CC BY
13УДК 697.34
АНАЛИЗ ВАРИАНТОВ ОПТИМИЗАЦИИ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ПОСЕЛКОВ
ГОРОДСКОГО ТИПА
Соколова Т. А., магистрант, направление подготовки 08.04.01 Строительство, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: tanyushka_1997@bk.ru
Научный руководитель: Демидочкин В. В., кандидат технических наук, доцент кафедры теплогазоснабже-ния, вентиляции и гидромеханики, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: demidochkin@gmail.com
Аннотация. В статье рассматривается проблема оценки вариантов оптимизации систем теплоснабжения поселков городского типа. Целью данной работы является определение оптимального варианта развития системы теплоснабжения поселков городского типа на основе технико-экономических показателей. В ходе работы выявлены основные проблемные места системы теплоснабжения поселков городского типа, рассмотрены возможные варианты оптимизации систем теплоснабжения и проведен их сравнительный анализ. Полученные результаты могут быть использованы инженерами-проектировщиками при проведении технико-экономического обоснования проектных решений. Следующим этапом настоящего исследования является разработка финансово-экономической модели для выполнения оценки вариантов оптимизации систем теплоснабжения и определение оптимального варианта развития системы теплоснабжения на примере поселка Первомайский Оренбургской области.
Ключевые слова: система теплоснабжения, оптимизация, децентрализованная система, централизованная система.
Для цитирования: Соколова Т. А. Анализ вариантов оптимизации систем теплоснабжения поселков городского типа // Шаг в науку. - 2020. - № 1. - С. 25-29.
ANALYSIS OF OPTIMIZATION OPTIONS FOR HEAT SUPPLY SYSTEMS OF TOWNLETS
Sokolova T. A., postgraduate student, training direction 08.04.01 Construction, Orenburg State University, Orenburg
e-mail: tanyushka_1997@bk.ru
Scientific adviser: Demidochkin V. V., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of heat and gas supply, ventilation and hydromechanics, Orenburg State University, Orenburg e-mail: demidochkin@gmail.com
Abstract. The article considers the problem of evaluating options for optimizing heat supply systems of town-lets. The aim of this work is to determine the best option for the development of a heat supply system of townlets based on technical and economic indicators. In this work, the main problem areas of the heat supply system of urban-type settlements were identified, possible options for optimizing heat supply systems were considered, and their comparative analysis was carried out. The results can be used by design engineers in carrying out a feasibility study of design decisions. The next step in this study is the development of a financial and economic model for assessing options for optimizing heat supply systems and determining the optimal option for developing a heat supply system using the example of the Pervomaisky village.
Key words: heating system, optimization, decentralized system, centralized system.
Cite as: Sokolova, T. A. (2020) [Analysis of options for optimizing heat supply systems of townlets]. Shag v nauku [Step into science]. Vol. 1, pp. 25-29.
В сфере теплообеспечения населенных пунктов накопился ряд взаимосвязанных проблем, которые имеют технические, финансово-экономические, социальные, нормативно-правовые и политические аспекты. К числу основных проблем следует отнести непрерывный рост стоимости топливно-энергетических ресурсов в условиях ограниченной пла-
тежной способности части населения, физический износ оборудования, в особенности труб тепловых сетей, недостаточно высокая энергетическая эффективность и качество теплоснабжения. В последнее время остро стоит вопрос проведения энергоэффективной модернизации существующих систем теплоснабжения. Отдельные случаи реконструкции
носят частный характер, нет общей методики определения приоритетов выбора вариантов реконструкции систем теплоснабжения. В связи с этим, определение оптимального варианта развития системы теплоснабжения поселков городского типа является актуальной научно-технической задачей.
Большинство сложившихся в 60-70-х гг. прошлого века систем теплоснабжения поселков городского типа (ПГТ) имеют общие характерные черты независимо от месторасположения. Как правило, в подавляющем большинстве, это рабочие поселки вокруг образующего предприятия (сельскохозяйственного, завода и т. д.). Основная особенность систем теплоснабжения таких ПГТ - централизация на одном источнике теплоснабжения (и теплогенерирующем
Данные проблемы, возникающие в системах теплоснабжения ПГТ, влияют на отклонение эксплуатационных тепловых и гидравлических режимов от нормативных энергетических характеристик и возникновение повышенных расходов энергоресурсов, что приводит к неэффективной работе систем теплоснабжения и выражается через низкое качество предоставляемых услуг потребителям [6].
Анализ технического состояния существующих систем теплоснабжения поселков городского типа показал, что необходимо не просто восстановление в прежнем виде тепловых источников и тепловых сетей, а их модернизация на основе внедрения сов-
оборудовании) всех видов нагрузок: промышленных предприятий и населения с открытой системой теплоснабжения, где, в свою очередь, вода на нужды ГВС отбирается непосредственно из тепловой сети [6]. В связи с тем, что потребителями являются объекты производственного назначения, котельные размещены в производственной зоне, при этом теплоснабжение объектов бюджетной сферы и жилого фонда осуществляется по остаточному принципу и по тепловым сетям достаточно большой протяженности.
Анализ современного технического состояния систем теплоснабжения поселков городского типа позволяет выделить ряд проблем с точки зрения эффективности работы и эксплуатации и их последствия [1, 3, 5, 7, 10, 11], которые представлены в таблице 1.
ременных инновационных технологий, позволяющих повысить эффективность производства и транспорта тепловой энергии, и за счет этого снизить в будущем эксплуатационные затраты в себестоимости отпускаемой тепловой энергии.
Для улучшения экономических показателей работы системы теплоснабжения, повышения качества теплоснабжения и увеличения энергетической эффективности предлагаются варианты оптимизации систем теплоснабжения поселка городского типа [4, 8, 10], представленные в таблице 2 с описанием преимуществ и недостатков каждого варианта [2, 4]:
Таблица 1. Последствия, возникающие при наличии проблем в системах теплоснабжения
№ п/п Проблема Последствия
1 Высокая степень износа оборудования и тепловых сетей. - снижение надежности; - высокие затраты на ремонт; - завышенные тепловые потери.
2 Отсутствие приборов учета. - неоправданный перерасход энергоресурсов.
3 Несоответствие установленной тепловой мощности источника теплоснабжения присоединенной нагрузке. - снижение КПД; - перерасход топлива.
4 Отсутствие гибкости регулирования. - перерасход тепловой энергии.
5 Низкая степень автоматизации. - несоответствие отпускаемых объемов тепловой энергии фактическим потребностям с «перетопом» или «недотопом».
6 Низкая культура эксплуатации системы теплоснабжения. - снижение надежности; - повышение затрат на ремонт.
7 Несанкционированный разбор теплоносителя на нужды ГВС. - нарушение теплового и гидравлического режима системы теплоснабжения; - снижение срока эксплуатации водогрейных котлов, магистральных и квартальных тепловых сетей.
Таблица 2. Преимущества и недостатки вариантов оптимизации систем теплоснабжения
Вариант оптимизации Преимущества Недостатки
Вариант № 1. Модернизация существующей системы теплоснабжения с заменой устаревшего, неэффективного оборудования. 1) Сохранение существующих теплогидрав-лических режимов. 2) Повышение КПД оборудования. 3) Снижение эксплуатационных затрат. 4) Снижение потерь тепловой энергии (в случае перекладки тепловых сетей с изношенной или отсутствующей изоляцией). 5) Повышение надежности системы теплоснабжения. 1) Капитальный ремонт не приводит к оптимизации системы теплоснабжения (в случае, если теплогидравлические режимы являются неоптимальными, то капитальный ремонт системы теплоснабжения их не улучшит). 2) Если при этом варианте не проводится реконструкция тепловой сети, то сохраняются такие проблемы как тепловые потери, изношенность трубопроводов, затраты на ремонт.
Вариант № 2. Строительство новой централизованной котельной в замещение существующего источника. 1) Сохранение существующих теплогидрав-лических режимов. 2) Повышение КПД оборудования. 3) Снижение эксплуатационных затрат. 4) Снижение потерь тепловой энергии (в случае перекладки тепловых сетей с изношенной или отсутствующей изоляцией). 5) Повышение надежности системы теплоснабжения. 1) Дополнительные затраты на отвод земли и подключение к инженерным сетям (газ, вода, канализация). 2) Если при этом варианте не проводится реконструкция тепловой сети, то сохраняются такие проблемы как тепловые потери, изношенность трубопроводов, затраты на ремонт.
Вариант № 3. Снижение степени централизации с установкой нескольких дворовых блочно-модульных котельных на группу зданий. 1) Исключение неэффективного источника. 2) Снижение протяженности тепловых сетей. 3) Повышение КПД выработки, транспорта, распределения тепловой энергии (т.к. происходит снижение тепловых потерь за счет сокращения протяженности тепловых сетей). 4) Снижение удельных эксплуатационных затрат на теплоснабжение единичного потребителя. 5) Снижение затрат на ремонт. 6) Повышение надежности и живучести системы теплоснабжения. 1) Дополнительные затраты на отвод земли и подключение к инженерным сетям (газ, вода, канализация).
Вариант № 4. Перевод потребителей на местное теплоснабжение (крышные котельные, котлы наружного размещения и т. д.). 1) Исключение неэффективного источника. 2) Повышение КПД выработки, транспорта, распределения тепловой энергии. 3) Сокращение капитальных вложений и затрат на эксплуатацию за счет исключения тепловых сетей. 4) Повышение надежности и живучести системы теплоснабжения. 5) Сокращение вредных выбросов от котельных. 1) Реконструкция подводящих газораспределительных сетей. 2) Невозможность размещения (в случае крышных котельных) на отдельных категориях зданиях. 3) Необходимость привлечения сторонних организаций для обслуживания теплогенери-рующих установок котельных. 4) Повышение степени опасности для каждого потребителя (в частности, возможность проникновения третьих лиц). 5) Отсутствие единой системы управления.
Вариант № 5. Перевод потребителей на индивидуальные источники тепло снабжения. 1) Повышение надежности и живучести системы теплоснабжения. 2) Уход от эксплуатационных затрат источников, а также от инвестиций на их содержание и развитие. 3) Избавление от протяженных тепловых сетей, повышение КПД системы теплоснабжения. 1) Повышение степени опасности для каждого потребителя. 2) Реконструкция сетей газораспределения и газопотребления. 3) Отсутствие коллективной системы дымо-удаления в многоквартирных домах поселков городского типа. 4) Несоответствие конструктивных и планировочных решений помещений (кухонь) для размещения индивидуального источника теплоснабжения. 5) Проблема промерзания стен при отсутствии хозяев и отключении отопления в 2-3 соседних квартирах.
Положительные и отрицательные стороны рассматриваемых вариантов реконструкции обобщены и сведены в таблицу 3.
Таблица 3. Сравнение вариантов оптимизации систем теплоснабжения
Варианты оптимизации Критерии Централизованное теплоснабжение (от районной котельной) Поквартальное теплоснабжение (установка БМК) Местное теплоснабжение (установка КНР, крышные котельные) Индивидуальное тепло снабжение (поквартирное отопление)
Повышение КПД источника теплоснабжения + ++ ++ +++
Уменьшение потерь тепла при транспортировке + ++ ++ +++
Повышение комфортности проживания + ++ ++ +++
Скорость реагирования на изменение температуры наружного воздуха + ++ ++ +++
Снижение аварийности + ++ ++ +++
Энергосбережение + ++ ++ +++
Необходимость дополнительных затрат, связанных с отводом земли, подключением инженерных коммуникаций ++ ++ + +
Примечание: «+» - вариант имеет положительные стороны, которые позволяют рассматривать его к применению;
«++» - вариант имеет положительные стороны и может быть применен на практике, но ввиду наличия более эффективного варианта подразумевается в качестве резервного и может быть применен в случае невозможности применения более эффективного;
«+++» - вариант наиболее оптимален к применению в рамках рассматриваемого вопроса, ввиду своей эффективности и оптимальности относительно других.
Несмотря на преимущества одних вариантов оптимизации перед другими, данные варианты могут оказаться невозможными к применению по техническим причинам. Именно поэтому необходимо проводить всесторонний анализ, отражающий все аспекты применения рассматриваемого варианта для поиска наиболее оптимального и эксплуатации-онно/экономически выгодного.
Важнейшую роль при обосновании и выборе возможных объектов инвестирования играет оценка экономической эффективности инвестиционной деятельности. От того, насколько объективно проведена эта оценка, зависит принятие верного инвестиционного решения, сроки возврата вложенных инвестиций, развитие отрасли, региона, общества. Основой процесса принятия решения об эффектив-
ности или неэффективности капитальных вложений является оценка и сравнение предполагаемых затрат и будущих доходов. Оценка затрат и результатов инвестиционного проекта проводится по следующим показателям [3, 9]: простой срок окупаемости капитальных вложений; чистый дисконтированный доход; внутренняя норма доходности инвестиций; дисконтированный срок окупаемости капитальных вложений.
На основе выделенных показателей в дальнейшем планируется построить расчетную финансово-экономическую модель для выполнения оценки вариантов оптимизации систем теплоснабжения и определить оптимальный вариант развития системы теплоснабжения на примере поселка Первомайский Оренбургской области.
Литература
1. Башмаков И. А., Папушкин В. Н. Разработка программ развития, модернизации и реабилитации систем теплоснабжения [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_ shablon.php?id=1929 (дата обращения: 03.10.2019).
2. Ермолаев Е. Е., Склярова Е. А., Ушанова Н. А. Выбор варианта организации теплоснабжения жилых зданий в городском округе Самара [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://cyberleninka.ru/ artide/n/vybor-varianta-organizatsii-teplosnabzheniya-zhilyh-zdaniy-v-gorodskom-okruge-samara (дата обращения: 03.10.2019).
3. Кислицын А. Н., Бегалов В. А. Актуальные вопросы энергосбережения и повышения эффективно-
сти использования энергоресурсов при разработке схем теплоснабжения [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.rosteplo.ru/Tech_stat7stat_shaЫoaphp?id=3117 (дата обращения: 03.10.2019).
4. Козлова Д. В. Преимущества и недостатки крышных котельных [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.eduherald.ru/ru/article/ view?id=17317 (дата обращения: 03.10.2019).
5. Леонов И. В. Доклад участника Общероссийского совещания по проблемам теплоснабжения [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=1533 (дата обращения: 03.10.2019).
6. Малинин А. М., Чистович А. С., Эмиров И. Х. Энергетическая безопасность и живучесть систем теплоснабжения [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://cyberleninka.ru/artide/n7energeticheskaya-bezopasnost-i-zhivuchest-sistem-teplosnabzheniya (дата обращения: 03.10.2019).
7. Суходаевa С. Е., Айзенберг И. И. Реконструкция локальной системы теплоснабжения на основе анализа технического состояния тепловых сетей и теплоисточников [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://cyberleninka.ru/artide/n7rekonstruktsiya-lokalnoy-sistemy-teplosnabzheniya-na-osnove-analiza-tehnicheskogo-sostoyaniya-teplovyh-setey-i-teploistochnikov (дата обращения: 03.10.2019).
8. Тарадай А. М., Еременко М. А. Пути решения проблем централизации и децентрализации теплоснабжения [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://core.ac.uk/download/pdf/11337131.pdf (дата обращения: 03.10.2019).
9. Костюк К. С., Чернов С. С. Проблематика оценки эффективности инвестиций в схему теплоснабжения при ее разработке в выборе оптимального варианта // Ползуновский вестник. - 2013. - № 4-2. -С. 104-107.
10. Чупрынин В. А., Суздалев Ю. Я. Основные причины кризиса в системе теплоснабжения в России и методы борьбы с ним [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.rosteplo.ru/Tech_stat/ stat_shablon.php?id=527 (дата обращения: 03.10.2019).
11. Шарипов А. Я. Инвестиционные программы для модернизации систем теплоснабжения муниципальных поселений [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.abok.ru/for_spec/articles. php?nid=4898 (дата обращения: 03.10.2019).
Статья поступила в редакцию 18.11.2019; принята в печать 11.03.2020.
