Возможные направления энергосбережения в сфере теплоснабжения Мурманской области Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ

УДК 629.9 (470.21)

В.А.Минин ВОЗМОЖНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В СФЕРЕ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ МУРМАНСКОЙ ОБЛАСТИ

Аннотация

Дана характеристика современного состояния теплоснабжения потребителей Мурманской области. Представлены сведения об установленной мощности, структуре источников тепловой энергии региона и объемах отпуска ими тепловой энергии. Рассмотрены возможные направления энергосбережения, охватывающие источники генерирования тепловой энергии, тепловые сети, жилищную и бюджетную сферы. Отдельно рассмотрены перспективы энергосбережения за счет использования энергии ветра.

Ключевые слова:

теплоснабжение, энергосбережение

V.A.Minin POSSIBLE WAYS OF ENERGY SAVING IN THE SPHERE OF HEAT SUPPLY OF THE MURMANSK REGION

Abstract

Given the characteristics of the modern state of heat supply of consumers of the Murmansk region. Provides information about the installed capacity, the structure of sources of thermal energy region and volumes leave their thermal energy. The parties discussed possible ways of energy saving, covering sources of generating heat energy, heat networks, housing and budget spheres. Separately discussed prospects of energy saving due to the use of wind energy.

Keywords:

heat supply, energy efficiency

Мурманская обл. не располагает собственными месторождениями ископаемых видов топлива, поэтому выработка тепловой энергии производится главным образом за счет сжигания привозного органического топлива (нефтепродуктов, угля, газа). Общий объем привозного топлива, расходуемого на нужды теплоснабжения, составляет около 4 млн т условного топлива в год. Основная часть этого топлива приходится на мазут - 83.5 и 14.8% - на уголь. Доля электроэнергии, дизельного топлива и других видов топлива в выработке тепловой энергии составляет менее 2%.

В 2011 г. по инициативе Министерства энергетики и ЖКХ Мурманской обл. был проведен анкетный опрос теплоснабжающих организаций региона с целью выявления общей картины в теплоснабжении потребителей региона: структуры действующего теплогенерирующего оборудования, степени его загруженности, оценки объемов выработки тепловой энергии. Собранные данные послужили основой для оценки существующего состояния

теплоснабжения, выявления возможных резервов экономии тепловой энергии на различных стадиях ее производства, а также и транспортировки и потребления.

По результатам анкетирования установлено, что по состоянию на начало 2011 г. общая установленная мощность 136 источников централизованного теплоснабжения области составляет 7162 Гкал/ч (табл.1). На них вырабатывается около 12 млн Гкал тепловой энергии в год, при этом общая подключенная тепловая нагрузка абонентов составляет 3381 Гкал/ч (почти вдвое меньше установленной). Это свидетельствует о значительном избытке генерирующих мощностей на большинстве действующих источников энергоснабжения, о возможности полного удовлетворения потребностей потребителей как в настоящее время, так и в ближайшей перспективе.

Таблица 1

Общая характеристика источников теплоснабжения Мурманской обл.

(по состоянию на 01.01.2011 г.)

Населенный пункт Установл. тепловая мощность, Гкал/ч Подкл. нагрузка, Гкал/ч Отпуск тепла в 2010 г., тыс. Гкал Кол-во источ- ников тепла Кол-во котлов

Г ородские округа с подведомственными территориями

Мурманск 1947 1045 3218 13 73

Апатиты 735 397 1284 1 10

Кировск 632 128 1071 5 27

Мончегорск 841 402 1294 7 58

Оленегорск 294 197 671 3 10

Ковдор 559 218 823 6 25

Полярные Зори 181 143 291 5 31

ЗАТО Североморск 554 195 897 11 68

ЗАТО Александровск 351 193 599 5 25

ЗАТО Видяево 41 26 73 1 6

Муниципальные районы

Кольский 345 145 440 31 132

Печенгский 428 164 674 6 43

Кандалакшский 155 68 258 37 114

Ловозерский 70 43 133 2 9

Терский 29 17 58 3 17

Мурманская обл. 7162 3381 11784 136 648

всего

Основная часть тепловой энергии (73%) вырабатывается на 43 источниках тепловой энергии в шести крупнейших городах области (Мурманске, Апатитах, Кировске, Мончегорске, Ковдоре, Североморске). Здесь сосредоточены самые крупные источники тепловой энергии региона (котельные и ТЭЦ) мощностью до нескольких сотен Гкал/ч. Остальные 27% тепловой энергии вырабатываются в небольших городах, поселках и мелких населенных пунктах, расположенных в городских округах и муниципальных районах (табл.1). На эту категорию малых потребителей задействовано 93 источника тепла (более 2/3 от их общего числа).

Более подробно структура теплогенерирующих мощностей региона (котельных и ТЭЦ) представлена на рис.1. Она показывает, что по общему числу в Мурманской обл. больше всего котельных малой мощности (до 25 Гкал/ч), доля которых составляет 68% от общего числа. Зато по выработке на долю котельных этого класса приходится всего 7.5% (рис.1б). Данный статистический материал подтверждает, что основная нагрузка по обеспечению потребителей области тепловой энергией приходится на средние и крупные источники (мощностью более 25 Гкал/ч). Это они вырабатывают в сумме около 92% всей тепловой энергии региона. Именно применительно к ним и следует в первую очередь выявлять возможный потенциал энергосбережения и рассматривать мероприятия по его последующей реализации. Речь может идти об энергосбережении по трем основным направлениям: на источниках тепловой энергии (ТЭЦ и котельных), при транспортировке тепловой энергии по тепловым сетям и при ее потреблении конкретными пользователями.

а)

^20 -

10 -

23,2

15,5

10,8

4,7

14,0 13,2

8,5

7,0

3,1

140

40

30

б)

20 ■

И

10 ■

41,8

26,7

14,4

9,6

0,1 0,2 0,7

2,6

3,9

0 -1—‘---------------------—

- С4 '■О ЧО ~ ^ О о

0, , 4 4

Рис.1. Структура котельных Мурманской обл. по мощности (а) и вырабатываемой на них тепловой энергии (б)

0

Энергосбережение на источниках теплоснабжения. При рассмотрении этого направления следует отметить, что оборудование ТЭЦ и котельных Мурманской обл. представлено паровыми и водогрейными агрегатами, изготовленными в основном в 1960-1980-х гг. При мощности 10 Гкал/ч и выше котлы имеют довольно высокий коэффициент полезного действия - около 8792%. Современные зарубежные котельные агрегаты, которые можно

рассматривать в качестве эталона, превышают показатели КПД наших отечественных аналогов, как правило, не более чем на 2-5%. Учитывая, что основным видом топлива котельных Мурманской обл. является высококалорийное топливо мазут (83% в топливном балансе), потенциал его экономии при производстве тепловой энергии оказывается весьма ограниченным. Поэтому при сохранении существующего топливного баланса региона с определяющей долей мазутного топлива значительных улучшений в показателях выработки тепловой энергии на источниках теплоснабжения ожидать не следует.

Энергосбережение в тепловых сетях. Длина всех трубопроводов тепловых сетей в Мурманской обл. за последние пять лет сократилась на четверть и составляет около 1100 км в двухтрубном исчислении. Распределение трубопроводов по диаметрам за этот период не претерпело существенных изменений. Наибольшую протяженность имеют тепловые сети с диаметром менее 200 мм (60% от общей длины всех сетей), наименьшую - с диаметром более 400 мм (10%). Согласно материалам статистической отчетности, потери тепловой энергии в тепловых сетях находятся на уровне 9-11% и в последние годы имеют тенденцию к снижению (рис.2), в том числе за счет налаживания должного учета за расходованием тепловой энергии (установки счетчиков у потребителей).

10

0х

а

<и

н

о

с

9

5

10,8

9,5

9,5

8,9

8,1

Годы

2006 2007 2008 2009 2010

Рис. 2. Потери тепловой энергии в тепловых сетях Мурманской обл.

Вместе с тем, если за отправную точку брать нормированные потери, определяемые по нормам СНиП, то оказывается, что отчетные потери значительно превышают нормированный уровень, и в регионе имеется значительный потенциал для энергосбережения в этой сфере (рис.3). Все дело в техническом состоянии трубопроводов тепловых сетей, которое характеризуется удельным весом сетей, нуждающихся в замене. В последние 5 лет доля таких сетей сохранялась примерно на одном уровне - около 19-21%.

В регионе проводится работа по замене старых износившихся тепловых сетей (около 25-30 км ежегодно). Однако этого недостаточно, огромный потенциал энергосбережения остается невостребованным (рис.3). Назрела явная необходимость в ускорении работ по перекладке тепловых сетей и их одновременной модернизации.

8

7

6

Рис.3. Потери тепловой энергии и энергосберегающий потенциал в тепловых

сетях Мурманской обл.

При существующей длине тепловых сетей около 1000 км (в двухтрубном исчислении) темпы перекладки за период 2005-2010 гг. составили всего 32 км в год. Это не позволяет переломить ситуацию в сторону снижения тепловых потерь в среднесрочной перспективе (кривая 1 на рис.4) даже при условии применения труб с теплоизоляцией, выполненной по самой современной технологии. При низких темпах перекладок возрастает протяженность тепловых сетей, нуждающихся в замене.

В Стратегии развития энергосбережения в Мурманской обл. предлагается для реализации существующего энергосберегающего потенциала увеличить темп перекладок тепловых сетей примерно до 100 км в год (в 3 раза выше по сравнению с существующим) [1]. Это позволит за 10 лет (к 2024 году) снизить потери и довести их до необходимого проектного уровня (кривая 3 на рис.4). Однако следует отметить, что столь высокие темпы перекладки могут привести к тому, что уже через 4-5 лет можно подойти к замене участков сетей, еще не отслуживших свой нормативный срок эксплуатации. Преждевременная замена сетей повлечет неоправданные финансовые затраты. Представляется более приемлемым компромиссный средний вариант (кривая 2 на рис.4), при котором темпы перекладки тепловых сетей повышены не втрое, а вдвое - до 64 км в год. Это чуть больше, чем требуется при нормальной эксплуатации сетей, но за счет этого можно выйти из режима отставания в перекладке тепловых сетей, имеющего место в настоящее время, и постепенно к 2030 г. достичь требуемых проектных показателей потерь.

Годы

Рис.4. Варианты возможной реализации энергосберегающего потенциала в тепловых сетях Мурманской области:

1 - при существующих темпах перекладки тепловых сетей (около 30 км/год); 2 - при темпе перекладки 64 км/год; 3 - при ускоренной перекладке (100 км/год)

Энергосбережение в жилищной сфере. Жилищная сфера Мурманской обл. располагает значительным потенциалом энергосбережения, в первую очередь, в системе отопления. Средний показатель удельного расхода тепла на отопление жилых зданий составляет 0.21-0.22 Гкал/м2 в год. Он остается высоким и превышает нормативное значение на 44%. Учитывая, что городское население в Мурманской обл. составляет 91.2%, энергосбережение в жилищной сфере должно стать одним из приоритетных направлений.

Реализация потенциала энергосбережения в системе отопления многоквартирных домов связана с тремя основными направлениями: учетом тепловой энергии на нужды отопления, наладкой систем отопления для оптимального распределения теплоносителя и повышением теплозащитных характеристик зданий. Решение этих задач требует больших капитальных вложений на приведение в нормальное состояние систем инженерного обеспечения, улучшение теплозащитных характеристик домов, в том числе утепление фасадов зданий.

В системе горячего водоснабжения потенциал энергосбережения составляет 10-15%. В сравнении с другими регионами показатель не очень высокий, тем не менее и этот резерв заслуживает внимания, так как может быть в значительной степени реализован с относительно небольшими затратами.

В целом для решения задачи повышения энергоэффективности в жилищной сфере необходимо:

• повысить требования к теплозащитным характеристикам зданий при новом строительстве;

• увеличить темпы капитального ремонта ветхого и аварийного жилья;

• провести утепление фасадов зданий;

• завершить оснащение домов и индивидуальных пользователей приборами учета тепловой энергии, электроэнергии, холодной и горячей воды;

• продолжить оснащение домов автоматизированными узлами регулирования параметров теплоносителя;

• модернизировать освещение внутри подъездов.

Реализация комплекса перечисленных энергосберегающих мер должна осуществляться на всех стадиях существования жилых зданий: при новом строительстве, при их текущей эксплуатации и при капитальном ремонте.

Энергосбережение в бюджетной сфере. На эту сферу в Мурманской обл. приходится примерно 10% общего потребления электроэнергии и 12% потребления тепловой энергии. Количество потребленной тепловой энергии за год на объектах, финансируемых из бюджетов всех уровней, составляет около 1135 тыс. Гкал.

На первом этапе работ в области энергосбережения необходимо повысить эффективность энергопотребления в бюджетных организациях областного и муниципального уровней, в первую очередь на объектах социальной сферы. Эта часть бюджетной сферы потребляет порядка 280 тыс. Гкал в год тепловой энергии при этом потенциал энергосбережения только по теплу составляет 25-27% от уровня годового потребления.

Работы по энергосбережению должны включать внедрение энергосберегающих мероприятий и технологий, а также принятие организационных мер:

• проведение энергетических обследований и паспортизация объектов бюджетной сферы;

• формирование 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;

• реализацию в регионе пилотных проектов «Энергоэффективная школа», «Энергоэффективный детский сад», «Энергоэффективное лечебное учреждение»;

• формирование правовых основ развития рынка энергосервисных услуг и создание условий для реализации энергосервисных контрактов по внедрению энергосберегающих мероприятий в бюджетной сфере.

Энергосбережение за счет использования возобновляемых источников. Это направление энергосбережения представляет интерес для потребителей, расположенных в прибрежных районах Баренцева и Белого морей, где имеет место повышенный потенциал ветра (рис.5). В их числе не только небольшие удаленные потребители, такие как метеостанции, маяки, пограничные заставы, объекты Северного флота, но и достаточно крупные населенные пункты -

Островной, Териберка, Североморск, Полярный, Снежногорск, Заозерск и др. Численность населения в некоторых из них достигает десятков тысяч человек, и источники теплоснабжения имеют мощность, измеряемую в десятках и сотнях Гкал/ч.

Рис.5. Средние многолетние скорости ветра (м/с) на высоте 10 м от поверхности земли в условиях открытой ровной местности

Вблизи многих из числа перечисленных населенных пунктов складываются благоприятные предпосылки для эффективного использования ветровой энергии на нужды теплоснабжения [2-4]. Они обусловлены тем, что в зимнее время скорости ветра заметно выше, чем летом. Сезонный максимум потребности в энергии со стороны потребителя совпадает с максимумом ее поступления от ветроэнергетических установок (ВЭУ). Применение ВЭУ позволит превратить ветер из климатического фактора, определяющего повышенные теплопотери, в полноценный источник энергии, обеспечивающий именно в ветреные периоды активное поступление энергии на нужды отопления.

Следует отметить, что при использовании энергии ветра на нужды отопления не обязательны высокие требования к качеству энергии, вырабатываемой ВЭУ. Некритичным становится основной недостаток ветровой энергии -непостоянство во времени. Кратковременные секундные и минутные изменения мощности ВЭУ могут сглаживаться за счет аккумулирующей способности самой системы теплоснабжения, которая инерционна. Более продолжительные колебания (в течение десятков минут и нескольких часов) могут выравниваться за счет аккумулирующей способности отапливаемых зданий.

При совместной работе котельной и ВЭУ часть графика отопительной нагрузки, насколько это возможно, будет покрываться от ветроустановки, а остальное - от котельной.

Поскольку в периоды с сильным ветром ВЭУ может не только полностью обеспечить потребности в тепле, но иногда создавать большие избытки энергии, то был изучен вопрос об использовании этих избытков с помощью теплоаккумулирующих устройств [5]. За счет применения аккумуляторов тепла может быть исключены «холостые сбросы» ветровой энергии и сэкономлено дополнительно около 10% органического топлива. Таким образом, внедрение тепловых аккумуляторов при использовании энергии ветра в условиях побережья Кольского п-ова может рассматриваться как дополнительное энергосберегающее мероприятие. Расчеты показали, что в ветровых условиях прибрежных районов Кольского полуострова использование энергии ветра на нужды теплоснабжения позволит экономить от 30 до 70% привозного органического топлива.

Выводы

1. В Мурманской обл. для теплоснабжения потребителей в основном используется мазут (84%), сжигание которого обеспечивает возможность поддержания КПД теплоэнергетических установок на уровне 87-92%. Представляется маловероятным дальнейшее повышение показателей выработки тепловой энергии на действующих источниках теплоснабжения.

2. В регионе назрела необходимость ускорения работ по перекладке тепловых сетей и их одновременной модернизации, что может позволить на 30-40% снизить потери в тепловых сетях.

3. Оптимальные темпы перекладки тепловых сетей могут составлять около 60 км в год, что позволит выйти из существующего режима отставания в перекладке сетей и постепенно (к 2030 г.) достигнуть требуемых проектных показателей потерь.

4. Потребление тепловой энергии на отопление жилых и общественных зданий в настоящее время превышает нормативные значения на 30-40%. Для повышения энергоэффективности в жилищной сфере необходимо наладить жесткий учет за расходованием тепловой энергии, оптимизировать тепловые сети с точки зрения оптимального распределения теплоносителя и повысить теплозащитные характеристики зданий.

5. Целесообразна дальнейшая проработка вопроса о применении ветроэнергетических установок в районах с повышенным потенциалом энергии ветра (вблизи побережья Баренцева и Белого морей). Учитывая зимний максимум интенсивности ветра в этих районах, применение ВЭУ может позволить экономить 30-50% и более сжигаемого органического топлива.

Литература

1. Стратегия развития энергосбережения в Мурманской области / Министерство энергетики и ЖКХ. Мурманск, 2009.

2. Использование ветра в районах Севера / В.В.Зубарев, В.А.Минин, И.Р.Степанов. Л.: Наука, 1989. 208 с.

3. Энергия ветра - перспективный возобновляемый энергоресурс Мурманской области / В.А.Минин и др. Апатиты: Изд. Кольского научного центра РАН, 2006. 73 с.

4. Перспективы использования энергии ветра для теплоснабжения потребителей Европейского Севера / В.А.Минин, А.В.Бежан. Апатиты: Изд. Кольского научного центра РАН, 2009. 56 с.

5. Бежан А.В. Математическое моделирование комплекса, состоящего из котельной, ветроустановки и теплового аккумулятора // Труды Кольского научного центра. Энергетика. 2012. № 1/2(8), вып. 4. С.123-128.

Сведения об авторах Минин Валерий Андреевич

заведующий лабораторией энергосбережения и возобновляемых источников энергии Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН, к.т.н.

Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А эл. почта: minin@ien.kolasc. net. m

УДК 332.146: 620.9 (470.21)

В.В.Победоносцева ОБ ИНВЕСТИЦИОННОЙ ПРИВЛЕКАТЕЛЬНОСТИ ПРОЕКТОВ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ

Аннотация

Исходя из опыта разработки и реализации проектов энергосбережения, автор рассматривает вопросы их инвестиционной привлекательности с позиций взаимоотношений потребителей и производителей тепловой энергии на примере города Апатиты Мурманской обл., участвовавшего в реализации пилотного проекта «Энергоэффективный квартал».

Ключевые слова:

инвестиции, энергия, эксергия, энергоэффективность, энергосбережение, энергоёмкость, тариф, задолженность, жилищно-коммунальное хозяйство, энергосервисный контракт

V.V.Pobedonostseva TO A QUESTION ABOUT THE INVESTMENT ATTRACTIVENESS OF ENERGY EFFICIENCY PROJECTS

Abstract

Based on the experience in the development and implementation of energy efficiency projects, the author examines their investment appeal from the position relationship of consumers and producers of heat energy by the example of Apatity, Murmansk region, who participated in a pilot project on “Energy quarter”.

Keywords:

investment, energy, exergy, energy efficiency, energy saving, tariff, debit, housing and utilities, energy service contract

Высокая энергоёмкость валового внутреннего продукта (ВВП) в России обусловлена не только технологическим отставанием и расточительностью, но и объективными факторами, такими как сложившаяся энергоёмкая структура экономики, протяженные транспортные коммуникации, холодный климат