CC BY
235
УЕБТЫНС
мвви
УДК 697.3
П.А. Хаванов
ФГБОУ ВПО «МГСУ»
РАЗВИТИЕ, ПЕРСПЕКТИВЫ И СОСТОЯНИЕ ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ В РФ
Реформирование жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ) страны связано как с внедрением энергосберегающих технологий, так и с выходящими на первое место проблемами реконструкции и повышения надежности систем теплоснабжения. Тенденции перехода к автономным системам теплоснабжения объектов имеет причины финансово-инвестиционного характера, и технические аспекты, связанные с преимуществами децентрализованных систем.
Ключевые слова: теплофикация, централизованное теплоснабжение, тепловые сети, децентрализованное теплоснабжение, автономный источник теплоты.
Ежегодные объемы нового жилищного строительства в России составляют около 1,8...2 % эксплуатируемого жилого фонда, поэтому экономия энергоресурсов за 10 лет составит не более 8 %, в то же время совокупность энергосберегающих мероприятий по эксплуатируемым зданиям, источникам и системам теплоснабжения может достичь 2-кратного снижения потребления энергоресурсов, в расчете на 1 млн м2 жилья в средней полосе России — до 25.30 тыс. т у. т. в год.
Значительная часть населения расселяется наряду с городами в поселках городского и сельского типов. В малых населенных пунктах (до 50 тыс. человек) проживает до 45 % населения страны. При низкой по сравнению с городами абонентноплот-ностью до 2 потр/га значительно снижаются плотность жилого фонда и плотность теплопотребления: для малоэтажной приусадебной застройки — соответственно 750.500 м2/га и 0,17.0,1 МВт/га; для 3...5 этажных зданий без приусадебных участков — 3000.2500 м2/га и 0,45.0,32 МВт/га.
В энергетике системы теплоснабжения мощностью менее 58 МВт считались децентрализованными. Такие системы в городах считаются мелкими, неэффективными и неэкономичными, а в малых населенных пунктах — крупными и в ряде случаев экономически более рациональными.
Необходимо ввести четкую классификацию, считая основным признаком децентрализации или автономной системы отсутствие тепловых распределительных сетей, тогда под понятие автономных источников теплоты попадают не только домовые (интегрированные со зданием), крышные, встроенные, пристроенные котельные, но и по-квартирные системы от поквартирных теплогенераторов.
В исследованиях ЦНИИЭП инженерного оборудования отмечалось, что эффективность и экономичность автономных систем на газообразном топливе всегда значительно выше, чем централизованных. А если мы используем твердое топливо, то из-за проблем доставки, хранения, сжигания, золошлакоудаления, снижения вредных выбросов система автономного теплоснабжения становится менее привлекательной. Практически повсеместно наиболее рациональны поселковые котельные даже с че-тырехтрубной распределительной системой теплоснабжения (несмотря на то, что в 4-трубных системах капиталовложения в тепловые сети до 50.60 %) [1].
Специфика жилого фонда, различные условия по теплоплотности потребления, абонентноплотности и т.д. для крупных городов и малых населенных пунктов; объективная целесообразность теплофикации при приоритетной задаче выработки электро-
энергии и множество других факторов обусловливают объективную необходимость многовекторной стратегии реконструкции и энергетической модернизации жилых зданий и тепловой инфраструктуры в РФ [2].
Централизация выработки тепловой энергии позволяет достичь: максимальной эффективности выработки тепловой энергии мощными источниками теплоты, эксплуатируемыми специализированным профессиональным персоналом;
наиболее рационального использования централизации на базе крупных энергетических установок, работающих по эффективным термодинамическим циклам при совместной выработке электрической и тепловой энергии (ТЭЦ с приоритетом нагрузки электропотребления, высокоэффективных ТЭЦ с парогазовым циклом);
максимального социального эффекта с полным освобождением населения от трудозатрат на обслуживание системы теплоснабжения (отопление, ГВС, вентиляция);
высокоэффективного, экологически удовлетворительного сжигания низкосортных топлив, отходов бытового и производственного происхождения, вторичных энергетических ресурсов примышленных предприятий;
наиболее эффективной очистки и рассеивания продуктов сгорания, подавления эмиссии или нейтрализации вредных выбросов и стоков, сооружение которых технически возможно и экономически целесообразно только на мощных централизованных источниках [3—5].
Именно эти факторы стимулировали мощный прорыв отечественной энергетики в пятидесятые-шестидесятые годы на передовые позиции в мире в области централизованного теплоснабжения как по разработке эффективного теплогенерирую-щею оборудования, так и по объемам строительства и внедрения в масштабе страны. Отечественный опыт создания мощных теплофикационных комплексов и систем централизованного теплоснабжения оказал определенное влияние на развитие систем централизованного теплоснабжения во многих зарубежных странах (особенно в последние десятилетия в Германии, Финляндии, Швеции, Дании и др). В Москве централизованно обеспечивается 96 % нагрузки отопления и горячего водоснабжения от 14 ТЭЦ, 67 РТС и 107 мелких котельных, и только 4 % потребляемой мощности обеспечивается децентрализованными источниками тепла. Однако развитие отрасли ставило все новые задачи и поднимало уровень требований к эффективности систем, их техническому уровню и эксплуатационным показателям. Этот этап развития и реконструкции в отечественной коммунальной энергетике не нашел надлежащего воплощения в силу множества причин, порожденных непростыми годами последних десятилетий преобразования общества, что привело к тому, что техническое оснащение эксплуатируемых систем централизованного теплоснабжения и принципиальные научно-технические разработки, заложенные в эти системы, датируются 1960—1970-ми годами. Применение наиболее простых схем центрального качественного регулирования отпуска тепловой энергии, обусловленного утилитарной простотой систем управления и оборудования, приводит к несоответствию режимов потребления и отпуска теплоты у потребителей. Значительную величину составляют потери теплоты у потребителей из-за несовершенства местных систем распределения и управления, наличия технологически обусловленных режимов «перетопа». Большая протяженность тепловых сетей, значительный износ оборудования и низкий уровень эксплуатации в совокупности с ранее отмеченными факторами приводят к снижению надежности функционирования как центральных источников тепла, так и распределительных сетей, что обусловливает высокий уровень аварийности в централизованных системах и чрезвычайно низкие эксплуатационные показатели.
В настоящее время теплоснабжение около 80 % городского фонда России осуществляется от централизованных источников, и общая протяженность магистральных участков тепловых сетей диаметром 600...1400 мм составляет 13000 км, а про-
тяженность распределительных и внутриквартальных участков трубопроводов диаметром 50.500 мм достигает 125000 км (в пересчете на двухтрубную систему).
Эксплуатация тепловых сетей сопровождается неизбежными тепловыми потерями от внешнего охлаждения в размере 12.20 % тепловой мощности (нормируемое значение 5 %), и с утечками теплоносителя от 5 до 20 % расхода в сети (при нормируемом значении потерь с утечками до 0,25 % от объема теплоносителя в системе теплоснабжения, с учетом объема местных систем или 2 % от расхода сетевой воды). Эксплуатационные затраты электроэнергии на перекачку теплоносителя составляют 6.10 %, а затраты на химводоподготовку 15.25 % в стоимости отпускаемой тепловой энергии. Значительное превышение нормативных потерь связано с высокой степенью износа оборудования централизованных систем теплоснабжения и особенно тепловых сетей, до 70 % и более. Поэтому именно тепловые сети являются самым ненадежным элементом системы централизованного теплоснабжения, на который приходится более 85 % отказов по системе в целом.
Трубопроводы тепловых сетей прокладываются в подземных проходных и непроходных каналах — 84 %, бесканальной подземной прокладкой — 6 % и надземной (на эстакадах) — 10 %. В среднем по стране свыше 12 % тепловых сетей периодически или постоянно затапливаются грунтовыми или поверхностными водами, в отдельных городах эта цифра может достигать 70 % теплотрасс. Неудовлетворительное состояние тепловой и гидравлической изоляции трубопроводов, износ и низкое качество монтажа и эксплуатации оборудования тепловых сетей отражается статистическими данными по аварийности. Так, 90 % аварийных отказов приходится на подающие и 10 % — на обратные трубопроводы, из них 65 % аварий происходит из-за наружной коррозии и 15 % — из-за дефектов монтажа (преимущественно разрывов сварных швов).
На этом фоне все увереннее позиции децентрализованного теплоснабжения, к которому следует отнести как поквартирные системы отопления и горячего водоснабжения, так и домовые, включая многоэтажные здания с крышной или пристроенной автономной котельной. Использование децентрализации позволяет лучше адаптировать систему теплоснабжения к условиям потребления теплоты конкретного обслуживаемого его объекта, а отсутствие внешних распределительных сетей практически исключает непроизводственные потери теплоты при транспорте теплоносителя. Повышенный интерес к автономным источникам теплоты (и системам) в последние годы в значительной степени обусловлен финансовым состоянием и инвестиционно-кредитной политикой в стране, так как строительство централизованной системы теплоснабжения требует от инвестора значительных единовременных капитальных вложений в источник, тепловые сети и внутренние системы здания, причем с неопределенными сроком окупаемости или практически на безвозвратной основе. При децентрализации возможно достичь не только снижения капитальных вложений за счет отсутствия тепловых сетей, но и переложить расходы на стоимость жилья (т.е. на потребителя). Именно этот фактор в последнее время и обусловил повышенный интерес к децентрализованным системам теплоснабжения для объектов нового строительства жилья. Организация автономного теплоснабжения позволяет осуществить реконструкцию объектов в городских районах старой и плотной застройки при отсутствии свободных мощностей в централизованных системах. Децентрализация на современном уровне, базирующаяся на высокоэффективных теплогенераторах последних поколений (включая конденсационные котлы), с использованием энергосберегающих систем автоматического управления позволяет в полной мере удовлетворить запросы самого требовательного потребителя [6].
Выход из создавшегося положения может быть только в принятии безотлагательных мер по модернизации и реконструкции существующий систем теплоснабжения. Однако это связано со значительными инвестиционными затратами, проведение таких
работ за счет государственный средств практически нереально, а привлечение частных инвестиций связано с очень большими рисками.
Законодательная база предусматривает привлечение инвестиций на цели модернизации (реконструкции) систем коммунальной инфраструктуры и их гарантированный возврат, в соответствии с законом № 210-ФЗ «Об основах регулирования тарифов организаций коммунального комплекса» только через тарифные источники, т.е. все инвестиционные затраты на модернизацию систем теплоснабжения и ее результаты в конечном счете должен оплатить потребитель через инвестиционную составляющую в тарифах на теплоснабжение.
При сегодняшнем уровне тарифов на тепловую энергию, их неупорядоченной системе определений, в т.ч. и без участия самих потребителей, существенно сужаются возможности реконструкции и модернизации муниципальных систем теплоснабжения. Не обеспечивается в будущем «экономическая» и «физическая» доступность коммунальных услуг потребителям при использовании традиционной технологии реконструкции и модернизации систем теплоснабжения за счет замены оборудования источника теплоснабжения или строительства новой модульной котельной. Тем более не гарантируется возврат инвестиций через инвестиционную составляющую и получение инвесторами обоснованной доходности на инвестированный капитал.
Расчеты показывают, что во многих регионах страны действующие тарифы не обеспечивают «расчетную» себестоимость отпускаемой тепловой энергии, коммунальные службы работают на дотациях из региональных и муниципальных бюджетов.
В то же время коммерческие расчеты за потребленную тепловую анергию через удельные расходы на 1 м2 отапливаемой площади, как правило, в 1,5.2 раза выше фактически потребленной тепловой энергии [7—9].
Поэтому модернизация (реконструкция) систем муниципального теплоснабжения должна производиться путем выбора энергосберегающих и энергоэффетивных технологий комплексной технологической модернизации системы от источника до потребителя, снижающих или ликвидирующих непроизводительные потери, при сохранении действующего тарифа. Выделение инвестиционной составляющей в действующем тарифе с привлечением средств потребителей в инвестиционной программе на срок окупаемости инвестиционных затрат может быть достигнута за счет значительного сокращения эксплуатационных расходов в результате использования энергосберегающих и энергоэффективных технологий [10, 11].
В качестве примера рассмотрим инвестиционную программу комплексной технологической модернизации систем теплоснабжения, разработанную для муниципального пос. Бавлены Владимирской области. Суть инвестиционной программы заключается:
в анализе существующей системы теплоснабжения, определении расчетных данных потребления и выделении наиболее узких мест в системе теплоснабжения, которые отрицательно влияют на энергоэффективность существующей системы;
расчете вариантов инвестиционных затрат и эксплуатационных расходов комплексной модернизации систем теплоснабжения;
обосновании существующих тарифов и расчете инвестиционной составляющей, обеспечивающей установленный срок окупаемости инвестиций и гарантированный возврат инвестиций.
Расчеты показывают, что наиболее привлекательной инвестиционной программой является вариант комплексной технологической модернизации, в которой обеспечивается мотивация потребителя в энергосбережении с его личным участием:
перевод многоквартирного и многоэтажного жилищного фонда на поквартирную систему теплоснабжения с индивидуальными газовыми теплогенераторами в каждой квартире;
перевод потребителей социальной инфраструктуры на автономное теплоснабжение с пристроенными, встроенными и крышными котельными без тепловых сетей, в которых возможно использовать высокоэффеетивное отечественное оборудование, например: каталитические теплогенераторы (КТГО,16; 0,25; 05 и 1,0 МВт), к отличительным особенностям которых относится высокий КПД, на 3.5 % выше чем у традиционных котлов, за счет высокой теплонапряженности реакторной зоны, системы предварительного смешения газа: и воздуха; беспламенное низкотемпературное каталитическое горение (не более 950 °С), низкий уровень вредных выбросов с продуктами сгорания: N0^ < 12ррт, СО < 35ррт, доля вырабатываемого инфракрасного тепла до 70 %, диапазон модуляции мощности от 30 до 100 %, низкий уровень шума, отсутствие вибрации.
Существующая система теплоснабжения пос. Бавлены работает от центральной котельной ЗАО «Бавленский «Электромеханический завод», оборудованной паровыми котлами ДКВР-20 общей мощностью 20 х 3 = 60 т/ч или 39 МВт.
Анализ вариантов реконструкции системы теплоснабжения пос. Бавлены, выполненный ОАО «СантехНИИпроект», и достигнутые на этом примере результаты можно сопоставить по данным, приведеным в таблице.
Сравнительные технико-экономические показатели вариантов теплоснабжения пос. Бавлены
Варианты
1 2 3 4
Показатели Модернизация существующей котельной АИТ для социально-бытовой инфраструктуры Поквартирное тепло снабжение жилого фонда АИТ для со-циально-бы-товой инфраструктуры
Количество вновь установленных котельных и индивидуальных котлов, шт. 0 5 294 6
Установленная мощность котельных/ суммарная мощность индивидуальных источников, МВт 14 8 6,85 (единичная мощность индивидуальных источников 23,3 кВт) 9,5
Размер инвестиций в источники теплоты, тыс. р. 54180 49600 23520 58900
Стоимость затрат на переоборудование поквартирного теплоснабжения одного потребителя, тыс. р. 0 80 80 0
Количество потребителей тепла, ЖКХ/ соцбыт, шт. 46/10 10 294 46/10
Протяженность трубопроводов в четы-рехтрубном исполнении, м 30000 9000 0 12000
Окончание табл.
Показатели Варианты
1 2 3 4
Модернизация существующей котельной АИТ для социально-бытовой инфраструктуры Поквартирное тепло снабжение жилого фонда АИТ для со-циально-бы-товой инфраструктуры
Размер инвестиций в модернизация тепловых сетей (средний диаметр трубопровода (Ру = 100 мм), тыс. р. 0 9900 0 13200
Размер инвестиций в модернизацию газовых сетей, тыс. 0 4000 0 4000
Суммарные инвестиции, тыс. р. 54180 63500 23520 76100
Коэффициент энергетической эффективности 0,67 0,8 0,91 0,8
Годовое потребление тепловой энергии, МВт-ч/год 21468 18078 3390 21468
Годовой расход тепловой энергии, МВт-ч/год 32042 22597 3725 26835
Годовой расход газа, тыс. м3/год 3444,5 2429,2 400,5 2884,7
Эксплуатационные затраты, тыс. р./год 6600 1408 882 1672
Общекотельные и прочие затраты, тыс. р/год 2220 821,6 0 874
Итого затрат, тыс. р./ год 30299,7 15348,9 1931,3 17382,9
Себестоимость реализованного тепла, р./Гкал 1641 987,2 662,4 941
Библиографический список
1. Панферов В.И., Панферов С.В. Анализ алгоритмов регулирования систем теплоснабжения по Е.Я. Соколову // Материалы 3-ей МНТК «Теоретические основы ТГВ» : сб. докладов. М. : МГСУ, 2009. С. 276—280.
2. ТеличенкоВ.И., Большеротов А.Л. Классификация уровней безопасности и качественного состояния экосистем. Ч. 1 Естественные экосистемы // Промышленное и гражданское строительство. 2010. № 12. С. 52—54.
3. Каменева Е.А. Реформа ЖКХ, или Теперь мы будем жить по-новому... М. : Феникс, 2005. 349 с.
4. ТСН-2001.3 «Общие положения по применению норм и расценок на строительные работы». 56 с.
5. Постановление правительства Москвы «Об утверждении правил производства земляных и строительных работ, прокладки и переустройства инженерных сетей и коммуникаций в
г. Москве». № 603 от 8 августа 2000 г. 24 с. Режим доступа: http://www.referent.rU/1/87903. Дата обращения: 29.08.2012.
6. Хаванов П.А., Барынин К.П. Некоторые ошибки при разработке тепломеханической части автономных источников теплоты // АВОК. 2004. № 8. С. 54—57.
7. Гришков А.В., Логинов А.А. Эффективность использования топлива при работе малых ТЭЦ // Вестник МГСУ 2011. № 7. С. 402—405.
8. Финансовая основа инвестиций в России / В.Н. Чапек, В.П. Рябошапко, Д.В. Максимов, С.П. Соколов. М. : Феникс, 2007. 380 с.
9. Забелин П.В., Моисеева Н.К. Основы стратегического управления. М. : Инф.-внедр. центр «Маркетинг», 1997. 175 с.
10. Ст.1 Градостроительный кодекс Российской Федерации от 29.12.2004г. № 190-ФЗ. 58 с. Режим доступа: http://www.consultant.ru/popular/gskrf/. Дата обращения: 29.08.2012.
11. Инвестиционно-строительный инжиниринг / И.И. Мазур, В. Д. Шапиро, Н.Г. Ольден-рогге, А.Ю. Забродин. М. : ЕЛИМА, 2009. 763 с.
Поступила в редакцию в октябре 2012 г.
Об авторе: Хаванов Павел Александрович — профессор, доктор технических наук, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 8(499)183-26-92, tku@mail.ru.
Для цитирования: Хаванов П.А. Развитие, перспективы и состояние децентрализованных систем теплоснабжения в РФ // Вестник МГСУ 2012. № 11. С. 219—226.
P.A. Khavanov
DEVELOPMENT, PROSPECTS AND CONDITION OF DECENTRALIZED HEAT SUPPLY SYSTEMS IN THE RUSSIAN FEDERATION
Reform of the Russian housing sector contemplates power-saving actions. At the same time, new heat supply systems must be reliable and safe. Technical advantages of decentralized heat supply systems may launch a trend to independent heating systems if backed by substantial financial inflows.
The authors provide statistic data and research findings of CNIIEP "Engineering Utilities" in the article.
The analysis of peculiarities of the housing stock is made. The analysis of existing centralized heat supply systems is provided. The alternative pattern of restructuring of the centralized system is developed.
The analysis of the investment programme that incorporates a comprehensive restructuring of the heat supply network of Bavleny municipal district (Vladimir region) was made by the authors and analyzed in the article. Problems associated with the introduction of an independent heat supply system that will have in-built and roof boiler rooms are considered.
Comparison of technical and economic parameters is made for various degrees of centralization of the heat supply network.
Key words: installation of heating systems, central heating, heat supply systems, decentralized heating systems, independent heating source.
References
1. Panferov V.I., Panferov S.V. Analiz algoritmov regulirovaniya sistem teplosnabzheniya po E.Ya. Sokolovu [Analysis of Algorithms of Regulation of Heat Supply Systems according to E.Ya. Sokolov]. Teoreticheskie osnovy TGV [Theoretical Fundamentals of Heat, Gas Supply and Ventilation]. Collected works of International Scientific and Technical Conference. Moscow, MGSU Publ., 2009, pp. 276—280.
2. Telichenko V.I., Bol'sherotov A.L. Klassifikatsiya urovney bezopasnosti i kachestvennogo sos-toyaniya ekosistem. Ch. 1 Estestvennye ekosistemy [Classification of Levels of Safety and the Qualitative State of Ecosystems. Part 1. Natural Ecosystems]. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Industrial and Civil Engineering]. 2010, no. 12, pp. 52—54.
3. Kameneva E.A. Reforma ZhKKh, ili Teper'my budem zhit'po-novomu... [Reform of Housing and Community Amenities, or Now We Will Live in a New Fashion...]. Moscow, Feniks Publ., 2005, 349 p.
4. TSN-2001.3 «Obshchie polozheniya po primeneniyu norm i rastsenok na stroitel'nye raboty». [«General Provisions concerning Application of Norms and Rates for Construction Works»]. 56 p.
5. Postanovlenie pravitel'stva Moskvy «Ob utverzhdenii pravil proizvodstva zemlyanykh i stroitel'nykh rabot, prokladki i pereustroystva inzhenernykh setey i kommunikatsiy v g. Moskve» [Resolution of the Moscow Government "About the Approval of the Rules of Performance of Earth and Construction Works, Laying and Renovation of Engineering and Utility Networks in Moscow"]. No. 603, 8 August, 2000, 24 p. Available at: http://www.referent.ru/1/87903. Date of access: 29.08.2012.
6. Khavanov P.A., Barynin K.P. Nekotorye oshibki pri razrabotke teplomekhanicheskoy chasti av-tonomnykh istochnikov teploty [Faults in Development of the Thermal Mechanical Concept of Independent Sources of Heat]. AVOK Publ., 2004, no. 8, pp. 54—57.
7. Grishkov A.V., Loginov A.A. Effektivnost' ispol'zovaniya topliva pri rabote malykh TETs [Efficiency of Consumption of Fuel by Low-capacity Thermal Power Plants]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2011, no. 7, pp. 402—405.
8. Chapek V.N., Ryaboshapko V.P., Maksimov D.V., Sokolov S.P. Finansovaya osnova investitsiy v Rossii [Financial Framework of Investments in Russia]. Moscow, Feniks Publ., 2007, 380 p.
9. Zabelin P.V., Moiseeva N.K. Osnovy strategicheskogo upravleniya [Fundamentals of Strategic Management]. Moscow, Marketing Publ., 1997, 175 p.
10. St.1 Gradostroitel'nyy kodeks Rossiyskoy Federatsii ot 29.12.2004g. № 190-FZ. [Art. 1. Urban Development Code of the Russian Federation of 29.12.2004, Federal Law № 190-FZ]. Available at: http:// www.consultant.ru/popular/gskrf/. Date of access: 29.08.2012.
11. Mazur I.I., Shapiro V.D., Ol'den-rogge N.G., Zabrodin A.Yu. Investitsionno-stroitel'nyy inzhiniring [Investment and Civil Engineering]. Moscow, ELIMA Publ., 2009, 763 p.
About the author: Khavanov Pavel Aleksandrovich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; tku@mail.ru; +7(499)183-26-92.
For citation: Khavanov P.A. Razvitie, perspektivy i sostoyanie detsentralizovannykh sistem teplosnabzheniya v RF [Development, Prospects and Condition of Decentralized Heat Supply Systems in the Russian Federation]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 11, pp. 219—226.
