CC BY
64
УДК 697.341
С. В. ГЛУХОВ А. В. КОВАЛЕНКО Д. А. ЧУРИКОВ
Омский государственный университет путей сообщения
КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К ПОВЫШЕНИЮ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ТЕПЛОСНАБЖАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ ОМСКОЙ ОБЛАСТИ
В статье приведен экспресс-метод определения неэффективных источников и систем теплоснабжения коммунальной энергетики и алгоритм принятия решений по модернизации котельных и тепловых сетей. Также внесено предложение о формировании базы данных ключевых показателей функционирования систем теплоснабжения. Представлены примеры применения экспресс-метода с последующим формированием направления реконструкции для ряда конкретных теплоисточников Омской области.
Ключевые слова: коммунальная теплоэнергетика, технико-экономические показатели, тепловые сети, энергосбережение.
В настоящее время большинство теплоисточников, обеспечивающих тепловой энергией население и социальную сферу, находится на балансе муниципалитетов и эксплуатируется муниципальными предприятиями и частными компаниями по краткосрочным договорам аренды. Ограниченность муниципального и регионального бюджета, тарифная политика государства и незаинтересованность компаний-арендаторов в значительных капиталовложениях привели в последние 3 — 5 лет к уменьшению качества и объемов ремонтных программ котельных и тепловых сетей и, как следствие, нарастающему износу основных фондов [1].
Начиная с 2009 года по настоящее время был принят ряд основообразующих федеральных законов, направленных на модернизацию энергетической отрасли, в частности: № 261-ФЗ от 23 ноября 2009 года «Об энергосбережении...», № 190-ФЗ от 27 июля 2010 года «О теплоснабжении», постановление Правительства РФ №1075 от 22 октября 2012 года, а также несколько десятков подзаконных актов. Эти нормативные документы предусматривают проведение обязательного энергетического аудита теплоснабжающих организаций, разработку перспективных схем теплоснабжения поселений и городских округов, а также модернизацию теплоснабжающих предприятий путем реализации инвестиционных программ, финансирование которых заложено в долгосрочный тариф (в частности, по методу обеспечения инвестированного капитала). Также предполагается использование энергосервисных контрактов при модернизации оборудования источников и систем теплоснабжения. Однако средняя окупаемость предлагаемых мероприятий с учетом возврата кредитных средств находится на уровне 5 — 8 лет, потому энергосервис в теплоэнергетике не получил широкого распространения.
Таким образом, основной задачей региональных и муниципальных органов власти является привлечение инвестиций в отрасль. В Омской области курируют вопросы, связанные с теплоснабжением населения и социальной сферы, большое количество ведомств, в том числе министерства строительства и ЖКК, экономики, финансов, природных ресурсов и экологии, Региональная энергетическая комиссия, администрации муниципальных районов и прочие профильные министерства. В 2014 году начала свое функционирование некоммерческая организация «Фонд энергосбережения Омской области», нацеленная на повышение энергоэффективности потребителей бюджетной сферы. В то же время единый орган, занимающийся обработкой статистических данных, тарифной политикой, программой ремонтов и модернизации объектов теплоэнергетических систем, привлечением частных инвесторов в отрасль, отсутствует.
Исходными данными для вновь образованной структуры могут служить энергетические паспорта теплоснабжающих организаций, схемы теплоснабжения поселений, информация, соответствующая стандартам раскрытия для организаций коммунального комплекса.
Например, в табл. 1 предлагается минимально необходимый перечень исходных данных по каждому теплоисточнику, обеспечивающему тепловой энергией население и социальную сферу, необходимый для комплексной оценки эффективности работы на территории муниципального района или области в целом.
Табл. 1 предлагается дополнить следующими материалами:
1) схема расположения котельных и тепловых сетей на топологической основе муниципального образования;
Таблица 1
Перечень исходных данных
1. Установленная тепловая мощность, Гкал/ч;
2. Подключенная тепловая нагрузка, Гкал/ч, в т.ч.:
2.1 потребителей первой категории;
2.2 собственных нужд;
2.3 потерь в тепловых сетях.
3. Наличие приборов учета на теплоисточнике, в т.ч.:
3.1 электроэнергии
3.2 исходной воды
3.3 отпущенной тепловой энергии
3.4 топлива
4. Параметры, полученные по результатам режимно-наладочных испытаний, в т. ч.:
4.1 УРУТ котельной
4.2
5. Марка и год ввода в эксплуатацию основного оборудования
6. Степень износа здания котельной, %
7. Величина годовой выработки тепловой энергии, Гкал/год, в т. ч.:
7.1 полезный отпуск
7.2
8. Протяженность трубопроводов теплосетей, год и способ прокладки, в т. ч.:
8.1 Ду 32
8.2
9. Удельные показатели потребления энергоресурсов, в т. ч.:
9.1 топлива, кг у. т./Гкал
9.2 электроэнергии, кВтч/Гкал
9.3 воды, м3/Гкал
10. Технико-экономические показатели работы котельной, в т. ч.:
10.1
11. Величина расчетной тепловой нагрузки потребителей (в т.ч. перспективных), находящихся в радиусе действия теплоисточника и имеющих индивидуальное теплоснабжение, Гкал/ч, в т. ч.:
11.1 Планируемый к размещению детский сад по адресу..
11.2...
№
2) данные о наличии местных возобновляемых источников (объемы, стоимость, характеристика);
3) данные по возможной газификации (точка подключения, укрупненная сметная стоимость и прочее);
4) предполагаемые индексы изменения цен на энергоресурсы, материалы, оборудование и оплаты труда персонала.
На основе табл. 1 предлагается создать базу данных по всем котельным области (муниципального района), позволяющую выявить теплоисточники (их группу), имеющие наибольший энергетический и экономический потенциал по модернизации. Результатом обработки исходных данных должен стать рейтинг котельных с предварительно введенными и рассчитанными значениями базовых величин, характеризующих эффективность источников теплоснабжения. Рейтинг предлагается разделить на группы по видам используемого топлива: твердое (уголь, дрова), жидкое-газообразное (природный газ, мазут, дизельное топливо), биотопливо (щепа, пеллеты, топливные брикеты). Ранжирование по каждому показателю предполагается проводить от наиболее эффективного (первое место) к наименее эффективному (последнее место) с присвоением баллов согласно сумме мест в рейтинге по каждому критерию сравнения. Наиболее эффективному источнику теплоснабжения соответствует минимальный балл.
В качестве базовых показателей для сравнения предлагается использовать следующие [2]:
1) удельный расход условного топлива на выработку тепловой энергии (УРУТ), кг у. т./Гкал;
2) удельный расход электроэнергии на выработку тепловой энергии (УРЭЭ), кВт • ч/Гкал;
3) удельный расход воды на выработку тепловой энергии (УРВ), м3/Гкал;
4) коэффициент использования установленной мощности (КИУМ), характеризующий степень загруженности котельной;
5) штатный коэффициент (ШК), чел/МВт, характеризующий степень технологичности процесса производства тепловой энергии;
6) относительные тепловые потери, % от выработанной тепловой энергии;
7) удельная материальная характеристика тепловых сетей (УМХТС), м2/(Гкал/ч), характеризующая загруженность тепловых сетей;
8) себестоимость полезного отпуска тепловой энергии, р./Гкал.
В табл. 2 приведены базовые показатели сравнения для теплоисточников Муромцевского и Чер-лакского муниципальных районов и проведено их ранжирование по двум группам в зависимости от типа используемого топлива.
По результатам проведенного сравнения выделены наиболее неэффективные котельные, в частности:
1) котельные ст. Черлак, п. Затон, д. Дурново, с. Кокшенево, характеризующиеся малой степенью загрузки и завышенными диаметрами трубопроводов, что связано с переходом части потребителей на индивидуальное теплоснабжение;
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №1 (137) 2015
Таблица 2.
Обработка показателей работы котельных Черлакского и Муромцевского районов Омской области
УРУТ, кг у. т./Ткал Балл УРЭЭ, кВт-ч/ Гкал Балл % а Рн Я & Балл КИУМ Балл ШК, чел/МВт Балл Относительные тепловые потери, % от выработки Балл УМХТС, м2/ (Гкал/ч) Балл Себестоимость отпуска, руб./ Гкал Балл Сумма баллов Итоговый ранг
Котельные, работающие на твердом топливе (уголь)
Квартальная котельная №1 р. п. Муромцево 183,38 4 23,59 6 0,26 8 0,74 3 1,50 3 22,29 6 169,11 10 1361,79 1 41 1
Квартальная котельная №2 р. п. Муромцево 181,88 1 23,17 5 0,27 10 0,88 2 1,80 5 25,20 9 168,44 9 1386,15 2 43 2
Квартальная котельная №3 р. п. Муромцево 182,75 3 30,71 12 0,27 9 0,71 6 1,45 2 29,03 11 187,87 12 1622,86 4 59 5
Котельная ЦРБ р.п. Муромцево 203,63 6 35,69 16 0,14 4 0,46 14 1,23 1 14,68 5 63,41 5 1496,66 3 54 3
Котельная спецшколы р.п. Муромцево 266,52 13 29,47 10 0,38 13 0,66 7 1,93 6 28,94 10 168,36 8 2257,76 6 73 8
Котельная пристани р.п. Муромцево 182,00 2 23,83 7 0,20 5 1,81 1 5,84 19 45,95 14 255,43 14 2420,33 8 70 7
Котельная Артынского детского дома 281,53 15 27,04 8 0,13 3 0,65 9 3,74 16 0,96 3 54,34 3 1979,01 5 62 6
Котельная дома престарелых р. п. Муромцево 191,30 5 6,55 1 0 1 0,50 13 18,43 20 5,33 4 40,71 2 2934,07 12 58 4
Котельная с. Кокшенево 332,15 19 22,66 4 0,83 18 0,05 20 2,83 13 0 1 60,80 4 5930,70 19 98 16
Котельная ЖКХ р. п. Муромцево 206,67 8 17,84 3 0,62 17 0,32 15 3,74 16 23,55 8 132,73 7 3287,75 13 87 12
Котельная с. Мыс 242,97 11 33,68 14 0,22 6 0,58 11 3,31 15 30,78 12 184,18 11 2561,14 10 90 13
Котельная Артынской СУБ 427,50 20 9,32 2 0,05 2 0,25 17 4,96 18 0,00 1 19,94 1 4626,32 18 79 9
Котельная д. Дурново 325,39 18 35,45 15 0,22 7 0,23 18 2,22 9 23,46 7 121,49 6 3854,13 14 94 15
Котельная п. Затон 269,50 14 40,27 18 0,56 15 0,22 19 2,05 8 56,01 18 232,09 13 4533,97 16 121 17
Котельная с. Южно-Подольск 207,50 9 29,33 9 0,31 11 0,73 5 2,00 7 47,82 15 282,39 15 2491,66 9 80 10
Котельная с. Николаевка 207,90 10 32,32 13 0,38 14 0,73 4 1,50 3 48,61 16 301,15 16 2350,44 7 83 11
Котельная с. Татарка 204,12 7 29,83 11 0,34 12 0,59 10 2,50 10 45,01 13 307,09 17 2806,90 11 91 14
Котельная с. Привольное 293,36 16 54,37 20 1,86 20 0,56 12 2,50 10 55,63 17 361,86 18 4006,67 15 128 19
Котельная с. Суворовка 256,50 12 38,34 17 1,22 19 0,66 8 2,50 10 65,71 19 439,30 20 4601,77 17 122 18
Котельная ст. Черлак 307,75 17 52,99 19 0,59 16 0,25 16 2,94 14 67,30 20 408,98 19 9833,26 20 141 20
Котельные, работающие на жидком и газообразном топливе (газ и мазут)
Котельная с. Большой Атмас 168,20 3 66,94 4 0,18 1 0,29 2 1,91 4 23,41 1 170,62 1 3012,32 3 19 2
Котельная с. Соляное 156,21 1 34,76 2 1,20 4 0,37 4 0,86 3 60,80 4 398,20 4 2864,02 2 24 4
Котельная с. Красный Октябрь (мазут) 158,91 2 33,21 1 0,43 3 0,30 3 0,67 2 46,59 3 298,66 3 3205,65 4 21 3
Котельная с. Елизаветинка 214,86 4 58,87 3 0,29 2 0,11 1 0,43 1 37,46 2 281,32 2 2496,15 1 16 1
( Начало ^
при модернизац ии тетто источника могут потребоваться мероприятия по увеличению хапано влет о й л ющноап и
""есть ли в радиусе двйстеЗя
нет
^-—■^сеоесто им остью отпуска
необходимо рассмотреть возможность присоединения к котельной дополнительной нагрузки
необходимо определить перечень мероприятий направленный на присоединение перспективной нагрузки
необходимо определить перечень мероприятий по реконструкции котельной со снижением установленной мощности и себестоимости производства теплоты, либо перейти на альтернативный источник
необходимо определить перечень мероприятий, направленных на присоединение перспективной нагрузки
необходимо определить перечень мероприятий, направленных на присоединение перспективной нагрузки
при модернизации телно источн ика мероприятия по увеличению установленной мощности не требуются
при модернизации теплоисточника необходимо определить мероприятия по созданию минимального резерва установленной мощности
1
Рис. 1. Алгоритм принятия решения по реконструкции источника теплоснабжения (начало)
1Р
ИЯЛУН ЭИЯЗЭЬИНХЭ!
ЭЫЮ (¿ЕИ бМ ЯИН13Э0 ШЯНЬЛУН иияоио
Рис. 1. Алгоритм принятия решения по реконструкции источника теплоснабжения (окончание)
2) котельные с. Суворовка, с. Привольное, Ар-тынской СУБ, спецшколы, характеризующиеся низкой эффективностью сжигания топлива;
3) котельные дома престарелых, пристани и ЖКХ рп Муромцево, характеризующиеся неоправданно высокими затратами на обслуживающий персонал.
С помощью алгоритма (рис. 1) предоставляется возможность принятия одного из следующих решений по модернизации котельных:
1) о возможности присоединения к котельной дополнительной тепловой нагрузки, в т.ч. перспективной, — рекомендуется для котельных ЦРБ и ЖКХ рп Муромцево;
2) о снижении установленной мощности котельной с целью повышения среднегодовой загрузки котлов — рекомендуется для котельных с. Большой Атмас, с. Елизаветинка, с. Кокшенево;
3) о закрытии теплоисточника с целью передачи тепловой мощности более экономичному источнику, в т.ч. на другом виде топлива — рекомендуется для котельной пристани и квартальной котельной № 3, т. к. обе находятся в зонах действия более эффективных источников теплоснабжения;
4) о выдаче рекомендаций по уточнению исходных данных при отсутствии коммерческого учета тепловой энергии и энергоресурсов — рекомендуется для котельных дома престарелых, Артынской СУБ и Артынского детского дома.
Следуя алгоритму (рис. 2), формируется следующий перечень возможных к принятию решений:
1) об оптимизации трассировки тепловых сетей — рекомендуется для тепловых сетей котельных ст. Черлак, с. Суворовка и с. Привольное;
2) о перекладке трубопроводов с подбором оптимальных диаметров — рекомендуется для тепловых сетей квартальной котельной № 3, спецшколы рп Муромцево, с. Соляное и с. Затон;
3) о реконструкции тепловой изоляции теплопроводов — рекомендуется для котельных с. Мыс, с. Южно-Подольск, с. Николаевка;
4) о разработке комплекса мероприятий, направленных на снижение аварийности тепловых сетей.
Выводы:
1. Результаты проведенного исследования хорошо согласуются с результатами энергетических обследований предприятий — МУП Муромцевского района «Теплосеть-1» и МУП Черлакского района «Теплокоммунэнерго», проведенных в 2013 году. Это показывает, что предложенный экспресс-метод позволяет выделить наименее эффективные теплоисточники с целью их модернизации, а также предложить мероприятия модернизации. При этом затраты материальных, трудовых и временных ресурсов будут существенно ниже в сравнении с проведением энергоаудита или разработкой перспективной схемы теплоснабжения поселения.
( Начало )
Ввод значений диаметров и протяженно™ей, способа прокладки каждого участка тепловой сети, годовых покеру тепловой энергии в системе теплоснабжения
необходимо определить перечень мероприятий, направленных на снижение общих тепловых потерь с учетом присоединения перспективной нагрузки
Ввод данных о числе аварийных случаев за год (отопительныйпериод)
Внесение сведений в дадаины.т о стяг
с ранжированием по двух-, четрырех- и т д. I иргуЙкым ашяеиаы теплоснабжения \
Рис. 2. Алгоритм принятия решения по реконструкции тепловых сетей (начало)
¥
HMVH ЭИЯЗЭЬИНХЗ!
sms (zeir) и °n яинюэа шяньлун иияоио
Рис. 2. Алгоритм принятия решения по реконструкции тепловых сетей (окончание)
2. Программное обеспечение, реализованное на основе предложенной экспресс-методики, может быть внедрено в профильных комитетах государственных органов власти на уровне как муниципального района, так и области.
3. Исходные данные, сведенные в базу данных, требуют корректировки после модернизации соответствующих систем теплоснабжения.
Библиографический список
1. Ведрученко, В. Р. Актуальные задачи коммунальной теплоэнергетики Омского региона / В. Р. Ведрученко, В. В. Крайнов, М. В. Кокшаров, С. С. Рудюк // Омский научный вестник. - 2006. - № 4 (38). - С. 104-108.
2. Об утверждении методических рекомендаций по разработке схем теплоснабжения : приказ Минэнерго Рос-
сии № 565, Минрегиона России № 667 [от 29 декабря 2012 г.]. — URL: http://minenergo.gov.ru/documents/fold13/ index.php?ELEMENT_ID=14376 (дата обращения: 19.02.2013).
ГЛУХОВ Сергей Витальевич, кандидат технических
наук, доцент кафедры теплоэнергетики.
Адрес для переписки: svgluk@mail.ru
КОВАЛЕНКО Александр Валентинович, аспирант
кафедры теплоэнергетики.
Адрес для переписки: direktor@omep.ru
ЧУРИКОВ Дмитрий Андреевич, аспирант кафедры
теплоэнергетики.
Адрес для переписки: mitya.churikov@gmail.com
Статья поступила в редакцию 12.12.2014 г. © С. В. Глухов, А. В. Коваленко, Д. А. Чуриков
№
УДК 621318 д. В. РЫСЕВ
П. В. РЫСЕВ В. К. ФЕДОРОВ Д. В. ФЕДОРОВ С. Н. ШЕЛЕСТ Е. Е. ШМУЛЕНКОВА А. И. ЗАБУДСКИЙ
Омский государственный технический университет Омский государственный аграрный университет им. П. А. Столыпина
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ РЕЗОНАНС ТУРБОГЕНЕРАТОРА КАК СЛЕДСТВИЕ РЕЖИМА ДЕТЕРМИНИРОВАННОГО ХАОСА ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Проводится сравнение режима детерминированного хаоса в электроэнергетической системе с режимом электромеханического резонанса в системе турбогенератор — компенсированная линия электропередачи. Рассмотрены математические модели различных энергосистем. Полученные результаты позволяют уточнить критерии динамической устойчивости энергосистем в условиях хаотических режимов.
Ключевые слова: электромеханический резонанс, детерминированный хаос, энергосистема.
Для исследования хаотичности некоторой системы рассматривают устойчивость траектории в фазовой плоскости. Если траектория неустойчива, то может присутствовать хаотический режим. Причем неустойчивость обязана быть экспоненциальной. Это означает, что малое возмущение режима 0(0) должно во времени увеличиваться по экспоненте [1]
0Щ= 0(0) еи , х = Нт^п
где X — показатель Ляпунова.
(1)
Если установлено, что исследуемый режим имеет положительный показатель Ляпунова X > 0, то следствием будут непериодичность в зависимости от времени любой из координат состояния, сплошной спектр мощности (в спектре колебаний присутствуют все частоты из некоторого интервала) и спадающая во времени автокорреляционная функция. До недавнего времени с таким поведением указанных характеристик однозначно связывали представления о случайном процессе. Теперь мы
