Д.т.н., Е.Г. Гашо, заведующий лабораторией методологии энергосбережения, НИУ МЭИ;
к.т.н. В.С. Пузаков, руководитель направления энергосбережения и энергоэффективности, ООО «Энсис Технологии», г. Москва
Теплоснабжение в России остается в какой-то степени «терра инкогнита» для инженерной науки, чиновников и государственной политики. Уже больше двух десятилетий государственные органы и «высокая наука» пребывают в состоянии непонимания особенностей и ключевых проблем развития одной из самых сложных и распределенных систем жизнеобеспечения мира.
Американский географ Элсуорт Хантингтон, не разделявший идеи коммунизма, но хорошо знакомый с условиями жизни в царской России, писал в начале 1940-х гг. в своей книге «Пружины цивилизации»: «Хорошо освещённые и отапливаемые заводы позволяют теперь миллионам рабочим трудиться зимой столь же эффективно, как и летом […] Внедрение машин и образование позволили русским взять хороший старт в преодолении трудностей длинных, холодных зим и перенапряжённой работы летом…». Географ поставил индустриализацию в СССР 1928-1941 гг. в один ряд с такими событиями в истории человечества, как открытие огня нашими предками. Российский пример, по оценке Хантингтона, «является наиболее ярким среди современных событий этого рода».
Введение
Так как же произошло, что инфраструктура, обеспечившая три невиданных прорыва страны (индустриализация, перенос промышленности на Урал и послевоенное восстановление), вдруг одномоментно стала неэффективной обузой государстваСистемы теплоснабжения российских городов являются одной из самых энергоёмких и вместе с тем критически важных инфраструктур самой крупной и холодной страны мира. Вызывая в ряде случаев справедливые нарекания в неэффективности, профессиональное сообщество, тем не менее, куда больше обеспокоено отсутствием целостной государственной политики. Политика же должна опираться на продуманные методологические проработки, набор практических реализованных проектов, атласы оптимальных решений и наилучших доступных технологий для всех секторов и для систем в целом. Необходимо отдать должное последовательной позиции НП «Российское теплоснабжение», редакции журнала «Новости теплоснабжения», портала «Ростепло.ру» за постоянную методическую, информационную работу в этом направлении.
Как соединить воедино высоконаучные (но порой весьма оторванные от реалий) математические модели и десятки практических реализованных проектов повышения эффективности и надёжности работы теплоснабжающих систем и комплексов. На наш взгляд, таким связующим звеном должны были стать генеральные схемы теплоснабжения городов. Необходимость разработки схем теплоснабжения городов и поселений была введена принятым в 2010 г. Федеральным Законом РФ № 190-ФЗ «О теплоснабжении». Какие итоги этой работы можно подвести за истёкшее десятилетие?
По данным Минстроя России, из 20770 муниципальных образований (МО) в России примерно в половине (9012) нет необходимости в разработке схем теплоснабжения, т.к. отсутствует централизованная система теплоснабжения, а также потребность в её создании в перспективе. В другой половине (11627 муниципальных образованиях), согласно Закону, необходимо разрабатывать и утверждать схемы теплоснабжения.
Отметим, что, по данным Росстата [1], в РФ в настоящее время насчитывается всего 1117 городов, из них с численностью населения свыше 100 тыс. человек – 170 шт. Мы и сейчас уверены, что необходимость разработки схем теплоснабжения оправдана не более чем в 1200-1250 городах (с численностью свыше 20-25 тыс. человек), а завышение этого числа почти в 10 раз сыграло весьма негативную роль при их разработке (к слову, в советское время были разработаны порядка 500 схем теплоснабжения городов и промышленных узлов).
В России 131 город с численностью населения от 100 до 500 тыс. человек и 39 городов численностью населения от 500 тыс. человек и выше (включая город федерального значения – Севастополь (около 430 тыс. человек)), которые входят в зону ответственности Министерства энергетики РФ в части утверждения схем теплоснабжения. Все города численностью населения от 100 до 500 тыс. человек разработали и утвердили схемы теплоснабжения до конца 2016 г. [2].
Разработанные схемы теплоснабжения (несмотря на экспертизу Минэнерго РФ) изобилуют неточностями, искажениями исходных данных. Раздел «существующие проблемы» при оценке существующего положения и развития системы теплоснабжения городов зачастую написан поверхностно и не даёт понимания ключевых особенностей и принципиально важного диагноза ключевых проблем важнейших инфраструктур территорий, что может быть также связано и с неполнотой предоставленных исходных данных.
Комплекс вышеупомянутых недоработок можно условно разделить на несколько групп:
- нет адекватного анализа существующего положения основных элементов и систем теплоснабжения в целом, не выявлены ключевые проблемы их функционирования и развития. Нет балансов поставок тепловой энергии, балансов мощности (в том числе с учётом собственных нужд источников, потерь тепловой энергии);
- нет оценки перспективных нагрузок (и её структуры) по основным территориальным «кустам», в том числе с привязкой к магистральным (или распределительным) тепловым сетям. Тепловые нагрузки нового строительства взяты без учёта требований актуализированной версии СНиП «Тепловая защита зданий» (в лучшем случае согласно не действующего уже Приказа Минрегиона России от 28.05.2010 г. № 262 «О требованиях энергетической эффективности зданий, строений, сооружений» (отменён Приказом Минрегиона России от 29.10.2010 г. № 475. – Прим. ред.));
- не учитываются возможности энергосбережения в зданиях (капитального ремонта фонда), возможности возобновляемых или вторичных энергоресурсов города, промышленных предприятий, местные виды топлива. Не учитываются результаты энергетических обследований зданий, тепловых сетей, источников тепловой энергии, нет оценок фактических тепловых потерь в теплосетях;
- гидравлическая модель «надета» на сети только теоретически, без проверки и калибровки на реальных участках и магистралях. Не выполнены оценки надёжности теплоснабжения в соответствии с требуемыми нормативными документами;
- нет оценок тарифных последствий модернизации теплоисточников, тепловых сетей, насосных станций; выбор тех или иных вариантов развития осуществляется по непонятным критериям. По таким же непонятным критериям порой производится «выбор» единой теплоснабжающей организации (ЕТО).
- значительное большинство разработчиков схем, берясь за эту системную и требующую целого комплекса компетенций работу, совершенно не представляют (да и не хотят), чем принципиально отличается схема теплоснабжения 40-тысячного Нового Оскола от 200-тысячного Старого Оскола и от миллионного Воронежа. Казалось бы, куда проще – собирай исходные данные в таблицах, стараясь попасть в жёсткую «матрицу» ПП РФ № 154 [3], да поглядывай на одобрение местной администрации…
Авторы статьи совершенно не ставили перед собой задачи исчерпывающего критического анализа разработанных документов (хотя надо бы), а пробуют на их примере понять методические и информационные возможности новых документов, осознать их функционал как «компаса» и/или «дорожной карты» в направлении роста эффективности и надёжности теплоснабжения в целом. Для этого был проведён анализ около 40 схем теплоснабжения наиболее крупных городов, результаты которого стали довольно любопытными.
Результаты анализа схем теплоснабжения крупных городов
На рис. 1 представлены ключевые параметры систем теплоснабжения крупных городов (суммарная установленная тепловая мощность, подключённая тепловая нагрузка ТЭЦ и котельных, отпуск тепловой энергии в городах). Из приведённых данных видно, что во всех крупных городах используются варианты теплоснабжения на базе ТЭЦ и котельных, работающих на различных видах топлива (природный газ, уголь), а величина установленной мощности источников, подключённой тепловой нагрузки и отпуска тепловой энергии в абсолютных величинах разнится в разы, что как раз обусловлено особенностями конкретных территорий (климат, тип тепловой нагрузки и др.). Сопоставление данных, приведённых на рис. 1 (а-в), уже даёт любопытную почву для размышлений – как по соотношению ТЭЦ и котельных в похожих и соседних городах с одинаковым климатом, так и по загрузке соответствующих мощностей энергоисточников.
Более высокая доля ТЭЦ корреспондируется с их загрузкой в Новосибирске, Самаре, Челябинске и Тольятти. Ровно такие же «миллионники» Воронеж, Нижний Новгород, Саратов и Ростов-на-Дону демонстрируют обратную тенденцию. Следовательно, даже города одного размера нельзя «мести под одну гребёнку» с точки зрения резервов повышения эффективности, здесь требуются иные типологические (есть модное слово – кластерные) подходы. Значительное разнообразие размеров и климата, других важнейших параметров и особенностей организации теплоснабжения городов остаётся вне поля зрения не только разработчиков схем, но и разнообразных исследователей и экспертов, которые тоже зачастую ограничиваются условными и абстрактными математическими моделями, не отражающими ни специфики города, ни топологии и территориальных нюансов размещения базовых источников и потребителей тепловой энергии. В схемах теплоснабжения также пока не нашла отражения весьма тревожная и набирающая силу тенденция роста автономных и децентрализованных источников тепла в ряде городов с высокой плотностью тепловых нагрузок.
Резервы промышленной и коммунальной теплофикации городов, обеспечивавшие рост и развитие страны во второй половине прошлого века исчерпаны и приватизированы, что делать дальшеСхемы теплоснабжения за редким исключением ставят задачи комплексного развития, экономии тепла, использования промышленных ВЭР и других резервов повышения эффективности.
Внедрение ВИЭ продолжается только в тех городах, где их использование уже сложилось исторически, и выбор типа ВИЭ тесно связан с региональными особенностями населённого пункта: в Махачкале используются местные геотермальные источники; в Краснодаре в котлах сжигается лузга подсолнечника (ввиду больших объёмов по переработке семечек и производстве подсолнечного масла в регионе). В остальных городах внедрение ВИЭ в большинстве своём не рассматривалось в рамках разработки/актуализации схем теплоснабжения. Также редко в схемах рассмотрены вопросы использования вторичных энергоресурсов крупных и энергоёмких предприятий.
Рисунок 1. Сводные данные по ТЭЦ и котельным крупных городов России:
а – установленная тепловая мощность, тыс. Гкал/ч 
б – подключённая тепловая нагрузка, тыс. Гкал/ч 
в – годовой отпуск тепловой энергии, тыс. Гкал
В ряде схем теплоснабжения (Астрахань, Барнаул, Краснодар, Красноярск) принятие решения о выборе варианта теплоснабжения основывается на данных региональной Схемы и программы развития электроэнергетики (СиПР), т.е. обоснование размещения нового или реконструируемого источника генерации производится на базе решений, заложенных в СиПР. Наряду с растущим количеством автономных источников тепла (крышных, подвальных котельных) наметилась тенденция отказа от участия в теплообеспечении с помощью вторичных энергоресурсов металлургических заводов в таких крупных городах, как Магнитогорск, Череповец, Новокузнецк, Нижний Тагил.
Причина, как обычно проста, – не договорились о тарифах… Это «прекрасная» новость занятно гармонирует с участившимися сообщениями о свежей реализации подобных проектов теплоснабжения городов Дании, Швеции, Китая и Германии от металлургических, цементных и лесоперерабатывающих производств.
В табл. 1, 2 приведён выборочный анализ ключевых особенностей и параметров систем теплоснабжения выбранных крупных городов страны по нескольким типологическим группам (промышленные центры, тёплые и приморские города, прочие). Численные показатели в таблицах получены авторами на основе анализа соответствующих схем теплоснабжения городов.
Таблица 1. Параметры систем централизованного теплоснабжения (СЦТ)
условных типологических групп городов.
| Типы городов | Число городов / население, | Удельная тепловая нагрузка, | Удельный отпуск тепловой энергии, |
| Промышленные | 8 / 7,2 | 2,9-7,4 | 7,8-24,9 |
| Северные | 4 / 3,44 | 3,17-3,54 | 7,33-23,0 |
| Приморские | 6 / 3,5 | 0,7-3,54 | 1,55-7,6 |
| Прочие | 7 / 4,7 | 2,0-4,96 | 5,7-8,6 |
Из табл. 2 наглядно видно огромное разнообразие систем теплоснабжения, значительно затрудняющее формирование единой политики повышения энергетической и экологической эффективности энергоисточников и систем теплоэнергоснабжения городов в целом. Даже у соседних городов в одних и тех же климатических условиях могут существенно расходиться удельные показатели мощности или потребления тепла на человека.
При этом в табл. 1-2 представлены общие и удельные показатели для всей системы в целом, а мы знаем, насколько важно ещё взаимное расположение разных источников и территорий с высокой плотностью тепловой нагрузки: по этим топологическим показателям нужно создавать отдельные типологические модели.
Таблица 2. Параметры и особенности систем теплоснабжения в типологических группах городов.
| Типологические группы и ключевые параметры городов | Насе-ление, млн чел. | Удельная тепловая нагрузка, Гкал/ч/ 1000 чел. | Удельная длина теплосетей в двухтрубном исчислении, м/чел. | Удельный отпуск тепла, Гкал/чел.·год | Ключевые особенности | |
| Промышленные центры | Красноярск | 1,04 | 3,7 | 0,93 | 10,28 | В целях оптимизации режимов загрузки ТЭЦ предусматривается переключение части тепловой нагрузки ТЭЦ-3 и ТЭЦ-2 на ТЭЦ-1, а также частичное переключение на ТЭЦ тепловой нагрузки котельных, ООО «КраМЗЭнерго». |
| Челябинск | 1,2 | 4,2 | 0,77 | 10 | Предусмотрены вывод из эксплуатации устаревшего оборудования ЧТЭЦ-1 и ЧГРЭС, сооружение нового третьего энергоблока ЧГРЭС, реконструкция турбоагрегатов ЧТЭЦ-2 с увеличением тепловой мощности. Планируется перевод ЧТЭЦ-2 на сжигание угля. | |
| Новокузнецк | 0,55 | 5,3 | 1,18 | 24,9 | Рассмотрены варианты теплоснабжения только двух планировочных районов, которые могут быть подключены к ТЭЦ или котельным. Теплоснабжение города рекомендуется осуществлять от существующих теплоисточников (ТЭЦ | |
| Тольятти | 0,71 | 7,4 | 0,77 | 15,5 | Предусматриваются пять вариантов развития системы теплоснабжения в зависимости от реализации перспективных планов производственных площадок предприятий и жилой застройки. | |
| Омск | 1,18 | 4,97 | 1,19 | 15,15 | Предусмотрено перераспределение тепловых нагрузок между существующими источниками тепловой энергии. В зоны перспективного роста нагрузки планируется строительство теплосети от ТЭЦ-4. | |
| Уфа | 1,13 | 4,09 | 0,84 | 10,5 | Первый сценарий развития СЦТ – снятие ограничения установленной мощности ТЭЦ-5 путём установки дожимных компрессоров. Второй сценарий предполагает, что располагаемая мощность ПГУ ТЭЦ составит проектное значение 290 Гкал/ч, а тепловую нагрузку ж/р «Романовка» будет покрывать новая котельная Дема-8 установленной мощностью 155 Гкал/ч. | |
| Волгоград | 1,01 | 2,94 | 0,86 | 7,72 | Первый вариант включает в себя переключение тепловой нагрузки котельных на ТЭЦ-1 в одном из районов (Тракторозаводском); остальные варианты направлены на расширение зоны действия существующих котельных за счёт переключения на них тепловой нагрузки низкоэффективных котельных. | |
| Магнитогорск* | 0,41 | 3,8 | 1,21 | 7,8 | 51% тепловой нагрузки покрывают промышленные источники ММК. Недавно построенная ГТУ ТЭЦ не присоединена к тепловым сетям. | |
| Северные (холодные) | Новосибирск | 1,6 | 3,54 | 0,93 | 10,26 | На новых территориях предполагается строительство котельных – при актуализации схемы ТС скорректированы их установленные тепловые мощности и предполагаемые сроки ввода. Также предлагается строительство котельных в зонах низкоэффективных источников тепла и увеличение мощности ТЭЦ-3. |
| Кемерово | 0,65 | 3,7 | 1,0 | 23 | Предполагается увеличение зоны действия Кемеровской ГРЭС, Кемеровской и Ново-Кемеровской ТЭЦ и Заискитимской водогрейной котельной (с установкой на котельной оборудования для выработки электроэнергии) при подключении к ним перспективных потребителей. | |
| Тюмень | 0,745 | 3,4 | 1,0 | 11,5 | Два предлагаемых варианта предусматривают развитие ТТЭЦ-1 и ТТЭЦ-2 с изменением их существующих зон теплоснабжения. Планируемые к строительству потребители, попадающие в существующую зону теплоснабжения от ТТЭЦ-1 и ТТЭЦ-2, подключаются без ограничений. | |
| Улан-Удэ* | 0,44 | 3,17 | 1,11 | 7,33 | Вариант № 1 предполагает инерционное развитие системы теплоснабжения с выводом из эксплуатации ряда котельных и перераспределением нагрузки между более эффективными источниками теплоснабжения. Вариант № 2 предполагает окончание строительства первой очереди ТЭЦ-2 и ввод в эксплуатацию ещё одного источника комбинированной выработки тепло- и электроэнергии (помимо ТЭЦ-1), закрытие ряда котельных, в том числе крупных, существенное увеличение доли тепловой энергии, производимой в комбинированном цикле. | |
| Приморские (тёплые) | Краснодар | 0,88 | 2,3 | 1,08 | 3,75 | Вариант № 1 был направлен на использование существующего потенциала ТЭЦ и их новое строительство, но не был реализован. Вариант № 2 предусматривает развитие распределённой теплогенерации (котельных) для покрытия существующих и перспективных тепловых нагрузок с учётом максимальной загрузки существующих источников комбинированной выработки тепловой и электрической энергии. |
| Владивосток | 0,61 | 3,54 | 0,98 | 7,6 | Планируется строительство ГТ-ТЭЦ «Восточная» на площадке ЦПВБ мощность  Что в статье Скрыть
Читайте также | |