2011/07/29/zilye-anons.html. Date of access: July 20, 2012.
9. RF Governmental Regulation of 14 October 2010 no. 833, Moscow. Rossiyskaya gazeta [Russian Newspaper]. October 10, 2010.
10. Aver'yanov V.K., Tolmachev V.N., Mikhaylov A.G. Maloetazhnoe stroitel'stvo. Trendy kachest-vennogo energosnabzheniya [Low-rise Construction. Trends in Quality Energy Supply]. Available at: http://www.spbenergo.com/talk/883-averianov.html. Date of access: 09.08.12.
About the autor: Tseva Anna Victorovna — assistant lecturer, Department of Architectural and Structural Design, Mytishchi Branch, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 50
Olimpiyskiy prospekt, Mytishchi, Moscow Region, 141006, Russian Federation; annatseva@mail.ru.
For citation: Tseva A.V. Effektivnost' sistem energosnabzheniya: ispol'zovanie vozobnovlyaemykh istochnikov energii pri stroitel'stve gornolyzhnykh kompleksov na yuge Rossii [Efficiency of Power Supply Networks. Use of Renewables in Construction of Mountain-skiing Centres in the South of Russia]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 12, pp. 204—211.
