РАЗВИТИЕ, ПЕРСПЕКТИВЫ И СОСТОЯНИЕДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ В РФ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 62

С.В. Виноградов

РАЗВИТИЕ, ПЕРСПЕКТИВЫ И СОСТОЯНИЕ ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ В РФ

Реформирование жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ) страны связано как с внедрением энергосберегающих технологий, так и с выходящими на первое место проблемами реконструкции и повышения надежности систем теплоснабжения. Тенденции перехода к автономным системам теплоснабжения объектов имеет причины финансово-инвестиционного характера, и технические аспекты, связанные с преимуществами децентрализованных систем.

Ключевые слова: теплофикация, централизованное теплоснабжение, тепловые сети, децентрализованное теплоснабжение, автономный источник теплоты.

Ежегодные объемы нового жилищного строительства в России составляют около 1,8...2% эксплуатируемого жилого фонда, поэтому экономия энергоресурсов за 10 лет составит не более 8%, в то же время совокупность энергосберегающих мероприятий по эксплуатируемым зданиям, источникам и системам теплоснабжения может достичь 2-кратного снижения потребления энергоресурсов, в расчете на 1 млн м2 жилья в средней полосе России — до 25.30 тыс. т у.т. в год.

Значительная часть населения расселяется наряду с городами в поселках городского и сельского типов. В малых населенных пунктах (до 50 тыс. человек) проживает до 45% населения страны. При низкой по сравнению с городами абонентноплотностью до 2 потр/га значительно снижаются плотность жилого фонда и плотность теплопотребления: для малоэтажной приусадебной застройки — соответственно 750.500 м2/га и 0,17.0,1 МВт/га; для 3...5 этажных зданий без приусадебных участков — 3000.2500 м2/га и 0,45.0,32 МВт/га.

В энергетике системы теплоснабжения мощностью менее 58 МВт считались децентрализованными. Такие системы в городах считаются мелкими, неэффективными и неэкономичными, а в малых населенных пунктах — крупными и в ряде случаев экономически более рациональными.

Необходимо ввести четкую классификацию, считая основным признаком децентрализации или автономной системы отсутствие тепловых распределительных сетей, тогда под понятие автономных источников теплоты попадают не только домовые (интегрированные со зданием), крышные, встроенные, пристроенные котельные, но и поквартирные системы от поквартирных теплогенераторов.

В исследованиях ЦНИИЭП инженерного оборудования отмечалось, что эффективность и экономичность автономных систем на газообразном топливе всегда значительно выше, чем централизованных. А если мы используем твердое топливо, то из-за проблем доставки, хранения, сжигания, золошлакоудале-ния, снижения вредных выбросов система автономного теплоснабжения становится менее привлекательной. Практически повсеместно наиболее рациональны поселковые котельные даже с четырехтрубной распределительной системой теплоснабжения (несмотря на то, что в 4-трубных системах капиталовложения в тепловые сети до 50.60%) [1].

Специфика жилого фонда, различные условия по теплоплотности потребления, абонентноплотно-сти и т.д. для крупных городов и малых населенных пунктов; объективная целесообразность теплофикации при приоритетной задаче выработки электроэнергии и множество других факторов обусловливают объективную необходимость многовекторной стратегии реконструкции и энергетической модернизации жилых зданий и тепловой инфраструктуры в РФ [2].

Централизация выработки тепловой энергии позволяет достичь:

•максимальной эффективности выработки тепловой энергии мощными источниками теплоты, эксплуатируемыми специализированным профессиональным персоналом;

•наиболее рационального использования централизации на базе крупных энергетических установок, работающих по эффективным термодинамическим циклам при совместной выработке электрической и тепловой энергии (ТЭЦ с приоритетом нагрузки электропотребления, высокоэффективных ТЭЦ с парогазовым циклом);

© Виноградов С.В., 2020.

Научный руководитель: Стариков Альберт Николаевич - кандидат технических наук, доцент, Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Россия.

•максимального социального эффекта с полным освобождением населения от трудозатрат на обслуживание системы теплоснабжения (отопление, ГВС, вентиляция);

•высокоэффективного, экологически удовлетворительного сжигания низкосортных топлив, отходов бытового и производственного происхождения, вторичных энергетических ресурсов промышленных предприятий;

•наиболее эффективной очистки и рассеивания продуктов сгорания, подавления эмиссии или нейтрализации вредных выбросов и стоков, сооружение которых технически возможно и экономически целесообразно только на мощных централизованных источниках [3-5].

Именно эти факторы стимулировали мощный прорыв отечественной энергетики в пятидесятые-ше-стидесятые годы на передовые позиции в мире в области централизованного теплоснабжения как по разработке эффективного теплогенерирующего оборудования, так и по объемам строительства и внедрения в масштабе страны. Отечественный опыт создания мощных теплофикационных комплексов и систем централизованного теплоснабжения оказал определенное влияние на развитие систем централизованного теплоснабжения во многих зарубежных странах (особенно в последние десятилетия в Германии, Финляндии, Швеции, Дании и др). В Москве централизованно обеспечивается 96% нагрузки отопления и горячего водоснабжения от 14 ТЭЦ, 67 РТС и 107 мелких котельных, и только 4% потребляемой мощности обеспечивается децентрализованными источниками тепла. Однако развитие отрасли ставило все новые задачи и поднимало уровень требований к эффективности систем, их техническому уровню и эксплуатационным показателям. Этот этап развития и реконструкции в отечественной коммунальной энергетике не нашел надлежащего воплощения в силу множества причин, порожденных непростыми годами последних десятилетий преобразования общества, что привело к тому, что техническое оснащение эксплуатируемых систем централизованного теплоснабжения и принципиальные научно-технические разработки, заложенные в эти системы, датируются 1960—1970-ми годами. Применение наиболее простых схем центрального качественного регулирования отпуска тепловой энергии, обусловленного утилитарной простотой систем управления и оборудования, приводит к несоответствию режимов потребления и отпуска теплоты у потребителей. Значительную величину составляют потери теплоты у потребителей из-за несовершенства местных систем распределения и управления, наличия технологически обусловленных режимов «перетопа». Большая протяженность тепловых сетей, значительный износ оборудования и низкий уровень эксплуатации в совокупности с ранее отмеченными факторами приводят к снижению надежности функционирования как центральных источников тепла, так и распределительных сетей, что обусловливает высокий уровень аварийности в централизованных системах и чрезвычайно низкие эксплуатационные показатели.

В настоящее время теплоснабжение около 80% городского фонда России осуществляется от централизованных источников, и общая протяженность магистральных участков тепловых сетей диаметром 600...1400 мм составляет 13000 км, а протяженность распределительных и внутриквартальных участков трубопроводов диаметром 50...500 мм достигает 125000 км (в пересчете на двухтрубную систему).

Эксплуатация тепловых сетей сопровождается неизбежными тепловыми потерями от внешнего охлаждения в размере 12.20% тепловой мощности (нормируемое значение 5%), и с утечками теплоносителя от 5 до 20% расхода в сети (при нормируемом значении потерь с утечками до 0,25% от объема теплоносителя в системе теплоснабжения, с учетом объема местных систем или 2% от расхода сетевой воды). Эксплуатационные затраты электроэнергии на перекачку теплоносителя составляют 6.10%, а затраты на химводоподготовку 15.25% в стоимости отпускаемой тепловой энергии. Значительное превышение нормативных потерь связано с высокой степенью износа оборудования централизованных систем теплоснабжения и особенно тепловых сетей, до 70% и более. Поэтому именно тепловые сети являются самым ненадежным элементом системы централизованного теплоснабжения, на который приходится более 85% отказов по системе в целом.

Трубопроводы тепловых сетей прокладываются в подземных проходных и непроходных каналах -84%, бесканальной подземной прокладкой - 6% и надземной (на эстакадах) - 10%. В среднем по стране свыше 12% тепловых сетей периодически или постоянно затапливаются грунтовыми или поверхностными водами, в отдельных городах эта цифра может достигать 70% теплотрасс. Неудовлетворительное состояние тепловой и гидравлической изоляции трубопроводов, износ и низкое качество монтажа и эксплуатации оборудования тепловых сетей отражается статистическими данными по аварийности. Так, 90% аварийных отказов приходится на подающие и 10% - на обратные трубопроводы, из них 65% аварий происходит из-за наружной коррозии и 15% - из-за дефектов монтажа (преимущественно разрывов сварных швов).

На этом фоне все увереннее позиции децентрализованного теплоснабжения, к которому следует отнести как поквартирные системы отопления и горячего водоснабжения, так и домовые, включая многоэтажные здания с крышной или пристроенной автономной котельной. Использование децентрализации позволяет лучше адаптировать систему теплоснабжения к условиям потребления теплоты конкретного об-

служиваемого его объекта, а отсутствие внешних распределительных сетей практически исключает непроизводственные потери теплоты при транспорте теплоносителя. Повышенный интерес к автономным источникам теплоты (и системам) в последние годы в значительной степени обусловлен финансовым состоянием и инвестиционно-кредитной политикой в стране, так как строительство централизованной системы теплоснабжения требует от инвестора значительных единовременных капитальных вложений в источник, тепловые сети и внутренние системы здания, причем с неопределенным сроком окупаемости или практически на безвозвратной основе. При децентрализации возможно достичь не только снижения капитальных вложений за счет отсутствия тепловых сетей, но и переложить расходы на стоимость жилья (т.е. на потребителя). Именно этот фактор в последнее время и обусловил повышенный интерес к децентрализованным системам теплоснабжения для объектов нового строительства жилья. Организация автономного теплоснабжения позволяет осуществить реконструкцию объектов в городских районах старой и плотной застройки при отсутствии свободных мощностей в централизованных системах. Децентрализация на современном уровне, базирующаяся на высокоэффективных теплогенераторах последних поколений (включая конденсационные котлы), с использованием энергосберегающих систем автоматического управления позволяет в полной мере удовлетворить запросы самого требовательного потребителя [6].

Выход из создавшегося положения может быть только в принятии безотлагательных мер по модернизации и реконструкции существующий систем теплоснабжения. Однако это связано со значительными инвестиционными затратами, проведение таких работ за счет государственный средств практически нереально, а привлечение частных инвестиций связано с очень большими рисками.

Законодательная база предусматривает привлечение инвестиций на цели модернизации (реконструкции) систем коммунальной инфраструктуры и их гарантированный возврат, в соответствии с законом № 210-ФЗ «Об основах регулирования тарифов организаций коммунального комплекса» только через тарифные источники, т.е. все инвестиционные затраты на модернизацию систем теплоснабжения и ее результаты в конечном счете должен оплатить потребитель через инвестиционную составляющую в тарифах на теплоснабжение.

При сегодняшнем уровне тарифов на тепловую энергию, их неупорядоченной системе определений, в т.ч. и без участия самих потребителей, существенно сужаются возможности реконструкции и модернизации муниципальных систем теплоснабжения. Не обеспечивается в будущем «экономическая» и «физическая» доступность коммунальных услуг потребителям при использовании традиционной технологии реконструкции и модернизации систем теплоснабжения за счет замены оборудования источника теплоснабжения или строительства новой модульной котельной. Тем более не гарантируется возврат инвестиций через инвестиционную составляющую и получение инвесторами обоснованной доходности на инвестированный капитал.

Расчеты показывают, что во многих регионах страны действующие тарифы не обеспечивают «расчетную» себестоимость отпускаемой тепловой энергии, коммунальные службы работают на дотациях из региональных и муниципальных бюджетов.

В то же время коммерческие расчеты за потребленную тепловую анергию через удельные расходы на 1 м2 отапливаемой площади, как правило, в 1,5...2 раза выше фактически потребленной тепловой энергии [7-9].

Поэтому модернизация (реконструкция) систем муниципального теплоснабжения должна производиться путем выбора энергосберегающих и энергоэффетивных технологий комплексной технологической модернизации системы от источника до потребителя, снижающих или ликвидирующих непроизводительные потери, при сохранении действующего тарифа. Выделение инвестиционной составляющей в действующем тарифе с привлечением средств потребителей в инвестиционной программе на срок окупаемости инвестиционных затрат может быть достигнута за счет значительного сокращения эксплуатационных расходов в результате использования энергосберегающих и энергоэффективных технологий [10, 11].

В качестве примера рассмотрим инвестиционную программу комплексной технологической модернизации систем теплоснабжения, разработанную для муниципального пос. Бавлены Владимирской области. Суть инвестиционной программы заключается:

- в анализе существующей системы теплоснабжения, определении расчетных данных потребления и выделении наиболее узких мест в системе теплоснабжения, которые отрицательно влияют на энергоэффективность существующей системы;

- расчете вариантов инвестиционных затрат и эксплуатационных расходов комплексной модернизации систем теплоснабжения;

_ обосновании существующих тарифов и расчете инвестиционной составляющей, обеспечивающей - - установленный срок окупаемости инвестиций и гарантированный возврат инвестиций.

Расчеты показывают, что наиболее привлекательной инвестиционной программой является вариант комплексной технологической модернизации, в которой обеспечивается мотивация потребителя в энергосбережении с его личным участием:

- перевод многоквартирного и многоэтажного жилищного фонда на поквартирную систему теплоснабжения с индивидуальными газовыми теплогенераторами в каждой квартире;

- перевод потребителей социальной инфраструктуры на автономное теплоснабжение с пристроенными, встроенными и крышными котельными без тепловых сетей, в которых возможно использовать высокоэффективное отечественное оборудование, например: каталитические теплогенераторы (КТГО,16; 0,25; 05 и 1,0 МВт), к отличительным особенностям которых относится высокий КПД, на 3...5% выше чем у традиционных котлов, за счет высокой теплонапряженности реакторной зоны, системы предварительного смешения газа: и воздуха; беспламенное низкотемпературное ката-литическое горение (не более 950°С), низкий уровень вредных выбросов с продуктами сгорания: NOX < 12 ррт, СО < 35 ррт, доля вырабатываемого инфракрасного тепла до 70%, диапазон модуляции мощности от 30 до 100%, низкий уровень шума, отсутствие вибрации.

Существующая система теплоснабжения пос. Бавлены работает от центральной котельной ЗАО «Бавленский «Электромеханический завод», оборудованной паровыми котлами ДКВР-20 общей мощностью 20 х 3 = 60 т/ч или 39 МВт.

Анализ вариантов реконструкции системы теплоснабжения пос. Бавлены, выполненный ОАО «Сан-техНИИпроект», и достигнутые на этом примере результаты можно сопоставить по данным, приведеным в таблице.

Таблица 1

Показатели Варианты

1 2 3 4

Модернизация существующей котельной АИТ для социально-бытовой инфраструктуры Поквартирно теплоснабжение жилого фонда АИТ для социально-бытовой инфраструктуры

Количество вновь установленных котельных и индивидуальных котлов, шт. 0 5 294 6

Установленная мощность котельных/ суммарная мощность индивидуальных источников, МВт 14 8 6,85 (единичная мощность индивидуальных источников 23,3 кВт) 9,5

Стоимость затрат на переоборудование поквартир-ного теплоснабжения одного потребителя, тыс. р. 0 80 80 0

Количество потребителей тепла, ЖКХ/ соцбыт, шт. 46/10 10 294 46/10

Протяженность трубопроводов в четырехтрубном исполнении,м 30000 9000 0 12000

Размер инвестиций в модернизация тепловых сетей (средний диаметр трубопровода (Ру = 100 мм), тыс. р. 0 9900 0 13200

Размер инвестиций в модернизацию газовых сетей, тыс. 0 4000 0 4000

Суммарные инвестиции, тыс. р. 54180 63500 23520 76100

Коэффициент энергетической эффективности 0,67 0,8 0,91 0,8

Годовое потребление тепловой энергии, МВт-ч/год 21468 18078 3390 21468

Окончание таблицы 1

Показатели Варианты

1 2 3 4

Модернизация существующей котельной АИТ для социально-бытовой инфраструктуры Поквартирно теплоснабжение жилого фонда АИТ для социально-бытовой инфраструктуры

Годовой расход тепловой энергии, МВт-ч/год 32042 22597 3725 26835

Годовой расход газа, тыс. м3/год 3444,5 2429,2 400,5 2884,7

Эксплуатационные затраты, тыс. р./год 6600 1408 882 1672

Общекотельные и прочие затраты, тыс. р./год 2220 821,6 0 874

Итого затрат, тыс. р./ год 30299,7 15348,9 1931,3 17382,9

Себестоимость реализованного тепла, р./Гкал 1641 987,2 662,4 941

Библиографический список

1.Панферов В.И., Панферов С.В. Анализ алгоритмов регулирования систем теплоснабжения по Е.Я. Соколову // Материалы 3-ей МНТК «Теоретические основы ТГВ» : сб. докладов. М. : МГСУ, 2009. С. 276—280.

2.Теличенко В.И., Большеротов А.Л. Классификация уровней безопасности и качественного состояния экосистем. Ч. 1 Естественные экосистемы // Промышленное и гражданское строительство. 2010. № 12. С. 52—54.

3.Каменева Е.А. Реформа ЖКХ, или Теперь мы будем жить по-новому... М. : Феникс, 2005. 349 с.

4.ТСН-2001.3 «Общие положения по применению норм и расценок на строительные работы». 56 с.

5.Постановление правительства Москвы «Об утверждении правил производства земляных и строительных работ, прокладки и переустройства инженерных сетей и коммуникаций в г. Москве». № 603 от 8 августа 2000 г. 24 с. Режим доступа: http://www.referent.ru/1/87903. Дата обращения: 29.08.2012.

6.Хаванов П.А., Барынин К.П. Некоторые ошибки при разработке тепломеханической части автономных источников теплоты // АВОК. 2004. № 8. С. 54—57.

7.Гришков А.В., Логинов А.А. Эффективность использования топлива при работе малых ТЭЦ // Вестник МГСУ. 2011. № 7. С. 402—405.

8.Финансовая основа инвестиций в России / В.Н. Чапек, В.П. Рябошапко, Д.В. Максимов, С.П. Соколов. М. : Феникс, 2007. 380 с.

9.Забелин П.В., Моисеева Н.К. Основы стратегического управления. М. : Инф.-внедр. центр «Маркетинг», 1997. 175 c.

10. Ст.1 Градостроительный кодекс Российской Федерации от 29.12.2004г. № 190-ФЗ. 58 с. Режим доступа: http://www.consultant.ru/popular/gskrf/. Дата обращения: 29.08.2012.

11. Инвестиционно-строительный инжиниринг / И.И. Мазур, В.Д. Шапиро, Н.Г. Ольден-Рогге, А.Ю. Забродин. М. : ЕЛИМА, 2009. 763 с.

ВИНОГРАДОВ СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ - магистрант, Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Россия.