CC BY
17
СТРОИТЕЛЬНЫЕ НАУКИ
Статистическая оценка централизованного теплоснабжения в Приморском крае
А.А.Гришан
Населению России широко известны две категории оценок состояния систем централизованного теплоснабжения (СЦТС). Это рост тарифов, перманентно обсуждаемый в течение всего года, и качество теплоснабжения, с которым население сталкивается в отопительные периоды. Наши наблюдения ограничены ретроспективой 1999 года, когда десять субъектов РФ считались «критическими» по причинам, приведенным в [1]. Среди них были 6 (из 8) регионов Дальнего Востока. В 2009-2010 годах к проблемным регионам и городам были отнесены Пермский край, Приамурье, Москва, Санкт-Петербург (дважды), Калуга, Тамбов, Чита.
Причинами сохранения негативной ситуации являются неэффективность концептуальных подходов к рассмотрению взаимодействия СЦТС с другими системами жизнеобеспечения, а также отсутствие полномасштабного анализа последствий отказа теплоснабжения для потребителей. Отсюда - некорректные оценки состояния дел и управленческие решения, не адекватные причинам, породившим кризис [2]. Анализ отказов теплоснабжения Анализ статистических данных за отопительные периоды 1999-2009 годов выполнен с помощью пакетов стандартных программ ^ай^'са №8, серийный №ВХ905Е317701РА-Н). Обработаны данные по 457-864 котельным, что составляло 40,99-89,63% от общего количества ежегодно зарегистрированных котельных (от 816 до 1215). В оценках использованы критерии Колмогорова-Смирнова, Стьюдента,Аббе и Фишера.
В качестве отказов системы приняты отключения потребителей на сроки продолжительностью от «менее 1 часа» до
«более 10 часов» (рис. 1). Для исключения субъективных факторов на результаты анализа везде были использованы относительные единицы, например, количество аварий, отнесенное к количеству обследованных котельных и т.д.
Причины отказов сгруппированы по категориям: отключение электроэнергии; отключение холодной воды; неисправность оборудования котельных и центральных тепловых узлов; прорывы теплотрасс; топливные проблемы. Такая группировка позволяет оценить влияние не только собственных причин СЦТС (неисправность оборудования), но и влияние других систем, взаимодействующих с СЦТС, в том числе тепловых сетей [2] и топливоснабжения.
В течение 1999-2009 годов (п = 10) до 55-92% инцидентов и аварий сопровождались отказами, а в 2008-2009 годах количество отказов превысило 155% от выборки котельных (рис. 2).
Средняя за 10 лет доля инцидентов и аварий в выборке котельных равна 96,8%, а доля отказов - 69,19%. Доля отказов в общем количестве инцидентов и аварий - 69,80% (рис. 2).
Проверка распределения событий по годовым (/? = 10) и по месячным данным (/? = 62) не подтверждает наличие статистически значимых трендов на уровне р < 0,05, т.е. не подтверждаются рост или уменьшение:
-доли инцидентов и аварий в общем числе наблюдавшихся котельных при среднем значении, равном 17,00%;
- доли отказов в выборке котельных при среднем значении 11,96%;
-доли отказов в общем количестве инцидентов и аварий при среднем значении 66,11%.
250000 200000 150000 100000 50000
о
Рис. 1. Статистика разовых отключений населения от теплоснабжения
Ряд 1 - на время менее 1 часа. Ряд 2 - на 1-6 часов. Ряд 3 - на 6-10 часов. Ряд 4 - более 10 часов
И Ряд 1 □ Ряд2 □ РядЗ □ Ряд4
—
у Г»"
-
- | ГС 1
1999- 2000- 2001- 2002- 2003- 2004- 2005- 2006- 2007- 2008-2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
104 2 2011
2.2.201 Олпаа 104
т
11.04.2011 11:31:44
С известной осторожностью эти данные можно интерпретировать так: в среднем каждый месяц примерно на 17% выборки котельных происходят инцидент или авария, в том числе 2/3 этих событий приводят к отказам (отключениям теплоснабжения).
Оценка причин отказов
Вклад каждой группы причин в общее количество отказов СЦТС существенно различается. Средний вклад по наблюдавшимся годам: отключение электроэнергии - 37,3%; отключение холодной воды - 12,2%; неисправность оборудования - 12,8%; прорывы теплотрасс - 15,6%; топливные причины - 22,1%.
В динамике лет вклад группы «отключение электроэнергии» относительно мал только в двух периодах: в 2000-2001 годах -10,17% и в 2001-2002 годах - 22,84%. Зато в периоды 2006-2009 годов он достигает 54,31-67,46%.
Заметно меняется значение доли топливных причин, снижаясь от 25,05-59,75% в 1999-2001 годах до 1,41% в 2008-2009 годах. Доля других причин варьирует незначительно.
Для уточнения полученных данных исследованы месячные и недельные (л = 310) распределения. Установлено, что наиболее достоверные выводы следуют из анализа помесячных данных. Эти выводы таковы.
1. Доля причин «отключение электроэнергии» в общем числе отказов статистически значимо возрастает с 19,48% до 55,57%. Влияние этой группы причин на отказы СЦТС статистически значимо. Это обстоятельство очевидным образом свидетельствует об ухудшении состояния энергосистемы Приморского края в целом.
2. Доля причин «неисправность оборудования» статистически значимо уменьшается с 19,40% до 8,95%. Влияние на
отказы СЦТС статистически незначимо. Это обстоятельство можно истолковать как результат более тщательной подготовки к отопительным периодам.
3. Доля группы «топливные причины» статистически значимо уменьшается с 35,70% до 3,43%. Влияние на отказы СЦТС статистически значимо. Это может быть расценено как улучшение работы топливоснабжающих организаций и повышение качества топлива.
4. Изменение доли причин «прорывы теплотрасс» от 14,71% до 17,97% статистически незначимо. Однако влияние этой группы причин статистически значимо, несмотря на значительный разброс - от 5% до 33%. Если исключить единичные случаи прорыва теплотрасс при дорожно-транс-портных происшествиях, то это можно объяснить практикой ремонтно-восстановительных работ вместо замены трубопроводов с истекшим сроком службы [1].
5. Изменение доли причин «отключение холодной воды» в интервале 10,9-14,1% статистически незначимо. Влияние на отказы СЦТС статистически значимо, хотя роль этой группы причин в отказах системы минимальна.
Для оценки точности значений, которые можно получить в соответствии с линиями трендов, были определены доверительные границы прогнозируемых переменных согласно [3].
Границы 95-процентных доверительных интервалов на апрель 2009 года выглядят так: доля отключений электроэнергии - 55,57+10,42%; доля отключений холодной воды - 14,11+4,42%; доля неисправностей оборудования - 8,95+6,66%; доля прорывов теплотрасс - 17,97+5,63%; доля топливных причин - 3,43+7,35%. Отсюда видно, что относительно небольшая доля топливных причин (3,43%) и значительный диапазон ошибки вычисления (+ 7,35%) не
- % от числа инцидентов и аварий --------Линейная (% от числа инцидентов и аварий)
90 т-
50 -I-.-.-.-!-.-1-.-.-.-
1999-2000 2000-2001 2001-2002 2002-2003 2003-2004 2004-2005 2005-2006 2006-2007 2007-2008 2008-2009
Годы отопительных периодов Рис. 2. Долевое соотношение объемов выборок и отказов при п=10
2 2011 105
2.2.2010лпаа 105 +Ш- 11.04.2011 11:31:44
позволяют прогнозировать влияние этих причин на отказы СЦТС».
Из полученных оценок видно, что отказы региональной СЦТС были в большей степени обусловлены авариями и инцидентами во взаимодействующих с нею системах электро-, топливоснабжения и обособленных структурах «Тепловые сети», нежели неисправностями собственного оборудования и отключением холодного водоснабжения. Для выявления природы этих тенденций требуется анализ состояния соответствующих систем жизнеобеспечения.
Анализ последствий отключения потребителей от теплоснабжения
В публикуемых материалах редко встречаются общие оценки последствий отключения теплоснабжения. Для детализации последствий приведем оценки количества отключаемого от теплоснабжения населения и продолжительности отключений на время «менее 1 часа», «1-6 часов», «6-10 часов», «более 10 часов» и «суммарно».
Из полученных в ходе анализа оценок следует, что существует статистически значимое увеличение удельных отключений (человек/котельная) на время «1-6 часов» - с 9,94 чел./ котельную до 65,86 чел./котельную.
Также выявлен статистически значимый рост суммарных удельных отключений - с 58,85 чел./котельную до 135,92 чел./котельную. По остальным временным диапазонам изменения удельных отключений оказались статистически незначимы: отключения на время «менее 1 часа» увеличиваются с 1,57 чел./котельную до 5,98 чел./котельную; отключения на время «6-10 часов»увеличились с 10,38 чел./ котельную до 27,71 чел./котельную; отключения на время «более 10 часов» практически постоянны - 36,95-36,37 чел./котельную.
Эти относительно небольшие значения удельных отключений (от 1,57 до 135,92 чел./котельную) не должны вводить в заблуждение по поводу незначительности последствий. Отключения от отопления в целом оценивались десятками и даже сотнями тысяч человек в месяц (рис. 1).
В таблице приведены сводные оценки последствий отказов - удельные отключения (чел./котельная) и удельные продолжительности отключений (час/котельная). Статистически незначимыми оказались тенденции, обусловленные снижением числа крупных аварий (более 10 часов) и мелких легко устранимых неисправностей (менее 1 часа). Статистически значимы тенденции для периода «6-10 часов» и особенно для периода «1-6 часов».
Таким образом, представляется возможным утверждать, что в СЦТС Приморского края прогрессируют процессы, снижающие ее безотказность.
Оценка качества теплоснабжения
Для оценки качества теплоснабжения в отопительные периоды 1999-2004 годов использовались данные о фактической температуре воды, подаваемой в тепловые сети. При отсутствии фактических данных в 2004-2009 годы использовались сведения департамента ЖКХ администрации Приморского края о сниженных температурных графиках. Расчет недогрева воды производился с учетом ретроспективных данных о температурах наружного воздуха в населенных пунктах. Снижение температуры воды на 2-3° С от проектных значений во внимание не принималось.
По фактическим данным, средние значения недогрева воды оценены в 30-35% от нормативного уровня. Недогрев по сниженным температурным графикам составил 12-13%. Причину такого резкого изменения не следует искать в кардинальном улучшении качества работы котельных. Это различие следует понимать так: оценки до 2004-2005 годов следует рассматривать как фактический недогрев теплоносителя, а в более поздние годы - как запланированный.
При отсутствии теплосчетчиков, как у потребителей, так и на энергоисточниках, счета на оплату отопления выставлялись по расчетному тепло потреблению, основанному на проектных температурных графиках. Отсюда следует, что ежегодно от 788,82 до 1007,4 тыс. чел. (51,3-65,5% от всего отапливаемого населения) вынуждены были оплачивать от 12 до 35%услуг, которые им фактически небыли предоставлены.
Таблица
Статистические показатели Диапазоны отключений
менее 1 часа 1-6 часов 6-10 часов более 10 часов
Доля удельных отключений, чел./котельная
Рост + + +
Снижение + + +
Доля удельной продолжительности отключений, час/котельная
Рост + + + +
Снижение + +
Примечание: + статистически незначимы, + + статистически значимы.
106 2 2011
2.2.2010лпс1с1 106
11.04.2011 11:31:44
Реакция населения на ненадежные и некачественные услуги СЦТС выражается в отказе от централизованного теплоснабжения и переходе на автономное. По неполным данным, количество электроустановок для отопления возросло в 1999-2009 годах в 6,04 раза, а их суммарная установленная мощность - в 2,8 раза, достигнув 182,7 МВт. В 2008 году зарегистрирован переход на электроотопление двух жилых зданий общей мощностью 8 МВт. Одновременно с этим растет число зданий, в том числе многоквартирных, оснащенных тепловыми насосами, использующими для теплоснабжения теплоту грунта.
Выводы
1. Впервые по многолетним данным выполнен статистический анализ состояния и взаимодействия СЦТС с энергосистемами городского хозяйства. Установлено, что:
- ежегодно до 55-92% инцидентов и аварий сопровождаются отключениями потребителей от теплоснабжения;
- из пяти групп причин «отключение электроэнергии» обладает самым высоким коэффициентом корреляции с отказами СЦТС (0,867). Анализ помесячных данных показал статистически значимый рост этой группы причин от 19,48% до 55,57%;
- доверительные границы тенденций влияния каждой из пяти групп причин для апреля 2009 года укладываются в ± (5,63-10,42%).
2. Установлено, что удельный вес крупных аварий (для устранения которых требуется более 10 часов) и мелких неполадок (менее 1 часа) снижается при статистически значимом росте доли системных аварий, требующих для устранения от 1 до 10 часов.
3. Доверие потребителей к СЦТС снижается. Об этом свидетельствует тенденция перехода на электроотопление. Снижение доверия «подогревается» взиманием оплаты непредоставленных услуг, оцениваемых фактическим недо-гревом воды на 30-35% от норматива до 2004-2005 годов и планируемым недогревом на 12-13% в последующие годы.
4. Стихийная «автономизация» теплоснабжения может сопровождаться деградацией СЦТС с размораживанием населенных пунктов и ростом загрязнения природной среды продуктами сгорания топлива. Также возможно формирование дефицита электроснабжения для возрождающейся промышленности.
5. Полученные результаты предлагаем считать исходными для подготовки рекомендаций по предотвращению распада СЦТС и исключению возможных рисков в сфере жизнеобеспечения. Для решения этой многоплановой задачи необходимы дополнительные сведения о факторах роста тарифов, которые будут получены в результате анализа энергетической составляющей себестоимости услуг по теплоснабжению.
Литература
1. Гришан A.A. Энергосберегающая методология защиты и восстановления природно-технических систем в примерах практического применения. Владивосток, «Дальнаука», 2007.
2. Гусев Б.В. Повышение безопасности и эффективности систем теплоснабжения. Вестник МГСУ,№4,т. 1.2010. С. 78-83.
3. Кендалл М. Статистические выводы и связи/ А.Стьюарт. М., «Наука», 1973.
Literatura
1. Grishan А.А. Energosberegaushaia metodología zashiti i vosstanovlenia prirodno-tehnicheskih sistem v prirnerah prakticheskogo prirnenenia. Vladivostok: «Dalnauka», 2007.
2. Gusev, B.V. Povishenie bezopasnosti i effektivnosti system centralizovannogo teplosnabgenia. Vestnik MGSU, № 4, t. 1. 2010. S. 78-83.
3. Kendall M. Statist!cheskie vivodi i sviazi/A. Stuart/M., «Nauka», 1973.
Statistical Assessment of Central Heatihg
in Primorskiy krai. By A.A.Grishan
Reviewed herein are the results of statistical analysis of incidents, breakdowns and failures of the regional central heating system. The key reason for heat supply failures determined thereto is due to frequent power cuts. Influence of water and fuel supply systems as well as the technical condition of heat supply networks is less significant. In general, the current state of central heating may be characterized by decreasing ratio of major breakdowns (elimination of which require over 10 hours) and minor failures (eliminated in less than 1 hour) with statistically significant increase of systematic breakdowns, which require 1-10 hours to be eliminated.
Displayed herein are the statistically-significant evaluations of breakdown consequences and switch to self-contained electric heating by town's population due to under-heating (by 12-35%) of water supplied into the heating networks.
Results obtained therewith are proposed to be deemed as initial data for issuance of recommendations to prevent whatever risks probable.
Ключевые слова: централизованное теплонабжение, качество и надежность, деградация теплоснабжения, риск катастрофы.
Keywords: central heating, guality and reliability, degration of heat supply systems, catastrophe risk.
2 2011 107
2.2.2010.indd 107 -iÄ}- 11.04.2011 11:31:45
