CC BY
47
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.16.3.76-86 УДК 620.9 (470.21)
Б. В. Ефимов, Н. М. Кузнецов, В. В. Победоносцева
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ МЕРОПРИЯТИЙ В БЮДЖЕТНОЙ СФЕРЕ МУРМАНСКОЙ ОБЛАСТИ
Аннотация
Статья посвящена теоретическим аспектам и практическим результатам деятельности по энергосбережению в бюджетной сфере Мурманской области. Рассмотрены оптимизация теплоснабжения Академгородка и реализация пилотного проекта «Энергоэффективный квартал» в городе Апатиты. Приводятся технические данные об энергосберегающих мероприятиях и информация о финансировании. Всё перечисленное позволяет авторам сделать вывод об эффективности внедрения наилучших доступных технологий по экономии энергоресурсов в регионе. Ключевые слова:
энергосбережение, бюджет, энергосервисный контракт, теплопотребление, жилищно-коммунальный сектор, коэффициент теплопередачи, автоматизированный тепловой пункт, инвестиции, срок окупаемости, электрическая энергия, тепловая энергия, наилучшие доступные технологии.
B. V. Efimov, N. M. Kuznetsov, V. V. Pobedonostseva
EFFICIENCY OF ENERGY SAVING MEASURES IN THE BUDGET SPHERE OF THE MURMANSK REGION
Abstract
The article is devoted to theoretical aspects and practical results of energy saving activities in the budget sphere of the Murmansk region. The optimization of the heat supply of Akademgorodok and the implementation of the pilot project "Energy Efficient Quarter" in the city of Apatity are considered. Both technical data on energy saving measures and information on their financing are given. All of the above allows authors to conclude about the effectiveness of the introduction of the best available technologies for saving energy resources in the region. Keywords:
energy saving, budget, energy service contract, heat consumption, housing and communal sector, heat transfer coefficient, automated heat point, investments, payback period, electric energy, thermal energy, best available technologies.
Энергосбережение в бюджетной сфере для Мурманской области имеет особое значение, поскольку повышение эффективности использования энергоресурсов напрямую связано с эффективным использованием бюджетных средств. В городах особенно важна реализация ресурсосбережения бюджетными учреждениями на основе перехода от расчётного теплопотребления к фактическому, так как в этом случае понятен основной выгодоприобретатель — дотационный бюджет муниципального образования. Комплекс работ должен включать в себя не только внедрение энергосберегающих мероприятий и технологий, но и меры организационного плана, такие как:
- формирование правовых основ развития рынка энергосервисных услуг в бюджетной сфере;
- создание системы категорирования по уровню энергоэффективности бюджетных организаций;
- определение нормативных требований по минимальному уровню энергоэффективности объектов бюджетной сферы, прошедших капитальный ремонт;
- внедрение в систему государственных закупок требований по параметрам энергоэффективности к изделиям и оборудованию, потребляющему энергоресурсы;
- реализация в регионе пилотных проектов «Энергоэффективная школа», «Энергоэффективный детский сад», «Энергоэффективное лечебное учреждение»;
- проведение энергетических обследований и паспортизация объектов бюджетной сферы.
Энергетические обследования и паспортизация объектов бюджетной сферы осуществляются в целях:
- выявления потенциала энергосбережения;
- определения основных энергосберегающих мероприятий;
- определения объектов бюджетной сферы, на которых в первую очередь необходимо проводить энергосберегающие мероприятия;
- установления нормативных показателей энергопотребления (лимитирования энергопотребления).
Реализация потенциала энергосбережения в системе отопления многоквартирных домов связана с тремя основными направлениями:
- учёт тепловой энергии на нужды отопления;
- наладка систем отопления для оптимального распределения теплоносителя;
- повышение теплозащитных характеристик зданий.
Реализация комплекса энергосберегающих мер в жилищной сфере должна осуществляться:
- при капитальном ремонте жилых зданий (в процессе капитального ремонта должны быть реализованы все возможные энергосберегающие мероприятия);
- при эксплуатации жилых домов существующего жилищного фонда;
- при новом строительстве жилых зданий.
При капитальном ремонте жилых домов необходимо максимально использовать комплекс технических мер по повышению эффективности использования топливно-энергетических ресурсов.
При текущей эксплуатации жилищного фонда необходимо в первую очередь сосредоточить внимание на оснащении его общедомовыми и квартирными приборами учёта тепловой энергии и горячей воды, на регулировании параметров теплоносителя и модернизации освещения внутри подъездов.
Механизм централизованных закупок энергоэффективных товаров и услуг для их реализации гражданам с привлечением управляющих компаний
позволит организовать массовое использование этих товаров. Для более результативной работы в этом направлении необходимо обеспечить:
- обязательные энергетические обследования зданий с установлением классов энергоэффективности и внесением результатов (энергетических паспортов) в государственный энергетический реестр;
- обязательное размещение в подъездах указателей категории зданий по энергоэффективности;
- разработку региональных требований по энергоэффективности зданий;
- привлечение частных инвестиций в энергосбережение через энергосервисные контракты.
Анализ теплопотребления в жилищно-коммунальном секторе показывает, что удельное потребление тепловой энергии в городах значительно отличается и намного превышает аналогичный показатель городов северных скандинавских стран. Это объясняется различной протяженностью тепловых сетей; тепловыми потерями, обусловленными изношенностью теплопроводов; гидравлическими режимами; условиями эксплуатации. Поэтому актуальными задачами для каждого из городов являются разработка программы рационализации структуры и перспективного развития теплового хозяйства, разработка и внедрение энергосберегающих мероприятий.
Жилищно-коммунальный сектор Мурманской области располагает значительным потенциалом энергосбережения, в первую очередь в системе отопления. Показатель удельного расхода тепла на отопление жилых зданий городов Апатиты, Кировск, Полярные Зори составлял 0,65; 0,6; 0,42 Гкал/м2/год [1]. В результате проведения энергосберегающей политики в указанных городах удалось уменьшить удельный расход тепла к 2012 году соответственно до 0,387; 0,314; 0,36 Гкал/м2/год [2, 3]. Для выявления резервов экономии тепла на отопление зданий и разработки рекомендаций по реализации энергосберегающих мероприятий в многоквартирных домах были проведены теплотехнические исследования в жилом здании г. Полярные Зори [1]. В результате проведенных теплотехнических исследований получены термические характеристики наружных ограждающих конструкций.
Следует отметить, что существенную долю обобщенной теплопередачи здания составляет теплота, идущая на нагрев инфильтрующегося через наружные ограждения воздуха. Это обусловлено тем, что значительную часть наружных ограждений составляют окна, которые по своим конструктивным особенностям имеют повышенную воздухопроницаемость. Степень остекленности фасада составляет 23,5 %. Одним из способов снижения теплопотерь через светопроемы является сплошное остекление лоджий. Эффект энергосбережения от остекления лоджий составляет до 7 %. Эффект от теплозащиты чердачного перекрытия засыпкой слоем керамзитового гравия оценивается снижением теплопотерь на 4,2 %. Установка на фасадах наружной теплоизоляции из плит пенополистирола толщиной 30 мм позволит уменьшить теплопотребление еще на 10 %. Повышение уровня теплозащиты здания достигается также устройством двойного тамбура при входных дверях дома. В этом случае не происходит прямого проникновения холодного воздуха в лестничную клетку. Рекомендуется утепление изнутри цокольных стен подвала и стен теплого чердака путем нанесения теплоизоляционных материалов, оснащение радиаторов отопления
термостатическими кранами, установка в многоквартирных домах теплосчетчиков, автоматизированных индивидуальных тепловых пунктов с погодным регулированием и расчет гидравлического режима тепловых сетей. Таким образом, варьируя различными мероприятиями по совершенствованию теплозащиты зданий и сооружений и их отопительных систем, возможно обеспечить 40-50 % экономии энергии.
В Кольском научном центре начало спада в теплопотреблении с 1992 года во многом объясняется внешними факторами: резким снижением температуры воды, подаваемой Апатитской ТЭЦ, и сокращением периода отопления «конец октября - начало мая».
До 1992 г. количество потребленного тепла в зданиях Академгородка определялось расчетным путем. Экспериментальные исследования [4] в одном из зданий (рис. 1) показали, что установка приборов учета теплоэнергии позволяет экономить 7 % затрат, оплачиваемых за тепловую энергию. Значения расчетного теплопотребления зданием показывают, что при внедрении энергосберегающих мероприятий можно уменьшить теплопотребление еще на 12,5 %.
Рис. 1. Потребление теплоэнергии зданием
Расчетное теплопотребление, оплачиваемое Кольским научным центром до конца 90-х годов, составляло 72 тыс. Гкал [5]. Часть средств в результате оплаты коммунальных услуг жильцами домов возвращалась в бюджет. В 1990 г. был установлен счетчик тепловой энергии; выключена приточная вентиляция; на входе теплопроводов в здания поставлены устройства, ограничивающие подачу количества тепла; жилые дома, находившиеся на балансе КНЦ, переданы в муниципальную собственность. С учетом особенностей Академгородка, состоящего в основном из служебных помещений, сдвигались сроки начала и конца отопительного периода. Теплопотребление уменьшилось в 2000 г. до 21 тыс. Гкал. В начале 2000-х годов начались работы по развитию системы учета и контроля тепловой энергии в зданиях. Система трубопроводов от Апатитской ТЭЦ до непосредственного ввода к зданиям была передана в собственность теплоснабжающих предприятий. Установка автоматических
регулирующих клапанов позволила снижать расход теплоносителя в ночное время суток, в выходные и праздничные дни. Анализ данных работы регулирующих устройств за отопительный период 2006-2008 гг. показал, что экономия тепловой энергии составила 10 %. Нагрев воды в бытовых целях стал производиться с помощью автоматических водонагревателей. Выполнен ремонт крыш по современным технологиям, установлены стеклопакеты, заменены старые чугунные радиаторы.
Эффективность всей системы учета и регулирования тепла составила 40 %. В разные периоды снижение оплаты за потребленную тепловую энергию достигалось следующими мероприятиями.
Организационные мероприятия (без затрат): отделение жилого фонда; сокращение отопительного периода; сдача помещений в аренду с оплатой арендаторами коммунальных услуг, отнесение потерь во внешней системе теплоснабжения зданий на счет теплоснабжающих организаций; выделение затрат на энергию, необходимую для выполнения работ по хозяйственным договорам; выключение приточной вентиляции; отключение части служебных зданий в начале и конце отопительного периода.
Организационно-технические мероприятия (затратные): установка счетчиков и переход от расчетного теплопотребления к фактическому, ремонт крыш, установка стеклопакетов и тамбуров, оптимизация работы приточной вентиляции, замена радиаторов.
Энергосберегающие мероприятия (затратные): установка клапанов с суточным циклом регулирования; организация недельного цикла регулирования (в рабочие и в выходные дни), вплоть до полного выключения систем отопления на выходные дни в сентябре и мае; переход на местные электроводонагреватели.
Тепловизионная съемка системы теплоснабжения здания Геологического института, выполненная в 2010 году при проведении энергетического обследования [3], показала значительные потери тепловой энергии в системе теплоснабжения (рис. 2).
При реконструкции теплового пункта здания была установлена автоматическая система регулирования отпуска теплоносителя, использующая датчики не только снаружи здания, но и в 3-4 точках внутри. Это дает возможность учитывать не только температуру наружного воздуха, но и солнечную радиацию, силу ветра, тепло, выделяемое людьми и аппаратурой.
В качестве рекомендаций было предложено:
- перейти на закрытую систему ГВС с установкой в схеме циркуляционного насоса;
- улучшить теплоизоляцию с помощью таких материалов как пенополиуретан, минеральная вата Изовер и современные термокраски;
- провести капитальный ремонт (реконструкцию) системы отопления;
- провести тепловую и гидравлическую балансировку системы;
- установить на радиаторах отопления и калориферах приточной вентиляции термостатические вентили.
Рис.2. Участки трубопровода теплоносителя и задвижки
В конце 2010 г. в здании установлен автоматизированный тепловой пункт (рис. 3). Результаты работы нового узла приведены на рис. 4.
Сравнение расчетных и измеренных значений теплопотребления по зданию показывает эффективность работы автоматизированного теплового пункта, особенно в осенне-зимний отопительный период, по сравнению с тепловым пунктом до реконструкции. При затратах на проект в 1 млн руб. срок окупаемости составляет менее четырех лет.
В 2010 году в г. Апатиты началась реализация пилотного проекта «Энергоэффективный квартал» [6]. Его цель — отработать организационные, юридические и финансово-экономические мероприятия в сфере сбережения энергоресурсов в жилом фонде и на объектах социальной сферы города.
Рис.3. Тепловой пункт до и после реконструкции
Рис.4. Динамика теплопотребления по зданию
200
160
120
80
40
В ходе реализации проекта выполняются следующие мероприятия:
- проведение энергоаудита в многоквартирных жилых домах и на социальных объектах;
- повышение энергоэффективности источников тепла;
- реконструкция сетей теплоснабжения, электроснабжения, водоснабжения и водоотведения;
- комплекс работ по повышению энергоэффективности и по проведению капитально-восстановительного ремонта в многоквартирных домах;
- комплекс работ по повышению энергоэффективности в зданиях социальной сферы;
- проведение работ по совершенствованию освещения на улицах, придомовых территориях, во дворах с внедрением светодиодных светильников и элементов автоматизированного управления освещением;
- установка приборов учета с внедрением систем (рис. 5) передачи данных.
Рис. 5. Система автоматизированного учета
Финансирование мероприятий: средства местного бюджета — 10 %; средства регионального бюджета — 15 %; средства федерального бюджета (в т.ч. фонд реформирования ЖКХ) — 20 %; кредитные средства банков, направляемые на реализацию энергосервисных соглашений — 55 %. Оплата заемных средств от получаемой экономии: за счет привлечения энергосервисных компаний для реализации проекта и согласованных с собственниками квартир условий выплат по заемным средствам.
Для проведения работ в г. Апатиты выбран квартал в центре города. На территории проживает 11,5 тыс. чел., общая площадь жилой застройки — 321 тыс. м2, количество объектов — 143, протяженность тепловых сетей — 15 км.
Для разработки комплексной программы энергосбережения и повышения энергоэффективности жилищной застройки «Энергоэффективный квартал» проведены работы по тепловизионному обследованию нескольких жилых зданий многоквартирных домов и объектов бюджетной сферы. Анализ термограмм показал значительные потери через оконные блоки, стеновые панели и дверные проемы. Выполнение мероприятий по совершенствованию теплозащиты зданий в указанных направлениях позволит значительно сократить расходы тепловой энергии. Эффективность мероприятий приведена в таблице 1.
После реализации энергосберегающих мероприятий по проекту потребление теплоэнергии уменьшится с 115 до 65 тыс. Гкал/год, электроэнергии — с 395 до 112 тыс. кВт-ч/год.
Приоритетными источниками финансирования мероприятий программ энергосбережения городов являются внебюджетные средства, в то время как бюджетные средства предусматриваются на софинансирование (субсидирование) проектов в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности для привлечения инвестиций. Объем финансирования программы
«Энергоэффективность и развитие энергетики» Мурманской области до 2020 г. составит более 30 млрд руб. (на стимулирование энергосбережения и повышение энергоэффективности — 8 млрд руб.), из них 50 % внебюджетные средства. Доля муниципальных образований в общем объеме финансирования менее 1 % [7].
Таблица 1
Затраты и эффективность энергосберегающих мероприятий
Энергосберегающие мероприятия Выгода для конечного пользователя Затраты Экономия энергии, % Срок окупаем ости, год
Тепловые пункты в жилых домах Энергоэффективность системы теплоснабжения 1,2 млн руб. на жилой дом 15-25 3,5
Устройство элеваторного узла на насосный узел (с теплоучетом) 100 тыс. руб. 10-15 0,5
Устройство теплового узла с автоматическим регулированием 0,6 млн руб. 35 1
Замена элеваторного узла на насосный узел (с теплоучетом) 0,9 млн руб. 15-25 2
Замена элеваторного узла на насосный узел с теплообменником на ГВС (с теплоучетом) 1,2 млн руб. 15-25 3
Замена элеваторного узла по независимой схеме отопления и ГВС на теплообменники и отопление и ГВС (с теплоучетом) 1,4 млн руб. 15-25 3,5
Внутренние системы отопления Снижение потребления тепла и повышение комфорта 12 тыс. руб. на квартиру 10-30 3,5
Теплоснабжающие сети Снижение затрат для коммунального предприятия 4 млн руб. на насосную станцию 20-40 3
Внешняя изоляция жилых зданий Снижение тепла потребления и повышение комфорта 6 млн руб. на 5-эт. жилой дом 50-70 30
Утепление ограждающих конструкций зданий Снижение тепла потребления в системах теплоснабжения 1,2-10 млн руб. на здание до 30 20
Внешняя изоляция крыш Снижение тепла потребления тепла и повышение комфорта 1,2 млн руб. на жилой дом 2-5 25
Изоляция труб систем централизованного теплоснабжения Снижение затрат для предприятия, улучшение температурного режима 2 млн руб. 15-25 3
Институциональные изменения Экономия энергии и совершенствование системы учета 1,2 млн руб. на жилой дом 5-15 4 года
Основной потенциал энергосбережения в Мурманской области сосредоточен в жилищном фонде (35 %) и на источниках производства электрической и тепловой энергии (32 %).
Ожидаемое снижение интегрального показателя энергосбережения и энергоэффективности региона (энергоемкость валового регионального продукта) с 30,9 до 25,17 кг.у.т/тыс. руб. позволяет сделать вывод об эффективности внедрения наилучших доступных технологий по экономии энергоресурсов.
Программы энергосбережения предусматривают первоочередное выполнение малозатратных и быстроокупаемых энергосберегающих мероприятий. Главной целью программ является снижение расходов бюджета на энергоснабжение муниципальных зданий за счет рационального использования всех энергетических ресурсов и повышения эффективности их использования. Наиболее оптимальным для решения данной задачи является программно-целевой метод. Он позволяет решать задачи в масштабах всей области, эффективно использовать выделяемые для решения этих задач финансовые средства, привлекать для реализации энергосберегающих мероприятий инвестиции, развивая систему оказания энергосервисных услуг, как на стадии внедрения мероприятий, так и на стадии технического обслуживания внедряемого оборудования.
Литература
1. Разработка концепции и комплексной программы коренной перестройки систем централизованного теплоснабжения районов Севера в новых социально-экономических условиях: отчет о НИР: 2-92-0012 / ЦФТПЭС КНЦ РАН; науч. рук. Кузнецов Н. М.; исполн.: Степанов И. Р. [и др.] Апатиты, 1993. 151 с. № ГР 0190009663.
2. Кузнецов Н. М., Клюкин А. М., Трибуналов С. Н. Международное сотрудничество по повышению эффективного управления энергопотреблением в Баренц-регионе. Труды Кольского научного центра РАН. 2014. № 7 (26). С. 93.—97.
3. Исследование потенциала энергосбережения в теплоснабжении Мурманской области: отчет о НИР: 2-11-2010 / ЦФТПЭС КНЦ РАН; науч. рук. Минин В.А.; исполн.: Кузнецов Н. М. [ и др.]. Апатиты, 2013. 169 с. № ГР 01201153313.
4. Разработка научно-методических положений анализа и прогнозирования энергопотребления с учетом энергосбережения в новых экономических условиях (на примере Мурманской области): отчет о НИР: 2-95-1002 / ЦФТПЭС КНЦ РАН; науч. рук. Елохин В. Р.; исполн.: Кузнецов Н. М. [и др.] Апатиты, 1995. 138 с. № ГР 01960001335.
5. Бакшеев В. П., Ефимов Б. В., Клюкин А. М. Опыт энергоснабжения и повышения энергоэффективности теплоснабжения Академгородка в г. Апатиты Мурманской области // Вестник КНЦ РАН. 2010.№ 1. С. 107-112.
6. Технико-экономическая информация об энергосберегающих мероприятиях в рамках пилотного проекта «Энергоэффективный квартал» Апатиты, 2010.
7. Государственная программа Мурманской области «Энергоэффективность и развитие энергетики».
8. http://tuloma-51.ru/tinybrowser/files/zhkkh/sberezhenie/region/574-pp.pdf (дата обращения 25.04.18)
Сведения об авторах Ефимов Борис Васильевич,
директор Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН, д.т.н. Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А Эл. почта: [email protected]
Кузнецов Николай Матвеевич,
ведущий научный сотрудник Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН, к.т.н.
Россия, 184209, Мурманская область, г.Апатиты, мкр. Академгородок, д.21А Эл. почта: [email protected]
Победоносцева Вероника Валерьевна,
старший научный сотрудник Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН, к.э.н.
Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А Эл. почта: [email protected]
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.16.3.86-105 УДК 621.311
В. В. Колобов, М. Б. Баранник
ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ И УСТРОЙСТВ УПРАВЛЕНИЯ ВЕКТОРОМ ВОЛЬТОДОБАВОЧНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ГИБКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ СРЕДНЕГО КЛАССА НАПРЯЖЕНИЯ
Аннотация
Гибкие (управляемые) электрические сети (FACTS) - термин, принятый для обозначения современной эффективной технологии управления потоками мощности в энергосистеме. Устройства FACTS для распределительных сетей среднего класса напряжения обозначаются как D-FACTS (Distribution FACTS). Основанные на современной силовой электронике устройства D-FACTS предназначены для решения задачи повышения качества электроэнергии. Современные продольные устройства D-FACTS позволяют управлять амплитудой и фазой вектора вольтодобавочного напряжения. В статье рассматриваются принцип действия различных продольных D-FACTS устройств и их применение в энергосистеме. Ключевые слова:
гибкие системы электропередачи, продольные FACTS устройства, вольтодобавочное напряжение, распределительные сети среднего класса напряжения, статический синхронный продольный компенсатор, динамический компенсатор изменений напряжения, объединенный регулятор потоков мощности.
V. V. Kolobov, M. B. Barannik
AN OVERVIEW OF METHODS AND DEVICES FOR INJECTED VOLTAGE PHASOR CONTROL IN DISTRIBUTED FLEXIBLE AC TRANSMISSION SYSTEMS
Abstract
The modern effective technology for power flow control in electrical power transmission systems is known as Flexible AC Transmission System (FACTS). FACTS devices for medium-voltage distributed power systems are called D-FACTS devices (Distribution FACTS). Power electronics
