CC BY
30
ВЕСТНИК 4/2010
ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
IMPROVING OF ENVIRONMENTAL SAFETY AND EFFICIENCY OF HEAT SUPPLY SYSTEM
Б.В. Гусев, A.A. Гришан B.V. Gusev, A.A. Grishan
Российская инженерная академия ДальНИИС PAACH
Рассмотрены основные этапы эволюции обобщенной структуры систем централизованного теплоснабжения в условиях воздействия семи категорий шумов. Сформулированы возможные негативные последствия распада систем. Предложены принципы и методы повышения их безопасности и эффективности.
Considerations were given to the major stages of generalized structure development of district heat supply system under the influence of seven noise categories. Probable negative consequences of system breakage were stated. Approaches and methods of safety and efficiency improving were suggested.
Среди систем жизнеобеспечения безусловный приоритет принадлежит системам централизованного теплоснабжения (СЦТС). Инциденты и аварии в них наиболее чувствительны для населения в отопительные периоды. Для эволюции СЦТС характерно снижение надежности и безотказности, сопровождаемое переходом населения на автономное теплоснабжение. В результате развивается деградация СЦТС и формируются условия для развития катастрофы по нескольким направлениям.
Иерархия систем централизованного теплоснабжения
Установлено, что региональные системы централизованного теплоснабжения (СЦТС) сформированы из множества иерархически соподчиненных подсистем [1]. Среди них к сосуществующим подсистемам относятся здания с автономными энергоисточниками и локализованные поселковые системы. К поглощающим относятся те, которые имеют общие источники электро-, тепло-, водоснабжения и водоотведения.
Практическая ценность предлагаемой иерархии вытекает из оценки возможных результатов модернизации региональных топливно-энергетических комплексов (ТЭК).
По определению, в состав ТЭК входят энергоисточники, магистральные и частично районные тепловые и электрические сети, предприятия собственной инфраструктуры. Потребители, подключенные к электрическим и тепловым сетям ТЭК, относятся к другим отраслям экономики или к коммунальному хозяйству поселений. Они не подведомственны ТЭК. Поэтому оценка состояния объектов ТЭК и выбор способов их модернизации ограничиваются технологическими процессами выработки и транспортировки и электро- и теплоэнергии.
Следовательно, модернизация ТЭК не может принести максимально полезных результатов по всем направлениям трехмерной модели развития региона (экология -экономика - социальная сфера). Обновленный ТЭК будет по-прежнему компенсировать потери и нерационально используемые ТЭР у потребителей. Поэтому региональный ТЭК следует относить к системам производственно-технологического уровня. Основные результаты модернизации будет находиться в его корпоративных границах.
Для получения максимально полезных результатов необходимо модернизировать все энергетические подсистемы, соподчиненные в границах региона.
Структура обобщенной системы централизованного теплоснабжения
В структуре значками * обозначены блоки (с функциональными связями), которых не должно быть, но они присутствуют, а значками ** - которые должны быть, но отсутствуют, см. рисунок.
Условия, воздействующие на систему, мы предлагаем называть шумами.
1. Природные шумы - это сезонные изменения климата. Соответствующие изменения структуры или режима функционирования систем предусмотрены проектной документацией и не являются кардинальными. Это «мягкие» бифуркации [3].
2. Технические шумы - это информация: об износе оборудования; об инцидентах и авариях; о поставках и качестве топлива и материалов; о работоспособности оборудования и объектов, включая потребителей.
Обобщающей оценкой этих шумов является надежность и безотказность СЦТС.
3. Поведенческие шумы обусловлены поведением людей. К ним относятся: управленческие шумы; шумы персонала; шумы потребителей.
Значительная часть управленческих шумов представлена на Карте антропогенных факторов [3]. К ним мы относим также формулировку цели.
4. Социально-экономические шумы обусловлены расходованием бюджетных средств на поддержание функций СЦТС.
5. Экономические шумы формируются динамикой топливной составляющей в себестоимости теплоснабжения. Откликом на интенсивность шумов должны служить заключения экономической и технологической экспертизы обоснования тарифов, а также оценки стоимостной конкурентоспособности местных товаров.
6. Экологические шумы включают в себя оценки состояния природной среды под воздействием энергоисточников, сжигающих топливо, в том числе для компенсации сверхнормативных потерь на объектах, не потребляющих топлив.
7. Властные шумы обусловлены «правилами игры» в сфере ЖКХ. Эти правила формируются нормативно-техническими и нормативно-правовыми документами, устанавливающими принципы и методы взаимодействия подсистем в составе СЦТС.
Эволюция систем централизованного теплоснабжения
При определенном сочетании и интенсивности воздействия шумов на какую-либо систему прежний ее порядок может быть разрушен и возникнет новый порядок [3].
Для СЦТС извлечение порядка из окружающей среды означает следование проектной цели (надежное теплоснабжение), достижение которой организовано по принципу «сверху вниз». То есть за счет навязывания подсистемам структуры и функций, учитывающих местные условия (климат, рельеф, количество потребителей и др.).
Под воздействием шумов проектная структура СЦТС претерпела несколько этапов самоорганизации по принципу «снизу вверх».
Платежи:
- ресурсы;
- экология;
- налоги;
- прочие
7
«Правила
игры» в сфе-
ре потребле-
ния топливно-
энергети-
ческих
ресурсов
3
Управление системой теплоснабжения
Оценка достаточности сборов
Организация платежей
Организация технического обслуживания и ремонта
Формулировка цели и задач управления
теплоснабжением
6 Воздействие на природную среду
3 Реакция на сбор платежей
4 Сбор платежей
2 Оценка состояния системы и затрат
Освоение средств при ремонтах
Ь--1
Восстановление |
■работоспособности при I ремонтах *
Г
1
Климатическое воздействие
Теплоисточник
Л"
Транспортно-распредели-тельная сеть
Категории шумов в отображениях системы
1. Природные
2. Технические
3. Поведенческие
4. Социальные
5. Экономические
6. Экологические
7. Властные
Строительная оболочка зданий**
I
2*
Освоение средств при ремонтах
т
Г" 7** 1
^ Внесение потерь ТЭР в , I налогооблагаемую базу предприятия
Экономическое обоснование тарифов
2** Технологическая экспертиза обоснования тарифов |
Управление коммунальными объектами
4
7 Экономическая экспертиза обоснования тарифов
7 Законодательство Российской Федерации
со гп П —I
з:
На первом этапе проектная цель была заменена другой целью - «извлечение прибыли». Она сформулирована организациями, управляющими объектами коммунальной инфраструктуры, и предусматривает консолидацию средств для выполнения производственной программы и реализации инновационных проектов.
В рамках новой цели потребители стали рассматриваться как объект извлечения прибыли, но не как субъект СЦТС. Разногласия стали усиливаться из-за того, что энергоснабжающие организации стремятся извлекать прибыль, а потребители хотят получать надежные услуги. Из-за некачественных услуг возросло число отказов от оплаты. Стала прогрессировать деградация подсистем и СЦТС в целом, снижаться надежность услуг [1]. Стали расти тарифы, в том числе за счет внесения сверхнормативных затрат энергоресурсов в себестоимость услуг. Так в 2003 г. каждая семья Приморского края в теплоснабжении вынуждена была дополнительно выплачивать по 6,79,5 тыс. руб. ежегодно, не получая необходимых услуг.
Потребители и производители/поставщики энергии распределились по разные стороны границы, разделяющей их на «врагов» и «сотрудников».
На втором и третьем этапах возникли корпоративные образования. В 90-х годах это были предприятий объединенных котельных и тепловых сетей (ПОК и ТС). Позднее из них выделились муниципальные, региональные и российские тепловые сети, ставшие посредниками между энергоисточниками и потребителями.
На основе анализа СЦТС Приморского края в 1999-2009 гг. и ситуации в других регионах страны, мы полагаем, что современному состоянию централизованного теплоснабжения характерно приближение к консолидации товариществ собственников жилья (ТСЖ). По мере консолидации можно ожидать корпоративной защиты прав на надежное теплоснабжение. Она может привести к росту перехода на автономное и кластерное теплоснабжение. В Приморском крае количество электроустановок, используемых для отопления, возросло в 1999-2003 гг. примерно в 2,7 раза, а их суммарная установленная мощность - в 1,5 раза, достигнув 67 МВт [2]. В 2008 г. зарегистрирован переход на электроотопление двух жилых зданий общей мощностью 8 МВт.
Стихийная автономизация может привести к достижению критического соотношения между автономными и кластерными системами, доля которых возрастает, и централизованными, доля которых снижается. В результате будут кардинально изменены структура и режимы функционирования иерархически соподчиненных подсистем. Новая структура СЦТС будет сформирована на антагонизме между поставщиками и потребителями услуг. Возрастет напряженность в обществе.
Неожиданное скачкообразное изменение структуры и режима функционирования в теории динамических систем классифицируется как «жесткая» бифуркация или катастрофа в отличие от рассмотренных выше «мягких» бифуркаций [3].
Принципы и методы повышения безопасности систем теплоснабжения.
Нами разработаны и предложены два принципа и шесть методов повышения безопасности и эффективности теплоснабжения. Подробное их описание представлено в [2]. Здесь подчеркнем, что один из принципов предусматривает системный подход при центральном доминировании энергосбережения, а второй - ответственность каждого объекта системы, даже не имеющего топливосжигающих технологий, за образование загрязняющих веществ от сжигания топлива на энергоисточнике.
Среди предлагаемых методов мы ставим на первое место метод Цели, имея в виду, что формула цели должна отражать ожидание и получение общественно полезных
ВЕСТНИК 4/2010
результатов. Применительно к системам теплоснабжения она сформулирована как «формирование энергоэффективных основных фондов». Эта цель как инструмент политики гармоничного развития общества и природы предусматривает мониторинг и диагностику всех объектов и систем теплоснабжения в части технологической экспертизы экономического обоснования тарифов (см. рисунок).
Важная роль отводится методу Мотиваций, предусматривающему согласование условий взаимодействия участников энергетического рынка. Ведь ликвидация потерь и нерационально использованных ТЭР в объеме 1,1 млн. т условного топлива (2002 г.) равноценна сокращению доходов соответствующего бизнеса в объеме примерно на 1,58 млрд. руб. (6,26-6,65% бюджета Приморского края 2004 г.). Однако это выгодно потребителям - снижение тарифов на 18,3-63,8% в теплоснабжении, в том числе на 1,23 - 34,25% от ведомственных котельных.
Для выбора рациональных способов организации теплоснабжения предложен метод Координации. Представленный в виде карты он позволяет оценивать соответствие выбираемых способов организации научных, производственных и других действий достижению максимально полезных для общества результатов. Механизм реализации метода заключается в движении от нижнего иерархического уровня Карты к верхнему.
Выводы
1. Среди семи категорий шумов приоритет по силе воздействия на системы централизованного теплоснабжения принадлежит властным шумам, определяющим «правила игры» на энергетическом рынке. Современная слабость этих шумов в направлении защиты прав потребителей вынуждает их искать собственные способы обеспечения надежного теплоснабжения.
2. Консолидация населения в защите своих прав, в том числе на основе ФЗ № 190 «О теплоснабжении» может ускорить разрушение систем централизованного теплоснабжения за счет укрупнения перехода к автономному теплоснабжению - подомовой вместо поквартирного.
3. Неуправляемая автономизация может привести к риску развития катастрофы по направлениям: дефицит средств на подготовку к отопительным периодам; массовое перемораживание систем; рост доли электроотопления и дефицит электроснабжения для возрождающейся промышленности; рост напряженности в обществе; рост загрязнения природной среды продуктами сгорания топлив; снижение энергетической безопасности государства.
4. Развитие исследований региональной системы теплоснабжения и ее подсистем на основе ретроспективного и текущего мониторинга позволит выработать программы формирования наиболее эффективных структур и режимов их функционирования с целью предотвращения катастрофы, в том числе за счет рационального сочетания централизованного, кластерного и автономного теплоснабжения.
Рамки статьи не позволяют привести развернутое описание статистически значимых тенденций взаимодействия СЦТС с другими системами жизнеобеспечения, а также тяжести последствий отказов СЦТС для населения.
Список использованных источников
1. Гришан A.A. Эволюция систем централизованного теплоснабжения: синергетический подход/ A.A. Гришан, Б.В. Гусев// Промышленное и гражданское строительство. - № 2. - 2009. - С. 36-39.
2.Гришан А.А Энергосберегающая методология защиты и восстановления природно-технических систем в примерах практического применения: монография /А.А. Гришан - Владивосток: Дальнаука, 2007. - 247 с.
3. Малинецкий Г.Г. Определение момента бифуркации по уровню шумов/Технология разработки программных систем/ Г.Г. Малинецкий, Г.М. Зульпукаров //Материалы научной сессии МИФИ, т. 2, 2005. - С. 77-78.
List of references
1. Grishan A. A. District heat supply system development: synergistic approach / A. A. Grishan, B. V. Gusev // Industrial and civil engineering. - No. 2. - 2009. Pages 36-39.
2. Grishan A. A. Energy-saving technology of protecting and restoration of natural-technical systems. Practical application: monograph // A. A. Grishan - Vladivostok: Dalnauka, 2007. - page 247.
3. Malinetsky G. G. Definition of bifurcation moment by noise level / Program system development / G. G. Malinetsky, G. M. Zul'pukarov // Scientific session at Moscow Engineering Physics Institute, part 2, 2005. - pages 77-78.
Ключевые слова: централизованное теплоснабжение, эволюция, надежность, шумы, деградация теплоснабжения, риск катастрофы
Keywords: district heat supply, development, efficiency, noise, heat supply system breakage, catastrophe risk
Почтовый адрес авторов:
Адрес: 690014 Владивосток, ул. Толстого, 25, кв. 13. Тел. (4232) 26-41-87 дом., 36-15-96 раб., 89147056236 сот.
E-mail: priminncenter@mail.ru
Адрес: 125009, Москва, Газетный пер., д. 9, стр. 4 E-mail: info-rae@mail.ru
Рецензент: Зав. кафедрой морских технологий и энергетики ДВГТУ д. т. н., профессор
А.Н. Минаев
