CC BY
37
Научно-технический прогресс
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС
УДК 330.131.52+620.92
СХЕМА ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ГОРОДА - ПРОГРАММА К РАЗВИТИЮ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА
В. М. Лебедев, С. В. Приходько, А. В. Коваленко, Е. В. Васина
ГБОУ ВПО «Омский государственный университет путей сообщения», ОАО НПО «Омэнергопром»
Изложены основные направления по разработке схемы теплоснабжения города как программы к развитию городского хозяйства. Особое внимание уделяется состоянию источников и систем теплоснабжения, особенно в условиях рыночной экономики, при разноведомственной подчиненности. Дана оценка эффективности топливоиспользования, экологической нагрузки, степени внедрения энергосберегающих мероприятий, обоснование инвестиций в строительство и техническое перевооружение источников теплоснабжения и тепловых сетей. Авторы делают вывод, что в схеме теплоснабжения должен быть выявлен энергетический потенциал города, определены перспективные тепловые нагрузки.
Ключевые слова: энергетическая стратегия России, схема теплоснабжения, инженерная инфраструктура города, топливообеспечение, источники теплоснабжения, тепловые сети, энергосбережение, оптимизация вариантов.
Главной целью энергетической стратегии России является эффективное использование ее богатейших природных ресурсов для возрождения экономики и обеспечения достойной жизни населения. В недрах России сосредоточено до 40 % мировых запасов газа, 13 % запасов нефти и около 30 % прогнозных запасов угля. Однако это не значит, что можно расточительно и нерационально расходовать эти природные ресурсы, и от того, как мы сможем ими распорядиться на практике, зависит настоящее и будущее России.
В условиях развивающейся рыночной экономики, когда резко возрастают цены на топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) и энергоносители, особую остроту приобрел вопрос о стратегии развития теплоэнергетики как в целом в России, так и в любом ее регионе, имеющем свои специфические особенности. Претерпевают изменения принципы комплексного подхода к управлению энергетикой регионов и ее развитию в условиях реструктуризации электроэнергетической отрасли.
Рассмотрим ряд основополагающих вопросов по разработке схемы теплоснабжения на примере города Омска.
Разноведомственная подчиненность теплоисточников различных форм собственности без отработанной структуры управления теплоснабжением города, без оперативного управления оптимизацией работы систем теплоснабжения приводит к значительному перерасходу топлива в регионе и напряжению городского бюджета.
Города с населением 30 тысяч жителей и более должны иметь разработанные схемы теплоснабжения, а если рассматривать города с населением более 500 тысяч человек с разветвленной инженерной инфраструктурой, то в этом случае схема теплоснабжения представляет собой не что иное, как план ГОЭЛРО местного значения.
Схема теплоснабжения города - это обязательный документ, раскрывающий в своей сущности не только перспективы развития теплоэнергетики, но и развитие систем жизнедеятельности города в градостроительной, социальной, экономической, экологической и других сферах.
Основная цель разработки схемы теплоснабжения - выбор экономически обоснованного, экологически чистого и устойчивого к возможным изменениям экономической конъюнктуры варианта
развития систем теплоснабжения в неразрывной связи с генеральным планом застройки города и другими составляющими инфраструктуры: газоснабжение, водопровод, канализация, электроснабжение, связь и транспорт, охрана воздушного и водного бассейнов. По образному философскому изречению, «не иметь схемы теплоснабжения города равносильно тому, что рисовать с натуры в темноте». Обстановка в этих вопросах в настоящее время очень сложная, так как необходимый контроль за оптимальностью в выборе схемных решений практически отсутствует.
Заказчиком в разработке схемы теплоснабжения города выступает городское самоуправление как орган, ответственный за состояние и надежное функционирование всех систем жизнедеятельности города. А далее, после проведения общественных слушаний и экспертизы, она утверждается в федеральном органе - министерстве энергетики. После утверждения схема должна стать настольным документом у всех хозяйствующих и властных структур, имеющих отношение к инженерной инфраструктуре города.
Утвержденная схема теплоснабжения города является основным исходным документом для дальнейшего проектирования систем теплоснабжения, включая теплоисточники.
Особую значимость разработка схемы теплоснабжения города и промышленных комплексов
приобретает в условиях рыночной экономики, когда каждая гигакалория тепловой мощности, каждый километр теплопровода должны быть обоснованы, и наряду с обеспечением надежности теплоснабжения должны выполняться условия конкурентоспособности и высокой экономичности. Реализуя эти положения, муниципалитет должен выступать главным организатором создания на взаимовыгодных и взаимозаинтересованных условиях партнерства участников различных форм собственности по обеспечению в городе надежного, качественного и экономичного теплоснабжения.
Еще свежи в памяти те настроения, когда руководители местных органов возлагали ответственность за надежное теплоснабжение на предприятия Минэнерго, в том числе и за развитие теплоэнергетики. Сейчас бюджетные средства на развитие теплоэнергетики используются в коммунальном хозяйстве лишь частично.
Схема теплоснабжения должна разрабатываться на 15 лет и по истечении данного срока корректироваться или существенно перерабатываться, если в структуре потребления топлива и энергии произошли значительные изменения.
При разработке схемы теплоснабжения города в соответствии с требованиями к схемам теплоснабжения (Постановление Правительства РФ № 154 от 22 февраля 2012 г.) должны быть рассмотрены основные направления (рис. 1):
Рис. 1. Основные направления разработки схемы теплоснабжения города
Рассмотрим некоторые из указанных основных направлений.
Исходная информация. В качестве исходной информации должны использоваться, прежде всего, материалы городского самоуправления, включающие следующие данные:
• численность населения;
• жилой фонд города;
• генеральный план города с указанием действующих и предполагаемым размещением новых источников тепловой энергии;
• составление баланса и выявление дефицита тепловой мощности по этапам развития как в муниципалитете, так и в отдельном промышленном комплексе.
Кроме того, должна быть собрана и проанализирована информация по оценке существующих и перспективных значений теплопотреб-ления промышленных и бытовых потребителей с учетом энергосберегающих мероприятий; выбору оптимального и надежного варианта теплоснабжения с выделением зон действия централизованных источников тепловой энергии.
Качество разработки схемы теплоснабжения города во многом зависит от сбора необходимого объема информации, раскрывающей вопросы надежности работы источников теплоты и тепловых сетей (аварийности), стоимостных и удельных показателей по топливу, горячей и исходной воде, потребляемой электроэнергии.
Следует заметить, что промышленные предприятия неохотно выдают свои материалы, порой предоставляют недостоверную информацию.
Топливообеспечение. Исключительно особую значимость в условиях развивающегося рынка приобретают вопросы обоснования структуры потребляемого топлива (твердого, жидкого и газообразного) и организации топливоснабжения, а также конъюнктуры топливообеспечения (рынок топлива, его цена).
Для г. Омска, не имеющего собственных источников ТЭР и являющегося энергодефицитным по потреблению электроэнергии, вопросы иерархического построения и создания систем теплоснабжения, выбора структуры теплоисточников и топлива с его ценовой конъюнктурой не могут быть второстепенными, ибо они лежат в основе экономики города.
В Омской области основным топливом, потребляемым ТЭЦ, должно быть твердое топливо. При изучении проблемы использования российских углей для ТЭЦ г. Омска было установлено, что кузнецкие угли с разрезов Бачатский, Кал-танский и Черниговский могут использоваться на ТЭЦ-4 и ТЭЦ-5 без больших затрат на реконструкцию котлоагрегатов. Однако свободных
объемов добычи указанных углей, даже с учетом перспективы их развития, недостаточно для обеспечения потребностей Омского филиала ОАО «ТГК-11», требуется участие ее акционерного капитала в развитии этих разрезов.
Более перспективным видится использование бурых канско-ачинских углей (КАУ) со сжиганием по новой прогрессивной технологии - в топках с циркулирующим кипящим слоем (ЦКС). Такой технический проект разработан конструкторами Барнаульского котельного завода для Омской ТЭЦ-6 в конце 90-х годов, но, к сожалению, за много лет так и не реализован.
Ввод первых мощностей на Омской ТЭЦ-6 позволил бы начать поэтапную реконструкцию котлогарегатов ТЭЦ-4 и ТЭЦ-5 на сжигание КАУ в топках с ЦКС. Такая реконструкция позволит значительно сэкономить финансовые средства (КАУ имеют самые низкие цены из всех видов топлива), в связи с чем КАУ должны стать для омской энергетики базовыми и ценообразующи-ми. Использование КАУ также позволит полностью исключить необходимость золоотвалов ТЭЦ, так как зола КАУ может быть использована на строительные нужды.
Технико-экономическая оптимизация вариантов. Технико-экономическая оптимизация вариантов в разрабатываемых схемах теплоснабжения должна базироваться на рассмотрении следующих вопросов:
• оценка перспективных значений тепло-потребления промышленных и бытовых потребителей;
• определение количества и типа новых источников тепловой энергии, их тепловых мощностей и района строительства;
• обоснование выбранных схем тепловых сетей и систем теплоснабжения, трассировки и способов прокладки магистральных тепловых сетей;
• выбор оптимального и надежного варианта теплоснабжения с выделением зон действия централизованных источников теплоты.
В г. Омске каждый теплоисточник муниципальных и промышленных предприятий работает на свой участок теплосети, т. е. они не работают на общие тепловые сети в параллель между собой, и в этом кроется один из весьма существенных недостатков в работе городских систем теплоснабжения - отсутствие в оперативном плане ведения оптимизационных режимов работы систем теплоснабжения (с учетом ценовой конъюнктуры топлива для каждого теплоисточника).
В связи с этим возникает острая потребность в осуществлении систематического оперативного контроля за эффективностью работы систем теплоснабжения всего города за прошедшие
сутки (месяц, квартал), с проведением сравнения полученных фактических данных с расчетными и нормативными, внесением корректив в вопросы топливоснабжения и структуру выработки энергии. При этом необходимо в городе иметь соответствующий вычислительный центр, а возможности вычислительной техники на микропроцессорной основе позволяют разработать такую программу. Соответственно, необходимо пересмотреть сложившиеся ранее походы к проектированию и развитию систем централизованного теплоснабжения применительно к рыночным отношениям с учетом изменяющегося соотношения цен на топливо, энергооборудование, материалы, электрическую и тепловую энергию и ряд других факторов.
И, наконец, вновь справедливо ставится вопрос о создании единого теплотранспортного предприятия в городе, что позволит резко поднять надежность экономичность, оперативно вести теплогидравлические режимы. Инициатива в этом вопросе остается за муниципалитетом.
Оборудование. Во всех регионах, безусловно, схемы теплоснабжения должны быть значительно откорректированы или полностью переработаны. При этом особое внимание должно быть обращено на моральный и физический износ как основного оборудования электростанции и про-мышленно-отопительных котельных, так и крупного вспомогательного оборудования.
В Омском регионе оборудование на электростанциях ТЭЦ-2, ТЭЦ-3, ТЭЦ-4 отработало не только нормативный срок, но и так называемый «парковый ресурс» (при нормативном сроке 33 года). Разработчики схем теплоснабжения в городах неохотно идут на значительное обновление оборудования, ссылаясь на отсутствие средств.
Да, действительно, инвестиции не пришли в «большую» энергетику, инвесторы не идут на реализацию долгосрочных программ, а государство в решении этого вопроса не участвует. Становится очевидным, что без национализации электроэнергетическая отрасль не сможет развиваться.
Из-за инерционность развития электроэнергетики, к тому же с учетом кризисного состояния в экономике, ввод энергетических мощностей в ближайшие 10 - 15 лет может быть осуществлен в основном только на уже строящихся объектах (если таковые имеются) или реконструируемых, что практически не позволяет выводить из эксплуатации морально и физически изношенное оборудование.
Ситуация складывается так, что в этот период должен быть взят курс на развитие «малой» энергетики, а, следовательно, возрастет потребность в энергетическом оборудовании малой мощности,
и, прежде всего, при модернизации промышлен-но-отопительных и муниципальных котельных, с переводом их (хотя бы частично) на комбинированный способ производства электрической и тепловой энергии по паротурбинному варианту и с газовыми надстройками. Может быть применено оборудование производства Калужского турбинного завода, «Пермские моторы», «Рыбинские моторы», ОАО «Авиадвигатель» (г. Пермь) и др., при этом для повышения эффективности топливо-использования необходима утилизация теплоты сбросных газов после газотурбинных установок.
Что касается тепловых сетей, то при прокладке новых теплопроводов и их реконструкции необходимо внедрение высокоэффективных конструкций с применением пенополиуретано-вой изоляции.
Энергосбережение. Современная жизнь ставит перед обществом множество сложных экономических проблем, среди которых - непрерывный рост цен на энергоресурсы. Если рассматривать проблему эффективности использования топлива на уровне конечного потребителя по всей цепочке «выработка - транспортирование - распределение», то можно констатировать, что эффективность топливоиспользования в Омском регионе находится на низком уровне, а городской бюджет терпит миллионные убытки.
В концепцию стратегии развития теплоэнергетики города (региона) должны органично включаться вопросы:
• применения в разумных переделах децентрализации теплоснабжения с переходом на энергетику малой и средней мощности;
• использования альтернативных и нетрадиционных источников теплоснабжения;
• широкого внедрения энергосберегающих технологий, включающих реконструкцию действующих ТЭС с максимально возможной комбинированной выработкой электрической и тепловой энергии, применения парогазовых технологии, реконструкции промышленно-ото-пительных котельных в ТЭЦ малой мощности на основе внедрения малогабаритных турбин и газовых надстроек с применением как традиционно выпускаемых газотурбинных установок, так и авиационных газотурбинных двигателей;
• определения нерентабельных, морально и физически устаревших котельных, подлежащих выводу из работы;
• обоснования структуры потребляемого топлива и организации топливоснабжения;
• снижения тепловых потерь при транспорте тепловой энергии с использованием новых конструкций теплопроводов (в пенополиуретановой изоляции).
Все изложенные вопросы должны найти особое отражение в разрабатываемой схеме теплоснабжения города.
Исследования, выполненные ведущими научно-исследовательскими и проектными институтами энергетической отрасли еще на уровне 90-х годов прошлого столетия, показали, что технический потенциал энергосбережения в целом по России составляет порядка 36 % (для Сибири - 40 - 45 %) от общего энергопотребления.
По прогнозным оценкам в течение пяти лет можно получить в г. Омске дополнительную электрическую мощность на базе теплового потребления на реконструируемых котельных по паротурбинному варианту и с газовыми надстройками (цикл Брайтона-Ренкина) в размере порядка 250 МВт.
Однако в последние годы в подходах к развитию систем теплоснабжения появились нежелательные тенденции, могущие привести к значительным отрицательным экономическим последствиям. Поводом этому послужило снижение надежности теплотрасс из-за их изношенности и недостаточности финансирования на их ремонт и замену. В качестве альтернативы принимаются решения о насаждении индивидуальных газовых котельных у каждого дома. Такой подход разрушает систему централизованного
теплоснабжения, а сама система такого теплоснабжения становится чисто затратной.
Надежность. При разработке схемы теплоснабжения города вопросы надежности должны рассматриваться в следующих направлениях:
• анализ аварийных ситуаций, разработка мер по их предупреждению, локализации и ликвидации последствий;
• обоснование гидравлического режима, температурного графика и способов регулирования теплопотребления;
• перевод всей системы централизованного теплоснабжения на «закрытую» схему, а также постепенный и последовательный переход на независимую схему подключения систем отопления;
• повышение надежности работы систем теплоснабжения путем организации иерархической системы теплоснабжения (совместная работа ТЭЦ с котельными, имеющими районное значение) и перемычек между тепловыми сетями;
• повышение уровня эксплуатации систем теплоснабжения с решением вопросов по деаэрации, консервации, изоляции трубопроводов, подпитке теплосети, антикоррозионной защиты и защиты от повышения давления в теплосети;
• создание ремонтных баз.
При разработке схемы теплоснабжения города также должны найти отражение вопросы
Рис. 2. Энергетическая характеристика региона
технического состояния тепловых сетей (их износ), конфигурации построения тепловых сетей (радиальная, кольцевая, радиально-кольцевая) и их функционирования при соблюдении нормативного температурного графика.
Защита окружающей среды. Вопросы защиты окружающей среды обязательно должны быть рассмотрены при разработке схемы теплоснабжения города, включая комплексную оценку воздействия на окружающую среду (ОВОС) на территорию города и мероприятия по защите окружающей среды от вредных выбросов и сбросов от объектов теплоэнергетики.
Подводя итоги некоторым основным направлениями, касающимся разработки схемы теплоснабжения города, можно сформулировать следующие выводы.
В каждом регионе на основе разработанных схем теплоснабжения и электроснабжения определяются резерв (дефицит) мощности, инфраструктура генерирующей мощности, потребное количество топлива по его видам. В случае дефицита мощности (тепловой, электрической)
разрабатываются мероприятия по организации строительства энергетических объектов с определением строительно-монтажных мощностей, наличия техники, кадров и инвестиционной проработки (рис. 2).
В схеме теплоснабжения города (применительно к г. Омску) на перспективный период до 2025 г. должен быть выявлен реальный энергетический потенциал, определены фактические и перспективные тепловые нагрузки.
Должна быть дана оценка эффективности топ-ливоиспользования, экологической нагрузки и степени внедрения энергосберегающих технологий.
Должны быть выявлены возможности создания резерва за счет неиспользуемых и «запертых» тепловых мощностей источников теплоснабжения, а также энергосберегающих технологий в части модернизации промышленно-отопитель-ных и муниципальных котельных с переводом их на комбинированный способ производства энергии, автоматизации работы систем теплопотреб-ления, а также учета и отпуска теплоты у источников и потребителей.
лебедев Виталий матвеевич - доктор технических наук, профессор ка- Статья поступила в редакцию
федры «Теплоэнергетика» Омского государственного университета путей 19 декабря 2012 г.
сообщения.
приходько Светлана Валерьевна - кандидат технических наук, доцент кафедры «Теплоэнергетика» Омского государственного университета путей сообщения.
Коваленко Александр Валентинович - генеральный директор НПП «Омскэнергопром».
Васина Екатерина Викторовна - аспирант кафедры «Теплоэнергетика» Омского государственного университета путей сообщения.
© В. М. Лебедев, С. В. Приходько, А. В. Коваленко, Е. В. Васина, 2012
Новости науки и техники
установка автономного энергоснабжения с газотурбинным двигателем «вулкан 800/1500»
Разработана и подготовлена к серийному производству в Омской области. Предназначена для выработки электрической и тепловой энергии мощностью до 1 МВт и до 2 Гкал/час соответственно. Подобная мини-ТЭЦ позволит оперативно реагировать на аварийные ситуации при отключении энергоснабжения потребителей. Установка способна работать в экстремально низких температурах, до -50 0С, при этом время ее подключения составит 30 минут. Модульные системы генерации электрической и тепловой энергии могут быть востребованы для освоения отдаленных территорий страны, развития предприятий, разработки недр.
