CC BY
34
Статистическая оценка некоторых факторов надежности и безопасности систем централизованного теплоснабжения
А.А.Гришан, Р.Г.Коваленко
Надежность систем централизованного теплоснабжения (СЦТС) определяется способностью обеспечивать качество и безопасность теплоснабжения [1]. Качество оценивается по тенденциям к отказам (отключениям теплоснабжения) и соблюдению отопительных графиков, а безопасность - по реакции населения на фактические показатели качества услуг, за критерий которой принимается тенденция к переходу от централизованного теплоснабжения к автономному.
Оценка причин отказов и тяжести последствий
Для статистической обработки данных по Приморскому краю мы использовали систему 51а1пз11"са № 8 (серийный № BX905E317701FA-H), в частности программы Basic Statistics/Tables, Multiple Regression, ANOVA, Distribution Fitting и Advanced Linear/Nonlinear Models. Оценка статистической значимости линейных трендов проводилась по критерию Фишера. Проверка нормальности распределения всех анализируемых данных (абсолютных и относительных, по годам, месяцам и неделям) выявила возможность ее оценки только на основе ежемесячных относительных показателей.
В среднем каждый месяц примерно на 17% от выборки котельных края (494-711 в 1999-2009 годах) происходили инцидент или авария. Почти 2/3 аварий (66,11%) приводили к отказам СЦТС. Была установлена зависимость отказов от пяти категорий причин:
- отключения электроэнергии -37,3%. Среднемесячный рост с 19,48 до 55,57% и влияние на отказы статистически значимы;
- топливные причины - 22,1%. Уменьшение с 35,7 до 3,43% и влияние на отказы статистически значимы;
- прорывы теплотрасс - 15,6%. Рост с 14,71 до 17,97% статистически не значим, влияние на отказы - значимо;
- отключения холодного водоснабжения - 12,2%. Рост с 10,9 до 14,1% статистически не значим, влияние на отказы -значимо;
- неисправность оборудования - 12,8%. Уменьшение с 19,4 до 8,95% статистически значимо, влияние на отказы -не значимо.
Тенденция к резкому увеличению доли отказов СЦТС из-за отключения электроэнергии очевидным образом свидетельствует об ухудшении состояния энергосистемы в целом. Для выявления тому причин и оценки их важности необходимо проводить мониторинг и диагностику.
Резкое снижение доли топливных причин можно расценивать как улучшение работы топливоснабжающих организаций
и повышение качества топлива. Значительное снижение доли причин, связанных с неисправностью оборудования, можно объяснить повышением качества подготовки котельных к отопительным периодам.
При отсутствии статистически значимого роста влияния прорывов теплотрасс их доля в сумме причин отказов СЦТС характеризуется значительным разбросом - от 5 до 33%. За исключением единичных случаев прорыва теплотрасс при дорожно-транспортных происшествиях, этот факт можно рассматривать как результат повсеместно практикуемых ре-монтно-восстановительных работ, направленных скорее на устранение произошедших прорывов, чем профилактику [2].
Доля отключений холодной воды минимальна и относительно стабильна.
Для оценки тяжести отказов СЦТС мы использовали ежемесячные данные о количестве отключенного населения от любого вида услуг (горячего водоснабжения, отопления) и продолжительности отключений. Суммарное количество отключенного населения в 1999-2009 годах оценивалось от 8155 до 146 860 человек. Чтобы исключить субъективные факторы, мы рассматривали удельные оценки отключений, исчисляемые как отношение количества отключенных человек к количеству котельных в выборке (человек/котельная).
Множество вариантов продолжительности отключения нами сгруппировано по диапазонам, при определении границ которых использовался критерий вероятности безотказной работы - понижение температуры в помещениях до + 12оС (СНиП 41-03-2003). Оценка гражданских зданий показала, что при отключении отопления продолжительность их остывания до упомянутой температуры соответствует 5-6 часам в северных районах Приморского края (расчетная температура наружного воздуха до - 31-34 оС) (СНиП 23-0199*) и 9-10 часам в южных районах (расчетная температура до - 17-24оС). С учетом этих данных, а также принятой в надзорных органах градации «менее 10 часов» и «более 10 часов» границы диапазонов определены так: «менее 1 часа», «1-6 часов», «6-10 часов», «более 10 часов».
Дополнительно мы использовали показатели удельной продолжительности отключений, исчисленные как отношение суммарной продолжительности отключения в каждом из выбранных диапазонов к количеству обследованных котельных (час/котельная).
Статистически значимым оказался рост тяжести отключений на время 1-6 часов и 6-10 часов по каждому контролируемому параметру (см. таблицу).
Статистически не значимыми оказались тенденции, обусловленные снижением числа крупных аварий (более 10 часов) и мелких легкоустранимых неисправностей (менее 1 часа).
Оценка качества теплоснабжения
Процесс отопления сочетает в себе нагрев воды, ее транспортировку по сетям и теплоотдачу у потребителя. В результате анализа каждого из этих процессов можно получить оценки состояния соответствующих подсистем СЦТС. В данном случае оценивался недогрев воды, подаваемой в сети, в сравнении с проектными отопительными графиками, основанными на расчетных температурах наружного воздуха. Снижение температуры воды на 2-3оС во внимание не принималось [4]. Оценки базировались на данных о фактических температурах воды, подаваемой в тепловые сети. При отсутствии таких данных использовались сведения об отопительных графиках, утвержденных департаментом ЖКХ Администрации Приморского края. В каждом случае учитывались также данные о температурах наружного воздуха в населенных пунктах.
Недогрев воды в отопительные периоды 1999-2004 годов составлял в среднем 30-35% от проектного графика, а позднее - 12-13% (рис. 1).
Причину такой динамики не следует искать в кардинальном улучшении качества работы котельных. Суть в том, что до 2004-2005 годов службы Госэнергонадзора дважды в неделю собирали сведения о фактических температурах нагрева воды. В последующие годы такой контроль прекратился, и в наших оценках использованы данные об утвержденных отопительных графиках на ряде котельных края. Поэтому цифры на рис. 1 показывают фактический недогрев теплоносителя до 2004-2005 годов и планируемый в последующие годы.
На основе данных о численности населения в соответствующих поселениях края были получены сведения о неоправданном сборе платежей, обусловленном отсутствием теплосчетчиков как у потребителей, так и на энергоисточниках. В таких условиях счета на оплату отопления выставлялись по расчетному теплопотреблению, основанному на проектных
температурных графиках. Анализ показал, что ежегодно от 788,82 до 1007,4 тыс. человек (51,3-65,5% всего отапливаемого населения) вынуждены были оплачивать от 12 до 33% услуг, которые им фактически не оказывались.
Реакция населения на ненадежность и низкое качество теплоснабжения
При массовых недопоставках тепла и отключениях от теплоснабжения, а также росте тарифов население все чаще предпочитает автономное теплоснабжение. В числе отказников - не только новостройки с пообъектными нагрузками по теплоснабжению более 1 МВт, но и квартиросъемщики, желающие выйти из состава СЦТС.
По данным Ростехнадзора и некоторых электросетевых предприятий, суммарная мощность отопительных электроприборов к 2009 году превысила 182 МВт и составляла 7,49% от суммарной мощности электростанций Приморского края или 42,49% от мощности Владивостокской ТЭЦ-2 в 2008 году (рис. 2).
Массовый переход населения на электроотопление статистически значим даже при том, что это неполные данные, поскольку соответствующий мониторинг не организован.
Предварительная оценка риска
Закон «О теплоснабжении» [1], запрещающий поквартир-ный переход на автономное теплоснабжение, не запрещает переход подомовой. Популярность автономного теплоснабжения при всех известных недостатках обеспечивается важным достоинством - отсутствием посредников. Увеличение сектора автономного теплоснабжения может привести к созданию объединений нескольких потребителей при одном энергоисточнике. Скорее всего, это будут ТСЖ [3]. Следовательно, при снижении надежности существующей системы процесс перехода к автономному теплоснабжению может активизироваться.
Такая тенденция не нова. В процессе развития централизации она формировалась на основе заинтересованности потребителей в поставщиках услуг и наоборот. Сейчас она базируется на антагонизме. Ее усиливают принудительные меры
Таблица
Статистическе показатели Диапазоны отключений
менее 1 часа 1-6 часов 6-10 часов более 10 часов
Доля удельных отключений, человек/котельная
Рост + + +
Снижение + + +
Доля удельной продолжительности отключений, час/котельная
Рост + + + +
Снижение + +
Примечание: + - статистически не значимы; + + - статистически значимы
возврата потребителей в состав СЦТС под угрозой судебных решений вплоть до выселения из квартир. Представляется очевидным, что это усиливает напряжение в обществе.
Развитие стихийной автономизации теплоснабжения может привести к критическому ее уровню, когда платежи сохранившегося рынка сбыта услуг не будут покрывать расходы на подготовку СЦТС к отопительным периодам. Это потребует увеличения расхода бюджетных средств, что ухудшит и без того не вполне благополучное положение социальной сферы. Косвенно о такой тенденции свидетельствует более чем двукратный рост расходов краевого бюджета на подготовку к зиме 2008 года по сравнению с 2002-м.
Переход населения на электроотопление создает отложенный дефицит электроснабжения возрождающейся промышленности. К тому же для получения 1 Гкал тепла за счет
электроэнергии требуется почти в 2,5 раза больше условного топлива, чем при централизованном отоплении. С учетом повсеместного отсутствия на электростанциях устройств для улавливания газообразных продуктов сгорания топлива переход на электроотопление будет означать рост загрязнения атмосферного воздуха, в частности парниковыми газами. Увеличение удельного топливопотребления потребует наращивания добычи топлива, что приблизит его исчерпаемость и усилит угрозу энергетической безопасности страны при том, что уже сегодня в отоплении зданий избыточность добычи топлива оценивается как пятикратная.
Выводы
1. Более 66% инцидентов и аварий в СЦТС Приморского края сопровождаются отключениями потребителей от тепло-
ф
а р
о
ог
о р
д о
о д
е
Отопительные периоды
Рис. 1. Оценка недогрева воды, подаваемой в сети теплоснабжения Приморского края в отопительные периоды 1999-2009 годов (% от нормативного уровня)
Мощность
Линейная аппроксимация
200
у-6,7389х + 4б,447
19941199511996 199?11998 199912000 |2001 2002|200512004 200;|2006 |2007 |2008 2009|2010|
Годы наблюдений
Рис. 2. Электроотопление в Приморском крае в 1994-2010 годах
снабжения. Одновременно растет число системных аварий, главным образом в системах, взаимодействующих с СЦТС.
2. Из пяти групп причин отключение электроэнергии обладает самым высоким коэффициентом корреляции (0,831) с отказами СЦТС. Анализ ежемесячных данных показал статистически значимый рост этой группы причин с 19,48 до 55,57%. Доверительные границы тенденций влияния каждой группы причин вычислены по средним месячным значениям 1999-2009 годов. В частности, для апреля 2009 года они составляют 5,63-10,42%.
3. Рост тяжести средней продолжительности отключений на время 1-6 часов и 6-10 часов как по удельному количеству отключаемого населения, так и по удельной продолжительности отключений оценивается как статистически значимый.
4. Доверие потребителей к СЦТС снижается. Об этом свидетельствует тенденция к переходу на автономное теплоснабжение. Суммарная мощность электроотопительных приборов в 2009 году оценивалась на уровне 7,5% от установленной мощности электростанций Приморского края. Снижение доверия усугубляется взиманием платы за непредоставленные услуги, оцениваемые фактическим недогревом воды на 30-35% от норматива до 2004-2005 годов и планируемым - на 12-13% в последующие годы.
5. Стихийная автономизация теплоснабжения будет сопровождаться деградацией СЦТС с риском катастрофы и может привести к дефициту электроснабжения для возрождающейся промышленности.
Литература
1. Федеральный закон от 27.07.2010 № 190-ФЗ «О теплоснабжении» // Собрание законодательства Российской Федерации. 2010. № 31. Ст. 4159.
2. Гришан А.А. Энергосберегающая методология защиты и восстановления природно-технических систем в примерах практического применения: монография. Владивосток: Дальнаука, 2007.
3. Гусев Б.В., Гришан А.А. Эволюция систем централизованного теплоснабжения: синергетический подход // Промышленное и гражданское строительство. 2009. № 2. С. 36-39.
4. Правила учета тепловой энергии и теплоносителя. М.: Изд-во МЭИ, 1995. С. 37.
Literatura
1. FederaLnyj zakon ot 27.07.2010 №190-FZ «O teplo-snabzhenii» //Sobpanie zakonodatelstva Rossijskoj Federacii. 2010. № 31. St.4159.
2. Grishan A.A. Energosberegajushaya metodologiya zashity i vosstanovleniya prirodno-tehnicheskih sistem v primerah prakticheskogo primeneniya: monografiya. Vladivostok: Dalnauka, 2007.
3. Gusev B.V. Evoluciya sistem centralizovannogo teplo-snabzheniya: sinergeticheskij podhod / B.V. Gusev, A.A. Grishan //
Promychlennoe i grazhdanskoe stroitelstvo. 2009. №2. S. 36-39.
4. Pravila ucheta teplovoj energii i teplonositelya. M.: Izd-vo MEI, 1995. S.37.
Statistical Evaluation of Some Factors of Reliability and
Safety of District Heating Systems. By A.A.Grichan,
R.G.Kovalenko
The article reveals the statistically significant tendency to abandon the sistem of district heating in Primorsky Krai due to the condition of power-, water- and fuel supply systems. The authors estimate the conseguences of heating shutdowns for 1-6 and 6-10 hour periods. Taking into accont the fact that consumers now prefer electric heating, the authors estimate the possibility of the futher degradation of district heating and the growth of power supply deficit for the emerging industry.
Ключевые слова: кризис теплоснабжения, аварии и отказы, последствия отказов, взаимодействие систем жизнеобеспечения.
Key words: heating crisis, accidents and heating shutdowns, the consequences of heating shutdowns, the interaction of life support systems.
