Совершенствование структуры тепловой генерации с целью повышения энергетической эффективности схем теплоснабжения городских поселений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.04, кандидат наук Кикоть Евгений Александрович

• Кикоть Евгений Александрович
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Кикоть Евгений Александрович

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

1.1. Функциональная роль схем теплоснабжения на различных этапах развития городской застройки и систем их энергообеспечения

1.2. Особенность современного этапа - формирование рынков тепловой и электрической энергии

1.3. Роль анализа энергетической эффективности в решении ключевых проблем отрасли

1.4. Постановка цели и задач исследования

2. АНАЛИЗ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ В КРУПНЫХ ГОРОДАХ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

2.1. Влияние структуры тепловой генерации на энергоэффективность теплоснабжения городов Российской Федерации

2.2. Тенденции в эффективности использования топлива в системах теплоснабжения РФ

2.3. Основные соотношения для анализа эффективности топливоиспользования в совокупности источников теплоснабжения

2.4. Анализ удельных показателей по энергоэффективности крупных городов Российской Федерации

2.5. Анализ энергетической эффективности совокупностей источников теплоснабжения крупных городов

3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВЫБОРА СТРУКТУРЫ ТЕПЛОВОЙ ГЕНЕРАЦИИ В СХЕМЕ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ГОРОДА

3.1. О роли теоретических работ в обосновании структур тепловой генерации в схемах теплоснабжения городов

3.2. Обоснование критерия выбора структуры тепловой генерации при разработке схем теплоснабжения городов

3.2.1. О функциональной роли критериев оценки энергоэффективности отдельных элементов и систем

3.2.2. Об ограниченном применении категории «радиус эффективного теплоснабжения» для оценки структур тепловой генерации

3.2.3. Интегральная оценка структуры тепловой генерации города по энергоэффективности

3.3. Технико-экономические критерии обоснования вариантов теплоснабжения при подготовке схем теплоснабжения городов

3.3.1. Укрупненный технико-экономический расчет

3.3.2. Детальный технико-экономический расчет

3.3.3. Содержательная постановка задачи

3.3.4. Анализ выражений составляющих целевой функции

3.3.5. Учет ключевых условий и ограничений

3.4. Методика выбора структуры тепловой генерации в мастер-плане схемы теплоснабжения городского поселения

3.4.1. Оценка экономической эффективности максимального перевода нагрузок на источники комбинированной выработки (ТЭЦ)

3.5. Отличия разработанной методики выбора структуры тепловой генерации от существующей практики

3.6. Алгоритм обоснования структуры тепловой генерации при разработке планов развития схем теплоснабжения городов

3.6.1. Требования к алгоритму и условия его применения

3.6.2. Общая структура алгоритма и его описание

3.6.3. Описание основных программных модулей

4. АПРОБАЦИЯ МЕТОДИКИ АНАЛИЗА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ НА ПРЕДПРОЕКТНЫХ СТАДИЯХ ВЫБОРА СТРУКТУР ТЕПЛОВОЙ ГЕНЕРАЦИИ ГОРОДОВ

4.1. Энергетическая эффективность перевода нагрузки от котельных к сетям ТЭЦ в Нижнем Новгороде

4.2. Энергетическая эффективность совокупностей источников теплоснабжения при различных вариантах их развития

4.3. Оценка энергетической эффективности при выборе типа источников теплоснабжения на перспективу

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Использованнные сокращения

Список обозначений

ПРИЛОЖЕНИЯ

Список литературы

118

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование структуры тепловой генерации с целью повышения энергетической эффективности схем теплоснабжения городских поселений»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В освоении территорий Российской Федерации и развитии промышленности значительную роль играют системы централизованного теплоснабжения. О масштабах этих систем можно судить по следующим известным оценкам [93]: «к этим системам было подключено почти 70% численности населения страны (более 100 млн. чел)... почти 90% объема установленной мощности источников теплоснабжения сконцентрированы в городских поселениях». Основными потребителями тепловой энергии «являются население и промышленность, соответственно - 39,1 и 38,2%» [94].

По состоянию на 2013 г., как следует из данных, приведенных в докладе Минэнерго [92], в России действовало ([92], с.24) «17 тыс. предприятий теплоснабжения». Не смотря на некоторую положительную тенденцию, отмеченные в 2013-2016 гг. в «неуклонном» снижении удельных расходов на производимую электроэнергию на ТЭЦ [126], общая энергоэффективность теплоснабжения не улучшалась. Об этом говорят и данные сводной статистики по всем источникам теплоснабжения [98]. Отчасти это объясняется старением основных производств: возраст российских многих ТЭЦ приближается к 50 годам, так как [95] «основные объемы мощности вводились в 70-е и в 80-е годы прошедшего столетия». Однако влияние структуры выработки тепловой энергии разными источниками также играет существенную роль (более подробно см. в Главе 1).

Для повышения энергетической эффективности теплоснабжения городов уже при разработке схем необходимо учитывать целый ряд технических и экономических факторов, включая следующее: особенности исторически сложившейся структуры городов, наличие уже действующих объектов энергетической инфраструктуры, состояние систем теплоснабжения (оборудования источников теплоснабжения и тепловых сетей), режимы работы ТЭЦ, климатологические характеристики региона, а также степень развития рыночных механизмов взаимодействия производителей и потребителей. При

этом представляется чрезвычайно важным анализировать практику и материалы разработки схем теплоснабжения городов за последние 8-10 лет. На данном этапе методология анализа энергетической эффективности совокупностей источников теплоснабжения разработана в недостаточной степени.

Степень разработанности темы исследования. Проблемой анализа и оценки общей энергетической эффективности систем теплоснабжения городов занимались отечественные ученые: Л.А. Мелентьев (1932-1998 гг.), Е.Э. Шубин (1964-1976 гг.), Е.Я. Соколов (1947-1998 гг.), В.Н. Папушкин (2006 г. по настоящее время), Е.Г. Гашо (1988г. по настоящее время) и др. Теория анализа развития больших систем энергетики в основном складывалась на опыте анализа систем электроэнергетики в 60-е годы прошлого столетия. Системы теплоснабжения городов, как часть этих систем достигли максимальной централизации в 70-е годы и стали объектом исследования ряда отраслевых институтов (ОАО «ВТИ», ОАО «ВНИИЭ», ОАО «ВНИПИэнергопром», ОАО «Фирма ОРГРЭС», АО «ЭНИН»,«ВНИИКТЭП», где создавались основы научной методологии разработки перспективных схем теплоснабжения городов в рамках плановой экономики.

Методология разработки схем теплоснабжения на сегодня должна соответствовать тому уровню рыночных условий, которые достигнуты на сегодня в Российской Федерации. В то же время в ней должны быть в полной мере реализованы наработанные научные подходы к анализу и отражению реальных условий существования сложных систем теплоснабжения. Формирование механизмов рыночного управления развитием этих систем продолжается, а методы анализа энергетической эффективности схем теплоснабжения используются недостаточно, чтобы адекватно отражать сложившиеся условия их существования и развития.

Совокупности источников теплоснабжения и тепловых сетей на сегодня представляют собой основу теплоснабжения городов, однако в схемах развития ряда городов не удается использовать преимущества теплофикации. Это - одна из причин снижения конкурентоспособности таких систем, приводящая к отказу

от них потребителей, которые стремятся обеспечить себя сами своими локальными источниками теплоснабжения.

Для решения описанной выше проблемы необходимо исследовать факторы, влияющие на выбор источников теплоснабжения при развитии районов города, анализировать практику разработки схем теплоснабжения городов, и на этой основе предложить методику, обеспечивающую повышение энергетической эффективности совместной работы тепловых источников города, как в сложившихся условиях, так и в долгосрочной перспективе.

Цель исследования: определить тенденции в изменении энергетической эффективности теплоснабжения городов, выявить факторы, обуславливающие роль ТЭЦ в этом, и на основе этого разработать методику выбора структуры тепловой генерации в схемах теплоснабжения городов.

Задачи, которые должны быть решены для достижения указанной цели, следующие:

- провести анализ материалов схем теплоснабжения городов для выявления тенденций и факторов, определяющих возможность повышения энергоэффективности теплоснабжения;

- обосновать критерии и процедуру выбора структуры тепловой генерации в городах, (а именно - состав и нагрузки источников тепловой энергии) для повышения энергоэффективности теплоснабжения поселения в целом;

- разработать методику выбора структуры тепловой генерации города по критерию энергоэффективности;

- провести апробацию разработанной методики для анализа энергоэффективности вариантов развития теплоисточников в схемах теплоснабжения городов.

Научная новизна основных положений, выносимых на защиту, заключается в следующем:

1) Систематизированы данные разработки планов развития теплоснабжения для городов Российской Федерации.

2) Исследованы тенденции и факторы, определяющие системные

технико-экономические показатели совокупностей теплоснабжающих систем в сложившихся условиях становления рынков электрической и тепловой энергии.

3) Предложены критерий и процедура выбора структуры источников тепловой генерации с целью повышения общей энергетической эффективности теплоснабжения городов.

4) Предложен алгоритм двухэтапного отнесения потребителей к зоне теплоснабжения от ТЭЦ - на основе оценки себестоимости тепла для потребителя и критерия энергоэффективности - для совокупности всех источников.

5) Разработана методика выбора структуры тепловой генерации города, обеспечивающая повышение энергоэффективности теплоснабжения города в целом.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Обоснованием основных соотношений для структурных эффектов при анализе энергоэффективности совокупности источников теплоснабжения городского поселения, применимые для любого сочетания типов источников тепловой энергии. Предложен критерий оценки энергоэффективности для совокупности источников теплоснабжения. Разработана методика выбора наилучшей структуры теплогенерации в схемах теплоснабжения городов.

Практическая значимость результатов заключается в применении предлагаемых методических положений в практике разработки схем теплоснабжения городов, что повысит экономическую эффективность теплоснабжающих систем, что также будет содействовать реализации энергосберегающей политики в теплоснабжении.

Методические и практические результаты диссертации были использованы при разработке перспективных схем теплоснабжения ряда городов РФ.

Методология и методы исследований.

Методология исследований опирается на основные положения системных исследований в энергетике, анализа эффективности топливоиспользования, на обширном опыте математического моделирования

систем теплоснабжения, экономику энергетики в сложившихся нормативно -правовых условиях.

Объект исследования - совокупность источников теплоснабжения города, обеспечивающих повышение энергетической эффективности теплоснабжения города в контексте развития городской застройки.

Предметом исследования являются общая энергетическая эффективность тепловых источников города как в сложившихся условиях, так и с учетом перспектив развития городской застройки.

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты анализа данных разработки планов развития систем теплоснабжения городов Российской Федерации.

2. Тенденции и факторы, определяющие системные технико-экономические показатели совокупностей теплоснабжающих систем в сложившихся условиях становления рынков электрической и тепловой энергии.

3. Предложены критерий и процедура выбора вариантов структуры тепловой генерации в совокупностях теплоснабжающих систем с целью повышения энергетической эффективности теплоснабжения.

4. Предложен алгоритм двухэтапного отнесения потребителей к зонам теплоснабжения от ТЭЦ - на основе оценки себестоимости тепла для потребителя и критерия энергоэффективности для совокупности источников.

5. Разработана методика выбора структуры тепловой генерации, обеспечивающая повышение энергоэффективности теплоснабжения.

Достоверность результатов исследований подтверждена строгим обоснованием соотношений для структурных эффектов в анализе энергоэффективности совокупностей источников теплоснабжения и использованием данных из утвержденных схем теплоснабжения крупных городов РФ.

Личный вклад автора заключается в постановке цели и задач исследования; в разработке схем теплоснабжения городов; в создании методики выбора структуры тепловой генерации городов; в выявлении тенденций

изменения энергоэффективности теплоснабжения городов по материалам разработки их схем теплоснабжения; в выявлении факторов, влияющих на выбор вариантов развития (модернизации) источников теплоснабжения на перспективу.

Обоснование соответствия диссертации паспорту научной специальности 05.14.04 - «Промышленная теплоэнергетика». Работа соответствует паспорту специальности в части формулы специальности: «...объединяющая исследования по совершенствованию промышленных теплоэнергетических систем.. .сбережение энергетических ресурсов, ..., защиту окружающей среды»; в части области исследования специальности: пункту 3 «.Совершенствование методов расчета тепловых сетей и установок с целью улучшения их технико-экономических характеристик, экономии энергетических ресурсов».

Практическая ценность результатов диссертационной работы

состоит в использовании предлагаемых положений и методики в практике разработки схем теплоснабжения городов, что, в конечном счете, повысит экономическую эффективность теплоснабжающих систем и будет содействовать реализации энергосберегающей политики в теплоснабжении.

Ведется работа по внедрению результатов диссертации в Российском Энергетическом Агентстве (Минэнерго РФ) и Министерстве ЖКХ Сахалинской области.

Апробация результатов работы. Методические результаты диссертации были использованы при разработке перспективных схем теплоснабжения городов РФ (г. Мурманск, Волгодонск, Ирбит, Инта, Дербент) выполненных ООО «Научно-технический центр «ГИПРОГРАД», ООО «Невская энергетика». Докладывались при работе круглого стола Минэнерго Российской Федерации «О выборе критериев реконструкции (модернизации) ТЭЦ на новом этапе внедрения механизмов ДПМ-2» (Москва, октябрь 2017 г.); конференции «IX международная школа-семинар молодых ученых и специалистов «Энергосбережение-теория и практика», в НИУ «МЭИ» (Москва, 5 - 12 октября

2018 года). На основе результатов работы были созданы и зарегистрированы в установленном порядке три программных продукта, в том числе программа для ЭВМ «Анализ структуры тепловой генерации города (поселения) по критериям энергоэффективности с учетом балансов мощности».

Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах из перечня ВАК:

1) Кикоть Е.А. Эффективность использования топлива в городах РФ (по материалам схем теплоснабжения) / Кикоть Е.А. // Международный технико-экономический журнал - 2018. - №12. - с. 107-114.

2) Кикоть Е.А. Оценка показателей технико-экономической эффективности теплофикации в современных условиях // Кикоть Е.А., Ситас В.И., Федюхин А.В., Деревянко О.В // Computational nanotechnology. - 2018. - №2 - с. 91-97.

3) Кикоть Е.А. Выбор структуры тепловой генерации в городах РФ при актуализации схем теплоснабжения // Кикоть Е.А., Газизов Ф.Н. // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - 2020. - т. 22, №5 - с. 71-82.

В сборниках научных трудов и материалах конференций, входящих в международные базы «Scopus»:

4) Kikot E.A. Assessment of technical and economic efficiency indicators of cogeneration in modern market conditions // Kikot E.A., Sitas V.I., Fedyukhin A.V., Akhmetova I.G., Mitrofanov A., Makoev S.O., Asadpoori A., Sinitsyn A.A. // International Journal of Civil Engineering and Technology - 2019 - Том 10, №2 - с.2106-2117.

5) Kikot E.A. Flexible allocation of costs between electricity and heat as a factor for improving the CHP competitiveness // Kikot E.A., Sukhareva E., Fedyukhin A.V., Matisov B.G., Nikitkov N.V., Izrantsev V.V., Knorring V.G., Kondrashkova G.A., Akhmetov T.R., Sinitsyn A.A. // статья в сборнике трудов конференции «IOP Conference Series: Earth and Environmental Science». - 2019 - с.12079.

В прочих сборниках научных трудов и материалах конференций:

6) Кикоть Е.А. Эффективность использования топлива в городах РФ (по материалам схем теплоснабжения) / Кикоть Е.А., Косяков С.А. // статья в сборнике трудов конференции «Энергосбережение - теория и практика». -2018 - с. 550-556.

Зарегистрированные программные продукты:

7) Кикоть Е.А. Программа для ЭВМ «Анализ структуры тепловой генерации города (поселения) по критериям энергоэффективности с учетом балансов мощности». - ООО «Невская Энергетика», Гос.рег.№2019663917 от 25.10.2019 г.

8) Кикоть Е.А. Программа для ЭВМ «Программа для расчета нормативов удельного расхода топлива и нормативов запаса топлива для котельной». -ООО «Невская Энергетика», Гос.рег.№2019663918 от 25.10.2019 г.

9) Кикоть Е.А. Программа для ЭВМ «Программа для расчета нормативов технологических потерь при передаче тепловой энергии, теплоносителя». -ООО «Невская Энергетика», Гос.рег.№2019663919 от 25.10.2019 г.

По результатам выполненных исследований у автора опубликовано 9 работ, в том числе 3 статьи в изданиях из перечня ВАК, 2 работы в изданиях, входящих в международные базы Scopus и 3 программы для ЭВМ.

Состав и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка литературы и двух приложений. Общий объем 130 стр., из них: 117 стр. текста, 15 рисунков и 10 таблиц. Список литературы содержит 130 наименований.

1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ

ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Системы теплоснабжения городов имеют свою историю возникновения и развития. Без рассмотрения различных этапов их формирования, методов оценки, планирования и проектирования их развития будет невозможно разобраться в их сложившейся структуре, направлениях развития (а иногда и деградации), которые происходят в настоящее время. В первой главе исследование приведен краткий обзор научных работ по оценке энергетической эффективности этих систем на разных этапах их развития. Не претендуя на всесторонний анализ этих процессов, автор работы сделал акцент на работах, в которых уделялось внимание анализу энергетической эффективности систем теплоснабжения и соответствующих методов, используемых на разных этапах развития городов и систем их теплоснабжения.

1.1. Функциональная роль схем теплоснабжения на различных этапах развития городской застройки и систем их энергообеспечения

Масштабное развитие систем теплоснабжения в городах, как «больших систем энергетики» [1] следует рассматривать со второй половины прошлого века, когда в СССР сложились технологии поточного строительства. При этом в промышленных районах и городах складывались производственные зоны, а одновременно с этим началось массовое жилищное строительство. Это потребовало соответствующего развития систем жизнеобеспечения: в это время почти в каждом городе считалось правилом строить электростанцию или крупную котельную для обеспечения электрической и тепловой энергией промышленности и жилья. Для координации планов и проектов в рамках города сложилась практика разрабатывать и утверждать в соответствующих инстанциях схемы теплоснабжения городов, которые после утверждения становились руководящим документом, определяющим направления перспективного развития системы теплоснабжения в увязке со всей инфраструктурой

территории.

Централизованное теплоснабжение обеспечивало лучшее использование топлива, особенно низкосортного, большие возможности по предотвращению загрязнения атмосферы, а также значительное сокращение затрат времени и ручного труда на эксплуатацию систем. Такая централизация представляла собой основное направление технического прогресса в области обеспечения городов и промышленных районов теплом при низких и средних температурах наружного воздуха.

Для жилых районов, расположенных вблизи крупных заводов, имеющих свой собственный источник теплоснабжения, важную роль в теплоснабжении играло другое направление научно-технического прогресса, основанное на принципе ступенчатого (в других источниках - каскадного) использование теплоносителя. Позднее название (хотя это менее точно) этого направления -«использование вторичных тепловых ресурсов». Возможности Ступенчатое использования теплоносителя возрастают при переходе к системам в промышленности, когда требуется средний уровень температур теплоносителя. Наибольшие возможности экономии за счет ступенчатого использования теплоносителя предоставляются в системах, требующих относительно высокие температур.

Другим методом экономии тепловой энергии и топлива, принципиально отличающимся от использования вторичных тепловых ресурсов, является теплофикация, т.е. организация совместной выработки и отпуска потребителям как электрической, так и тепловой энергии на тепловых электростанциях, получивших название теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). Значительная экономия тепла достигается при использовании пара, уже прошедшего в двигателе цикл превращения части своей тепловой энергии в механическую, а затем - в электрическую энергию. Пар, поступающий из турбины в конденсатор при глубоком вакууме, не может быть использован как теплоноситель в тепловых сетях так же, как и нагреваемая за счет конденсации этого пара вода с температурой в диапазоне 14-20 оС в зимних и 25-35 оС - в летних условиях. При

повышении давления пара в конденсаторе можно повысить температуру подогрева воды до 90-95 оС, при которой вода уже может применяться в качестве теплоносителя. Повышение температуры воды неизбежно связано с уменьшением работы пара в турбине, с уменьшением выработки электроэнергии, которую должны будут вырабатывать другие турбины или электростанции энергосистемы. Снижение выработки электроэнергии само по себе не означает, что перевод турбин на режим с использованием тепла охлаждающей воды конденсаторов для отпуска тепла потребителям является неэкономичным. Без такого использования тепло охлаждающей воды вообще бы выбрасывалось (и оно выбрасывается, на конденсационных электростанциях -КЭС) в окружающую среду (водоемы, либо - в атмосферу). Получение соответствующего количества тепла для отпуска потребителям, потребовало бы сжигания дополнительного топлива. Получение экономии тепла и топлива характерно для любых схем совместной выработки электроэнергии и тепла на ТЭЦ.

Теплофикационными следует называть только системы централизованного теплоснабжения от ТЭЦ как основных источников тепла. Нельзя называть теплофикационными не только системы теплоснабжения от котельных, но и отдельные элементы любых систем, не связанные с применением цикла превращения тепла в работу в тепловых двигателях, которое сопровождалось бы последующим отпуска отработавшего тепла на сторону, тепловым потребителям.

Рассмотрим, как развитие городов и теплоснабжения привело к необходимости разработки схем теплоснабжения. В Советском Союзе развитие городов в целом осуществлялось на основе систематического планирования и проектирования в увязке с перспективными планами развития народного хозяйства и в соответствии с указаниями нормативных документов. Соблюдение этих норм и правил обеспечивало соблюдение интересов населения как при застройке новых, так и при реконструкции существующих городов. По этим же нормам было возможно строить оценки перспектив развития отдельных

элементов городского хозяйства, в том числе и систем теплоснабжения.

Планирование развития производительных сил проводилось как в масштабах страны в целом, так и по отдельным экономическим районам, краям и областям, где проводилось более детальное планирование. На этом уровне оно осуществлялось путем разработки схем или проектов районной планировки, выполняемых в соответствии с инструкцией Госстроя СССР [4]. В этом случае район рассматривался не как административно-территориальная единица в составе области или края, а как территория, объединенная общим направлением производственной деятельности, источниками сырья, транспортными связями, трудовыми ресурсами и т.п. Такие схемы районной планировки составлялись для подлежащих освоению новых территорий в связи с выявлением в этих районах ресурсов сырья, топлива, гидроэнергии и т.п., а также для уже освоенных территорий, где намечалось большое развитие производительных сил, сооружение крупных промышленных комбинатов или их комплексов и т.д. Наиболее крупные из таких районов назывались промышленно-территориальными комплексами, а совокупность расположенных на их территории городов - городскими агломерациями.

В схеме и проекте районной планировки рассматривались варианты выбора отдельных территорий для размещения населенных пунктов и производственных предприятий в пределах района с учетом местных природных и экономических условий. При этом на основе технико-экономических расчетов определялась эффективность капитальных вложений в инженерную подготовку территории и в строительство новых предприятий и населенных пунктов. При этом обязательно учитывались соображения и условия, связанные с организацией энергоснабжения района, его топливоснабжения, водоснабжения и теплоснабжения.

После утверждения схема районной планировки становилась исходным документом для последующих плановых и проектных проработок по отдельным населенным пунктам, промышленным комбинатам и комплексам, размещаемым на территории данного района. Для городов следующим этапом таких

проработок являлось составление генерального плана города.

Разработка генеральных планов производилась применительно к расчетному сроку, принимаемому согласно нормативным материалам [5] в пределах 25-30 лет. В генеральном плане, как правило, выделялась первая очередь строительства (на 5-8 лет). Период был увязан со сроками завершения пятилетних народнохозяйственных планов страны. Применительно к этим срокам определялись: численный и демографический состав населения города, направления его территориального развития и функционального зонирования, архитектурно-планировочная структура, мероприятия по инженерной подготовке и оборудованию, мероприятия по организации систем различных видов обслуживания населения, а также проводились расчеты капитальных вложений для первой очереди строительства.

В рамках такого комплексного планирования базовыми, основополагающими решениями были решения по развитию на территории города промышленных, энергетических и транспортных предприятий.

Определенные затруднения при выделении зон возникали в условиях реконструкции старых городов и сложившихся городских районов, где зачастую территории крупных предприятий окружены жилой застройкой.

Расположение промышленного района относительно ближайшего жилого района и зеленой зоны, а также размещение отдельных предприятий в пределах промышленного района выбиралось с учетом требований соответствующих норм [6]. Эти требования предусматривают, в частности, образование санитарно-защитных зон вокруг территории предприятий и их отдельных зданий и сооружений, являющихся источниками производственных вредностей (загрязнения атмосферы, почвы и водоемов, возникновения шума, вибраций) [7].

При определении размеров селитебной территории в генеральных планах городов нормами предлагалось исходить из средней обеспеченности населения общей (полезной) площадью в следующих размерах:

на расчетный срок - 18 м2/чел;

для расчета резервных территорий в пригородной зоне, осваиваемых за пределами расчетного срока - 23 м2/чел.

При расчете на жилую, а не на общую (полезную) площадь эти значения должны были быть уменьшены примерно в 1,5 раза, т.е. ориентированы на следующие уровни: 12 и 15 м2/чел соответственно.

В качестве структурных единиц селитебной территории принимались, как правило, микрорайоны и жилые районы. Иногда, кроме того, в составе микрорайонов выделялись группы жилых зданий, соответствующие численности проживающего в них населения от 1,5 до 3 тыс. чел. В каждую группу входили учреждения культурно-бытового обслуживания с радиусом обслуживания до 0,3 км, прежде всего - школы, детские учреждения и поликлиники.

Планировка селитебной территории по микрорайонам называлась «свободной», т.к. при ней жилые и общественные здания располагались со значительными разрывами между собой. Это было необходимо, в том числе, и для учета противопожарных, а также санитарных требований, а также позволяло размещать внутри микрорайонов зеленые насаждения и детские учреждения, облегчало защиту от шума и загрязнения атмосферы, повышало безопасность движения, и в целом повышало удобство и обустроенность жилой застройки. Вместе с тем, при свободной планировке плотность застройки территории меньше, чем при других системах ее организации, а потому удлиняются и удорожаются инженерные сети.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кикоть Евгений Александрович, 2021 год

источников.

Сложная (в общем случае - многофакторная) зависимость может быть аппроксимирована на этапе предпроектных оценок функцией затрат |(0З) для каждого З -го источника такого вида:

=¡3(03), З* ^ (3.13)

В развернутом виде аппроксимированная функция затрат ¡ (0РЗ для каждого -го источника имеет вид:

J, (Qj) = + Рзйз + Y j + wp + X, j е j2

(3.14)

Для учета ограничений в виде равенств, отражающих требование баланса электрических мощностей источников с генерацией в функцию затрат включен двучлен, учитывающий дополнительные затраты в источник, обусловленные необходимостью балансировать отпуск электрической энергии (мощности).

В данном случае аппроксимированная зависимость показывает изменение интегральных затрат, относимых к данному году, от принятой степени загрузки данного источника существующими и новыми потребителями по данному варианту развития.

Формализации (3.7) - (3.14) задача сводится к поиску минимального значения функции затрат:

F(Q) ^ min (3.15)

Однако с учетом сформулированных выше требований система условий и ограничений дополнена учетом балансов как тепловой, так и электрической мощности совокупности источников:

IQ, = Q (3. 16)

1^-12

IР, = Р (3.17)

Ф< < , ] 6 32 (3.18)

р < р , ] 6 J2 (3.19)

В соответствии с требованиями, изложенными здесь (в подразделе 3.3.5., п. 3) на с. 73) в систему ограничений в виде равенств внесены (3.17) и, соответственно, (3.19), на которые в [69] акцент не делался в связи со спецификой постановки самой задачи «распределения тепловой нагрузки». В общем случае это делает более сложным выбор структуры генерации в системах, где имеются ТЭЦ; в особенности - для ТЭЦ, работающих с пониженными суммарными тепловой и электрической нагрузками. Решение задачи в такой постановке позволяет получить рекомендации по «предпочтительным вариантам тепловой генерации».

После проведения изложенного выше алгоритма выбора структуры тепловой генерации источников теплоснабжения на перспективу осуществляется расчет технико-экономических показателей и общей эффективности теплоснабжения города в соответствие с выбранным сценарием по источникам теплоснабжения и их нагрузкам.

Прописываем каждое мероприятие для выполнения проекта отдельно (его затраты и эффект) и затем все суммируем. Например, для проекта переключения нагрузки необходимо переложить участок теплотрассы (мероприятие 1 ), провести реконструкцию котла (мероприятие 2) и т.д.

В этом случае каждое мероприятие имеет свой срок выполнения и для оценки проекта в целом необходимо объединить все планы реализации каждого мероприятия. Получаем срок выполнения проекта в целом, и затем тарифные последствия считаем для суммированных показателей также, как и в первом способе.

Основные положения по совершенствованию методологии выбора варианта организации теплоснабжения, предлагаемые в данной работе, формулируются с учетом того, что для оценки проектов изменения структуры и функций совокупностей тепловых источников города на предпроектной стадии

(т.е. в рамках разработки схем теплоснабжения городов) используется первый (укрупненный) способ расчета приведенных затрат.

Ранжирование вариантов или отдельных мероприятий по схеме теплоснабжения производится на основе критериев, подробно описанных в подразделе 3.2.3 (стр. 65):

1) по эффективности топливоиспользования: в качестве инструмента таких оценок на разных стадиях работы по схеме теплоснабжения города предлагается использовать критерий:

а8 =_1а0НАЦр__(3 20)

тф ЦОЖ + (1 УЖ С )

а - коэффициент теплофикации, отражает влияние на энергоэффективность всей совокупности источников суммарной теплофикационной нагрузки, покрываемой из отборов турбин ТЭЦ,

оТЭЦ

оНАГР - суммарный отпуск тепловой энергии от 1-той ТЭЦ города (поселения), Гкал/год;

о - суммарный отпуск тепловой энергии от ]-той котельной города (поселения), Гкал/год.

Это отношение фактически всегда будет эквивалентно сумме всех структурных эффектов (общий вывод и подробное их рассмотрение - в параграфе 2.3) для ТЭЦ города: чем больше это значение - тем большая доля тепловой энергии в городе вырабатывается в комбинированном цикле. Тем самым создается главная предпосылка для увеличения объема выработки тепловой и электрической энергии в комбинированном (теплофикационном) цикле.

2) по параметру «энергоэффективности» [29]:

I анэц

Э = 1[а02ЦГР + (1 -а)ОНА% УЖ (3'21)

а - коэффициент теплофикации, отражает влияние на

энергоэффективность теплофикационной нагрузки, покрываемой из отборов турбин,

w - удельная выработка электрической мощности на тепловом потреблении,

прочие обозначения соответствуют (3.20).

3.4. Методика выбора структуры тепловой генерации в мастер-плане схемы теплоснабжения городского поселения

Методика предназначена для выбора структуры тепловой генерации с учетом особенностей и нагрузок каждого года рассматриваемого в мастер-плане периода.

Как это было показано ранее (см. подраздел 3.3), централизованное теплоснабжение, характеризуется обеспечением потребителей тепловой энергией от источников через общую тепловую сеть. Методика, реализуемая в алгоритме выбора должен быть применима к любой из распространенных систем централизованного теплоснабжения, которые можно квалифицировать по структуре источников тепловой энергии (структуре тепловой генерации):

1) Комбинированные (на базе теплофикации от паротурбинных, парогазовых, газотурбинных и газопоршневых источников, включая общего пользования, промышленные, частные или муниципальные);

1) Некомбинированные (на базе котельных с паровыми или водогрейными котлами (или их комбинации), включая промышленные, частные или муниципальные; или на базе промышленных теплоутилизаторов, централизованных источников тепловой энергии от геотермальной энергии, тепловых насосов и т.д.);

2) Смешанные варианты (например, ТЭЦ, работающая совместно с пиковыми котельными на общую сеть).

Программный модуль, реализующий основные положения изложенной здесь методики, основывается на отработанных базисных алгоритмах, соответствующих нормативным требованиям, однако использует критерий ранжирования вариантов мастер плана, вычисляемый по (3.21) и совместный анализ балансов тепловой и электрической мощности, что подробно поясняется в подразделе 3. Далее в технической документации и ссылках модуль, реализующий описанные выше критерии и выполняющий функцию ранжирования вариантов развития структуры теплогенерации по энергоэффективности, обозначен символом К

3.4.1. Оценка экономической эффективности максимального перевода нагрузок на источники комбинированной выработки (ТЭЦ)

Экономический эффект оценивается (с учетом поправок [54]) по разнице тарифа альтернативной котельной и себестоимости тепловой энергии в реконструированной системе теплоснабжения.

Следует учитывать ряд положений, вытекающих из сложившейся практики [34, 56, 117] проведения предпроектных проработок по источникам и сетям на этапе разработки схем теплоснабжения городов.

Тип источника теплоснабжения, его нагрузка, выбранный вариант основного и вспомогательного оборудования будет определять объем капвложений, который на данной стадии допустимо определять по укрупненным нормам, либо - на основе данных проектов - аналогов.

Затраты на приобретение воды также зависят от ее годового потребления и тарифа:

Ся = Пв *ТВ (3.22)

где С - затраты на покупку воды, ПБ - полная потребность в воде, Тв -тариф на сырую воду.

Себестоимость транспорта тепловой энергии

с = огод * с + огод * с + огод * с + огод * с (3 23)

тэ отэц тэц орек рек о рк рк отр тр V * /

Годовой экономический эффект от максимальной загрузки источника комбинированной выработки определяется по формуле:

Э алт Срек) ^0год (3.24)

где э - экономический эффект, - тариф альтернативной котельной.

Далее в технической документации и ссылках модуль, реализующий описанные расчет критериев (3.22 - 3.24) и выполняющий функцию ранжирования вариантов развития структуры теплогенерации по экономическим критериям (дополнительные кап. вложения, себестоимость тепловой энергии, приведенные расчетные затраты), обозначен символом Ек.

3.5. Отличия разработанной методики выбора структуры тепловой генерации от существующей практики

Для обсуждения особенностей и отличий разработанной методики от действующей практики используем изложение приведенного в исследовании [113] действующего регламента (левая колонка в таблице 3.3, с.83).

В любом варианте отправной точкой для анализа изменений в структуре тепловой генерации является анализ сложившихся тепловых балансов в системах и в целом по городу, и анализ перспективных (дополнительных) нагрузок на последующие годы. В действующем регламенте достаточно привести оценки численных значений радиусов эффективного теплоснабжения (РЭТ) для каждого из существующих (и новых) источников теплоснабжения для обоснования возможности (необходимости) подключения новых потребителей к тому или иному источнику. В разработанной здесь методике в качестве дополнительного (и обязательного) критерия используется отношение суммарной выработки электроэнергии на тепловой потреблении всеми источниками к суммарному отпуску тепловой энергии всеми источниками в городе.

Понятно, что процедура сопоставления и выбора наилучшего варианта усложняется, и состоит из нескольких этапов, которые при необходимости повторяются итеративно, с повторным расчетом указанного выше критерия.

Таблица 3.3. Сравнение ключевых блоков предлагаемой методики с действующим регламентом выбора структуры источников тепловой генерации города

Действующий РЕГЛАМЕНТ Предлагаемая МЕТОДИКА

Определение прироста тепловой нагрузки района перспективной застройки Определение прироста тепловой нагрузки района перспективной застройки

Определение РЭТ* Проверка РЭТ + ранжирование источников по показателю энергоэффективности (3.21)

Определение параметров участков тепловых сетей Определение параметров участков тепловых сетей ПО ВАРИАНТАМ

Определение резервов по пропускной способности тепловых сетей для приростов нагрузки Определение резервов по ИСТОЧНИКАМ и по пропускной способности тепловых сетей для приростов нагрузки

Составление балансов тепловой мощности Составление балансов тепловой и электрической мощности

Определение совокупных затрат для вариантов развития системы теплоснабжения Определение совокупных затрат для всех энергоэффективных вариантов развития системы теплоснабжения

*РЭТ - радиус эффективного теплоснабжения

При заданных данных (по типу и мощности тепловых источников) сопоставляются данные по принятой подключаемой нагрузке потребителей. При этом производятся расчеты по оценке балансов и показателей по энергоэффективности и необходимым затратам.

После оценки РЭТ допустимые варианты по загрузке источников ранжируются по величине отношения суммарной выработке электрической мощности всеми источниками к суммарному отпуску тепловой энергии. Для наилучших (по обоснованному в данном исследовании показателю 3.21) вариантов производят дальнейшую проработку, в рамках которой: для потребителей, которые могут быть подключены к разным источникам выбирается такой вариант распределения перспективной нагрузки между источниками, который обеспечивает наибольшее значение критерия. При наличии резерва дополнительной выработки мощности на тепловом потреблении производят максимальную догрузку таких источников.

Для вариантов с наилучшими значениями критерия определяется полный план перекладки (реконструкции) тепловых сетей, включая новые участки. Для каждого из этих вариантов рассчитываются потокораспределение по сетям, определяются узкие места с тем, чтобы по ним произвести соответствующие корректировки пропускных способностей этих участков.

По вариантам с приемлемой (максимальной) загрузкой источников с комбинированной выработкой тепловой и электрической энергии производят расчет затрат по всем источникам и тепловым сетям. Для реализации выбирается вариант с наилучшей окупаемостью затрат. Такая последовательность расчетов и оценок вариантов может приводить к необходимости итеративных пересчетов для уточнения промежуточных параметров, что существенно увеличивает объем предварительного анализа, однако обеспечивает нахождение варианта загрузки источников по годам, который обеспечивает наилучшие значения приведенного критерия, и, следовательно, к максимальному повышению энергетической эффективности теплоснабжения на перспективу. Соображения о том, что при этом возникают дополнительные затраты, возможно, оказывается справедливым

на некотором этапе реализации планов развития структуры тепловой генерации, однако в целом по планируемому периоду застройки будет обеспечиваться наибольшая энергоэффективность.

3.6. Алгоритм обоснования структуры тепловой генерации при разработке планов развития схем теплоснабжения городов

3.6.1. Требования к алгоритму и условия его применения

В соответствии с обоснованными выше требованиями далее излагается алгоритм оценки различных вариантов организации теплоснабжения поселений, городских округов.

Алгоритм оценки и выбора варианта организации теплоснабжения должен позволять включать в рассмотрение также и варианты индивидуального теплоснабжения. Такие системы обеспечивают тепловой энергией непосредственно помещения, где они находятся (например, печное или поквартирное отопление) или прилегающее здание (например, крышная котельная). Поскольку вариант индивидуальное теплоснабжения рассматривается как альтернатива другим, в т.ч. теплоснабжения от ТЭЦ, то сравнивается не отдельная установка одного потребителя, а совокупность множества потребителей, эквивалентных той нагрузке, которая могла бы быть подключена к существующей ТЭЦ или котельной. Тогда сравниваемые варианты будут сопоставимы по производственному результату (будут соблюдаться балансы как по мощности производства-потребления, так и по отпуску (потреблению) энергии.

Особенностью данной методики является то, что сравниваемые между собой варианты на первом (основном) этапе сопоставляются по энергетической эффективности. В качестве критерия их сопоставления выбран показатель энергоэффективности Эс (3.21), который характеризует соотношение общей теплофикационной выработки электрической мощности всеми источниками данного поселения и общей тепловой мощности отпускаемой всеми

источниками поселения.

3.6.2. Общая структура алгоритма и его описание

Общая схема алгоритма, реализующего предлагаемую методику, приведена на рисунке 0. Верхняя часть схемы относится к формированию исходных данных, к числу которых следует отнести данные, характеризующие: климатологические особенности (характеристики) региона; параметры существующей и перспективной застройки; условия топливообеспечения и другие ресурсы.

Данные по застройке привязываются к утвержденному генеральному плану развития поселения и должны соответствовать последней утвержденной его версии. Изменения условий по топливообеспечению могут существенно изменить спектр достижимых технологий производства тепловой и электрической энергии.

В общей структуре алгоритма анализа (сопоставления) структуры тепловой генерации поселения - 3 основных блока:

1) формирования исходных данных и условий сопоставления вариантов (верхняя часть на рисунке 3.4.)

1) анализ имеющихся ресурсов (топливообеспечения) и формирование возможных вариантов структуры тепловой генерации (средний блок);

2) расчет критериев для оценки и выбора оптимального варианта организации теплоснабжения (нижний блок на схеме алгоритма).

Состав мероприятий инвестиционных программ теплоснабжающей организации должен соответствовать выбранной структуре тепловой генерации в схеме теплоснабжения города, согласно изложенный методики.

Территории развития в городе;

Особенности, климатические характеристики; Параметры застройки (нагрузки, прирост)

Условия топливообеспечения г

1' 1 г

Привозное Местное Вторичный ресурс, ВИЭ, сбросное тепло

Формирование возможных вариантов по источникам теплоснабжения (с учетом резервов мощности существующих источников)

ТЭЦ

Модернизация источников (ДПМ-2)

Котельные (централизованные)

Индивидуальное теплоснабжение, местные котельные

Ранжирование вариантов

Учет ограничений по балансам тепловой и электрической мощностей

Условие: «Наилучший вариант по энергоэффективности для данного распределения» по критерию (3.21)

Анализ ограничений по

тепловым сетям (трассировка, оценка

пропуск. способности, гидравл.расчеты)

«Нет»

Проверка ограничений (3.16)-(3.19) балансам тепловой и электрической мощности

Расчет «Полных приведенных затрат по энергоэффективному варианту» - по алгоритму (3,5;3.7;3.22-3.24)

Рисунок 3.4. Особенности включения процедуры оценки тепловой генерации по энергоэффективности в алгоритм обоснования схем теплоснабжения городов (цветом выделены блоки программ, защищенных свидетельствами)

3.6.3. Описание основных программных модулей

Модуль Н («Нагрузка»). Основное назначение модуля - на основе принятых к рассмотрению в данном варианте значениям нагрузок, с учетом их структуры и графикам отпуска тепла от источника определить расчетные расходы теплоносителя к данной совокупности абонентов.

Важно, чтобы в сопоставляемых вариантах принималась одинаковая структура нагрузок, хотя расположение конкретного абонента (относительно источников) может быть разным, и - соответственно - потери и затраты энергии при ее транспорте (см. следующий модуль).

Модуль Т («Трассировка»). Модуль ответственен за то, чтобы корректно отразить принятое решение по подключению абонента к той или иной камере, тепломагистрали. Обычно стремятся, чтобы каждый новый потребитель (абонент) был присоединен к ближайшей тепловой камере. В противном случае данной подключение будет ставиться в заведомо невыгодные условия.

Разные варианты подключений будут давать новые распределения расходов теплоносителя по участкам и нагружаемой магистрали. Поэтому итогом работы модуля является определение для каждого варианта подключения совокупности новых абонентов значений пропускных способностей (диаметров) по участкам тепловой сети.

Выбор диаметров трубопроводов сетей основывается на рекомендациях из нормативов.

Для известных длин новых участков теплосетей определяются затраты (обычно - по известным удельным капвложениям для заданного типа прокладки и выбранного расчетом диаметра) в строительство новых и перекладку существующий на больший диаметр.

Модуль Г («Гидравлика»). Назначение модуля - проверка параметров (Р1, Р2... Рп) для существующих потребителей и вновь подключаемых потребителей. В нем реализуется расчет давлений по всем точкам сети. Заданными здесь являются сопротивления участков трубопроводов и значения

расходов в узловых точках сети.

Эти значения сравниваются в заданными предельными (ограничениями) по абсолютным значениям как в подающем, так и в обратном трубопроводах, а также - по значению необходимого располагаемого перепада для каждого из абонентов.

Точка подключения абонента, в которой не соблюдаются указанные ограничения - задает так называемого «диктующего» абонента. Массив таких диктующих точек (абонентов) используется для корректировки принятых решений.

Модуль П «Перекладка участков сети». Основное назначение данного модуля: на основе сложившихся «невязок» пьезометров, построенных в модуле Г - определить участки трубопроводов, диаметры которых (пропускные способности) необходимо корректировать (как правило - в стону их увеличения).

При подборе диаметров здесь нашли применения алгоритмы поиска. Наиболее простой алгоритм - градиентный. Для наиболее удаленного от источника диктующего абонента определяется «путь», для каждого участка этого пути определяются удельные потери давления (с учетом потерь по длине и местных сопротивлений).

Варианты изменений диаметров (пропускных способностей) ранжируются по отношению к удельным капвложениям для перекладки.

В алгоритме проверки пропускной способности магистрали используется пошаговое увеличение нагрузки в заданной точке сети. Если нагрузка допустима, то прирост увеличивается с принятым шагом. Процесс повторяется, пока не будет достигнуто одно из условий: а) исчерпание пропускной способности ветки тепловой сети на пути к данному центру тепловой нагрузки, б) достижение максимально допустимой мощности теплового теплоисточника.

ВЫВОДЫ

1) Анализ применяемых на практике критериев показал их частный

характер и невозможность использования их для выбора структуры тепловой генерации на предпроектной стадии. В задачах управления развитием теплоэнергетических комплексов городов определяющей является предпроектная стадия, на которой выбирается структура источников теплоснабжения, их размещение и мощности на перспективу.

2) Показана определяющая роль показателя, характеризующего энергетическую эффективность всей совокупности источников теплоснабжения города. В качестве критерия для ранжирования вариантов и выбора структуры теплоисточников предложен интегральный показатель энергетической эффективности для совокупности тепловых источников городского поселения (с учетом работы ТЭЦ в зонах покрытия электрического и теплового графиков). Таким показателем является годовой отпуск электрической энергии в теплофикационном цикле, отнесенный к суммарному годовому отпуску тепловой энергии всеми тепловыми источниками города.

3) Обязательным условием сопоставления вариантов генерации тепла (с учетом возможной реконструкции и режимов использования существующих ТЭЦ) для городского поселения является условие одинаковой электрической мощности: для альтернативных вариантов (с недовыработкой электрической мощности) в приведенных расчетных затратах должны быть учтены затраты на «замещающую» мощность.

4) Приведена методика выбора структуры тепловой генерации на перспективу при разработке схем теплоснабжения городов по критерию повышения общей энергоэффективности с учетом условий, перечисленных выше (пп.1-3). Разработан алгоритм ее решения на предпроектной стадии выбора состава и профиля тепловых источников городских поселений.

4. АПРОБАЦИЯ МЕТОДИКИ АНАЛИЗА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ НА ПРЕДПРОЕКТНЫХ СТАДИЯХ ВЫБОРА СТРУКТУР ТЕПЛОВОЙ ГЕНЕРАЦИИ ГОРОДОВ

Интегральные показатели, приводимые в сводных таблицах схем теплоснабжения городов, отражают существующее положение в сфере теплоснабжения.

Практическое применение разработанной методики (и эффективность этого) можно демонстрировать на основе конкретных данных схем теплоснабжения городов, когда на основе приведенных соотношений проводят анализ энергетической эффективности групп тепловых источников, и (на основе этого) перераспределяют нагрузки, как для существующих в поселении объектов, так и для перспективных, при развитии города и возникновении новых объектов. Далее рассматриваются результаты таких применений.

4.1. Энергетическая эффективность перевода нагрузки от котельных к сетям ТЭЦ в Нижнем Новгороде

На примере изменений в Схеме теплоснабжения города Нижнего Новгорода покажем, как предложенные соотношения могут быть применены для анализа данных, обычно не приводимых в схемах теплоснабжения городов.

Схемой [40] в частности предусмотрен вывод из работы ряда неэффективных котельных с переключением потребителей на теплоснабжение от Сормовской ТЭЦ, имеющей резерв тепловой мощности. Перечень выводимых котельных приведен в таблице 4.1 [41] далее.

ООО «Теплоэнерго», являясь наиболее крупным поставщиком тепловой энергии в Нижнем Новгороде, эксплуатирует большую часть муниципальных котельных, обеспечивающих тепловой энергией жилищно-коммунальный сектор. Список 18 котельных Сормовского района приведен в таблице 4.1.

Таблица 4.1. Перечень муниципальных котельных, эксплуатируемых ООО

«Теплоэнерго» в Сормовском сетевом районе Нижнего Новгорода[42]

№ п/п Месторасположения котельной

1 Котельная отдельностоящая, пр. Союзный, 43

2 Котельная отдельностоящая "Циолковского, 5", ул. Коперника, д.1а (Сормовский район)

3 Котельная отдельностоящая (БМК), ул. Римского-Корсакова, 50 (Сормовский район)

4 Котельная отдельностоящая, ул. Пугачева, д.1 (Сормовский район)

5 Котельная отдельностоящая 4 МР Сормово, ул. Баренца, д.9а (Сормовский район)

6 Котельная отдельностоящая Баня №7, ул. Станиславского, д.3 (Сормовский район)

7 Котельная отдельностоящая 9 МР Сормово, ул. Базарная, д.6 (Сормовский район)

8 Котельная отдельностоящая 7 МР Сормово №1, ул. Гаугеля, д.6б (Сормовский район)

9 Котельная отдельностоящая 7 МР Сормово №2, ул. Гаугеля, д.25 (Сормовский район)

10 Котельная отдельностоящая Роддом №6, ул. Сутырина, д.19а (Сормовский район)

11 Котельная отдельностоящая, ул. Иванова, д.36б (Сормовский район)

12 Котельная отдельностоящая 3 МР Сормово, ул. Иванова, д.14д (Сормовский район)

13 Котельная отдельностоящая Квартал Энгельса, ул. Энгельса, д.1в (Сормовский район)

14 Котельная отдельностоящая поселок Народный, ул. Планетная, д.8а (Сормовский район)

15 Котельная отдельностоящая школа №116, ул. Меднолитейная, д.1б (Сормовский район)

16 Котельная отдельностоящая школа №90, пер. Общественный, д.6а (Сормовский район)

17 Котельная отдельностоящая (БМК) пос. Дубравный, ул. Дубравная, д.17 (Сормовский район)

18 Котельная отдельностоящая "КЭЧ", ул.Федосеенко, д.89а (Сормовский район)

В таблице 4.2 приведены основные технико-экономические (эксплуатационные) показатели работы Сормовской ТЭЦ за период 2011 ^ 2016 годы, включающие в себя показатели функционирования систем теплоснабжения в части источника с комбинированной выработкой тепловой и электрической энергии.

Таблица 4.2. Основные технико-экономические показатели работы Сормовской ТЭЦ, поставляющей тепловую энергию ООО «Теплоэнерго» в Нижнем Новгороде [42]

№ п/п Наименование показателей Размерность Годы

2011 2013 2014 2015 2016

1 Выработка электроэнергии млн. кВт 1 152,1 855,6 892,1 893,8 829,6

2 Собственные нужды электроэнергии млн. кВт 129,9 117,0 117,5 117,5 116,4

№ п/п Наименование показателей Размерность Годы

2011 2013 2014 2015 2016

в том числе на выработку электроэнергии млн. кВт 65,6 59,0 60,2 60,3 58,1

на отпуск тепла млн. кВт 64,3 58,0 57,3 57,2 58,3

3 Отпуск электроэнергии млн. кВт 1 022,2 738,6 774,6 776,3 713,2

4 Отпуск тепла тыс. Гкал 1 118,1 1 131,6 1 078,8 1 080,7 1 135,7

5 Полезный отпуск тепла тыс. Гкал 1 115,5 1 129,0 1 076,3 1 078,2 1 133,2

6 Годовой расход условного топлива, в т.ч: тыс. т.у.т. 518,9 413,2 418,6 419,5 373,1

природного газа натурального млн. м3 393,4 335,8 346,9 н/д н/д

природного газа условного тыс.т.у.т. 450,2 286,2 400,2 н/д н/д

мазута натурального тонн 50 396 20 685 14 149 н/д н/д

мазута условного т.у.т. 68 746 26 941 18 429 н/д н/д

7 УРУТ на отпуск эл.энергии гр./КВт-ч 276,1 278,2 277,0

8 УРУТ на отпуск тепл.энергию кг/Гкал 153,2 150,1 151,0

Анализ баланса мощностей по отпуску тепловой энергии для Сормовской ТЭЦ показал, что имеется существенный резерв (порядка 116 Гкал/ч). Как следует из анализа существующего положения показатели энергоэффективности Сормовской ТЭЦ существенно лучше, чем большая часть котельных, оборудование которых достаточно старое; по некоторым котельным кпд выработки тепла не превышает 80 % (что соответствует УРУТ более 178 кГ/Гкал). Это явилось основной предпосылкой рассматривать технические возможности перевода потребителей с этих неэффективных источников (котельных) на теплоснабжение от Сормовской ТЭЦ. При этом увеличение отпуска тепловой энергии от ТЭЦ создавало бы возможность вырабатывать эффективным теплофикационным способом дополнительную электрическую мощность. В последние годы участие Сормовской ТЭЦ в ОРЭМ постоянно сокращалось.

Теплоснабжение потребителей в этом районе города будет более эффективным после соответствующей реконструкции источников и строительства дополнительных сетей подключения к магистралям от Сормовской ТЭЦ. При этом часть котельных в соответствии с мероприятиями актуализированной схемы будут преобразованы в ЦТП, другая часть будет

выводиться из работы.

Показатели котельных приняты по материалам схемы [42], описывающих существующее положение на 31.12.2017 г. В таблице 4.2 приведены показатели эффективности выработки и отпуска тепловой энергии для Сормовской ТЭЦ. Поскольку при переводе потребителей на теплоснабжения от Сормовской ТЭЦ будут введены в работу новые участки тепловых сетей несколько возрастут потери энергии при транспорте этой мощности.

Однако энергетическая эффективность такого переключения в целом возрастает, т.к. удельный расход на выработку и отпуск тепловой энергии от ТЭЦ составляет 150,1 кг/Гкал, тогда как от тот же показатель для лучших котельных ООО «Теплоэнерго» - не лучше, чем 162 кг/Гкал, а для выводимых из работы котельных - от 168 до 192 кг/Гкал, т.е. относительная эффективность выработки тепловой энергии - от 11% до 38 %.

Таблица 4.3. Результаты апробации методики выбора структуры тепловой генерации в схеме теплоснабжения районов Нижнего Новгорода

Район города Наименование ТЭЦ Уд. расход топлива для ТЭЦ, кг.у.т./Гкал Кол-во котельных Уд. расход топлива для котельных, кг.у.т./Гкал Годовой расход топлива (по всем источникам, т.у.т. Изменение энергоэффективности, т.у.т.

до после

Сормовский Сормовская ТЭЦ 152 11 168-172 19 880 18 764 117

Автозаводский Автозаводская ТЭЦ 154 4 174-176 36 880 34 540 2 340

Нагорный Нижегородская ТЭЦ 150 16 164 421 090 417 670 3 421

Даже с учетом некоторого увеличения потерь при транспорте тепловой энергии энергетический эффект остается положительным, и значительным, что и определяет эффективность проводимых мероприятий.

Применение этой методики на уровне районов крупного города (Нижнего Новгорода) позволило получить существенные эффекты в энергоэффективности теплоснабжения этих районов путем перенесения тепловых нагрузок с неэффективных котельных на существующую крупную ТЭЦ (табл. 4.3).

4.2. Энергетическая эффективность совокупностей источников

теплоснабжения при различных вариантах их развития

Обоснованная выше методика выбора оптимального варианта организации теплоснабжения на примере двух схем теплоснабжения крупных городов (Красноярск и Тюмень) показала ее комплексный характер в части подхода к выбору и технико-экономическому обоснованию варианта организации теплоснабжения с учетом затрат и возможной экономии топлива и влияния принятых решений на энергоэффективность системы теплоснабжения в целом по рассматриваемой территории (городу).

В утверждаемой части схемы теплоснабжения г. Красноярска до 2033 г. указано, что «реализация мероприятий в целом позволит снизить объем потребления топлива котельными, что будет способствовать улучшению экологической обстановки в городе».

Рисунок 4.1. Снижение УРУТ в целом по городу (с учетом отпуска тепловой энергии от ТЭЦ) при реализации мероприятий схемы теплоснабжения

При этом, как видно из рисунка 4.1, в целом по городу снижение прогнозируемой величины УРУТ будет достаточно небольшим, что объясняется сохранением в работе (в соответствии с рекомендованным сценарием развития СЦТ) наиболее крупных котельных, и, как следствие, недостаточным использованием потенциала комбинированной выработки электрической и

тепловой энергии.

Аналогичный анализ был проведен для данных утвержденной схемы теплоснабжения г.Тюмени (до 2033 года). Очевидно, что потенциал ТЭЦ города позволяет, по крайней мере, половину перспективной нагрузки покрывать за счет имеющихся резервов тепловой генерации существующих ТЭЦ, а перевод нагрузок на районные и локальные котельные - почти на 7 % снижает коэффициент полезного использования топлива (рисунок 4.2).

0,600

0,59

0,580 0,58 V/ 0,58

§ 0,560 г 0,56

** * Н и'м 0,54 0,54 0,54

| 0,540 ч^3 0,53 0,53

0,520

0,500

• Запроектированно и схеме

Рисунок 4.2. Эффективность выработки энергии по тепловым источникам г.

Тюмени при реализации мероприятий схемы, МВт*ч/Гкал

Таким образом, внедрение предлагаемой методики позволяет комплексно оценить эффективность выработки энергии в границах города. Выбор наилучшей структуры тепловой генерации в рамках разработки (актуализации) схем теплоснабжения позволит снизить топливные затраты на расчетный период в границах территории и, соответственно, на душу населения.

На основании анализа схем теплоснабжения крупных городов, определялась текущая эффективность выработки энергии в городах (таблица 4.4), результаты расчетов приведены на рисунках 4.3,4.4.

Рисунок 4.3. Эффективность выработки энергии (МВт*ч/Гкал) по ряду городов численностью населения от 500 тыс. чел. и выше

Приведенные данные говорят о том, что показатель энергоэффективности существенно различен для городов РФ, причем - не всегда однозначно связан с сокращением затрат на топливо по стат. отчетности. Например, в Омске (с относительно высокими удельными затратами условного топлива на одного жителя по сравнению с большинством других городов) эффективность выработки энергии самая высокая, исходя из исходных данных схем теплоснабжения городов.

Предложение по применению единой методологии оценки связано с использованием разработанной методики для прогнозирования энергетической эффективности систем теплоснабжения с учетом технико-экономического обоснования выбора оптимального варианта теплоснабжения.

Таблица 4.4. Энергетическая эффективность выработки энергии (МВт*ч/Гкал) в крупных городах России

№ п/п Город ГСОП, 0С*сут./год Теплофикац. выработка эл.энергии на ТЭЦ, тыс. кВт*ч Годовой отпуск тепл.энергии от ТЭЦ, Гкал Год.отпуск тепл.энергии от кот-ных, Гкал Эффект-сть выработки энергии, МВт*ч/Гкал Доля отпуска ТЭ от ТЭЦ

1 Волгоград 3 924,80 1 546 516 2 723 600 5 091 600 0,198 0,35

2 Кемерово 6 356,00 1 923 677 5 950 700 6 717 600 0,152 0,47

3 Краснодар 2 682,00 582 544 1 319 000 1 982 900 0,176 0,40

4 Красноярск 6 221,00 2 641 109 8 048 900 2 636 000 0,247 0,75

5 Нижний Новгород 5 181,50 2 187 914 4 259 000 5 012 840 0,236 0,46

6 Омск 6 069,60 3 702 037 8 996 100 8 865 0,411 1,00

7 Ростов-на-Дону 3 336,60 591 100 1 508 000 2 479 720 0,148 0,38

8 Рязань 4 888,00 1 700 900 4 341 329 863 664 0,327 0,83

9 Саратов 4 418,00 1 744 432 4 467 600 1 922 000 0,273 0,70

10 Тольятти 5 115,60 3 882 520 10 174 653 877 944 0,351 0,92

11 Томск 6 500,70 1 481 116 4 505 680 1 024 920 0,268 0,81

12 Тула 4 600,00 318 300 1 420 000 2 902 000 0,074 0,33

13 Тюмень 6 221,10 3 088 790 5 919 250 2 636 000 0,361 0,69

14 Ульяновск 5 384,80 1 836 000 4 191 000 950 995 0,357 0,82

15 Уфа 5 516,70 2 737 850 8 388 600 3 428 065 0,232 0,71

16 Ярославль 6 143,80 1 541 446 4 109 967 2 010 342 0,252 0,67

4.3. Оценка энергетической эффективности при выборе типа источников теплоснабжения на перспективу

В статье [116] выдвинута идея гибкого распределения совокупных затрат между производимыми видами энергии для ТЭЦ. Очевидно, что на сегодня исходные нормативно-правовые условия имеются для реализации такого подхода в практике управления развитием энергетики региона. Однако это не реализуется при разработке схем теплоснабжения городов. Для этого -несколько причин:

- до настоящего времени считалось, что метод распределения затрат должен быть единым для всех регионов и страны в целом;

- механизм сбора данных для схем на перспективу предполагает использование данных энергоснабжающих организаций (в частности - их инвестиционные программы), которые, приняв единожды некий метод распределения, не решаются им варьировать при выборе пути своего развития;

- инстанции, утверждающие схемы теплоснабжения городов, не ставят приоритетом энергоэффективность энергоснабжения, и, следовательно, не анализируют этот аспект ни при подготовке заданий на разработку, ни при приемке разработанных схем.

Из приведенных данных (см. таблицу 4.3 и рисунок 4.4) следует, что кроме основных факторов (численности населения и климатических параметров местности) на уровень эффективности теплоснабжения влияют и некоторые другие факторы. Более детальное рассмотрение общих показателей и свойств систем теплоснабжения крупных городов позволило выявить следующие характерные зависимости.

Относительно высокий уровень затрат топлива на удовлетворение нужд теплоснабжения выявляется как в городах с относительно теплым климатом, так и расположенных в Сибири и Северных регионах России. На рисунке 4.4 показаны [23] значения коэффициента энергоэффективности (3.61), рассчитанные для городов Краснодара, Рязани, Тольятти, Ульяновска, Омска, сохранившим превалирование теплофикационного отпуска тепла от ТЭЦ, в сравнении с основной группой, представленной значениями этого коэффициента для Ростова-на-Дону, Владивостока, Ярославля, Красноярска и Томска.

Рисунок 4.4. Сравнение энергоэффективности (удельной выработки электроэнергии на тепловом потреблении) городов основной группы (ряд 1) и городов, сохранившим превалирование теплофикационного отпуска от ТЭЦ (ряд 2).

Такое детальное рассмотрение общих показателей теплоснабжения, позволило выявить следующее: относительно высокий уровень затрат топлива на теплоснабжение выявляется как в городах с относительно теплым климатом, так и расположенных в Сибири и Северных регионах России.

Однако можно проследить и основную тенденцию в городах с долей покрытия тепловых нагрузок от ТЭЦ, более 60 % - энергоэффективность устойчиво выше (на 10-30 %). На сравнительном графике, отражающим суммарные годовые показатели разных городов РФ в такой группе городов (Ряд 2) удалось сохранить долю выработки тепловой энергии на ТЭЦ свыше 60 %.

Не смотря на разные климатические условия, за счет значительной доли отпуска тепловой энергии от ТЭЦ удельная выработка теплофикационной электрической энергии существенно выше, чем в аналогичных климатических условиях, но с меньшей долей отпуска тепла от ТЭЦ (Ростов-на-Дону - для ГСОП 3337 удельная выработка всего 0,148 кВт-ч/Гкал, Самара - при ГСОП 4811, Эуд = 0,214 кВт-ч/Гкал, Красноярск - при ГСОП 6221, Эуд = 0,247 кВт-

ч/Гкал).

Сравнение данных по 12 городам подтверждает результативность методики выбора структуры тепловой генерации при разработке схем теплоснабжения городов на перспективу.

Аппроксимация приведенных данных показывает существенно различный уровень затрат на топливо для разных систем, отличающихся между собой, как составом источников систем теплоснабжения, их мощностей и типов, так и параметрами развития подключенной к ним застройки, в широком диапазоне климатических условий РФ. И, тем не менее, прослеживается некоторая тенденция: зависимость показателя энергоэффективности от степени использования мощностей комбинированной выработки тепловой и электрической энергии на ТЭЦ этих городов. В городах (при разработке мастер-планов для схем теплоснабжения), где удалось сохранить превалирование теплофикации (- уровень топливных затрат на 7 - 12 % ниже аналогичных систем, которые эксплуатируются в похожих условиях.

На основе приведенных сводных данных можно сделать заключение, что в городах, где сохранено превалирование теплофикации (как в по структуре загруженных теплоисточников, так и по структуре отпуска тепловой энергии от ТЭЦ) - уровень топливных затрат на 7 - 12 % ниже аналогичных систем, которые эксплуатируются в похожих условиях.

ВЫВОДЫ

1) Методика анализа энергетической эффективности совокупностей источников теплоснабжения применена для определения текущих показателей эффективности выработки энергии для крупных городов РФ (в том числе и с численностью населения от 500 тыс. чел. и выше).

2) Анализ энергетической эффективности источников теплоснабжения в схемах теплоснабжения 28 крупных городов России показал следующее:

- удельное потребление условного топлива на одного жителя для большинства крупных городов России (приведенное к ГСОП) - в диапазоне: от

0,30 до 0, 56 т.у.т./чел/ГСОП.

- уровень нормативных тепловых потерь при транспорте тепловой энергии, утверждаемых в последние годы для большинства крупных городов - на уровне от 8 до 12 %, тогда как для промышленно-жилых агломераций (ПЖА) он существенно выше (15-20%), а в некоторых случаях (Тольятти, Новокузнецк) -до 23-26 %;

- соответственно «фактические» тепловые потери в сетях, отражаемые в обосновывающих материалах схем теплоснабжения, для большей части крупных городов достигают 18 %, а для промышленно-жилых агломераций - до 39 %;

3) Отличие ПЖА по макропараметрам энергетической эффективности объясняется относительно большей удельной протяженностью тепловых сетей. Для городов этой группы (ПЖА) характерны:

- увеличенная в сравнении с другими городами доля магистральных и транзитных трубопроводов в сетях;

- относительно большие диаметры участков сетей (в среднем на 5-8%).

4) Применение методики анализа энергетической эффективности совокупностей источников теплоснабжения позволило классифицировать системы теплоснабжения крупных городов РФ(в том числе и с численностью населения от 500 тыс. чел. и выше) по уровню использования топливных ресурсов для целей теплоснабжения: наряду с известными факторами - размер поселения по численности и различие климатических условий - выявлены большие группы городов, различающиеся степенью теплофикации в централизованном теплоснабжении.

5) Анализ энергетической эффективности источников теплоснабжения в схемах теплоснабжения 28 крупных городов России подтвердил существенное влияние уровня теплофикации и использования имеющегося потенциала производства ТЭЦ на общую энергетическую эффективность теплоснабжения городов в пределах 7-12 %.

103

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Анализ материалов схем теплоснабжения крупных городов России подтвердил тенденцию снижения общей энергетической эффективности теплоснабжения, а - в качестве причины - действие основного фактора: «котельнизации» городов при планировании развития и модернизации источников теплоснабжения.

2. Обоснованы соотношения для анализа энергетической эффективности совокупности систем теплоснабжения городов на предпроектной стадии выбора вариантов развития в схемах теплоснабжения городов. Применение соотношений показало, что снижение доли отпуска тепловой энергии от источников с комбинированной выработкой тепловой и электрической энергии происходит из-за раздельного анализа тепловых и электрических балансов региона.

3. Анализ энергетической эффективности источников теплоснабжения в схемах теплоснабжения 28 крупных городов России показал следующее: удельное потребление условного топлива на одного жителя для большинства крупных городов России (приведенное к ГСОП) - в диапазоне: от 0,30 до 0, 56 т.у.т./чел/ГСОП. Отличие ПЖА по макропараметрам энергетической эффективности объясняется относительно большей удельной протяженностью тепловых сетей. Для городов этой группы (ПЖА) характерно: увеличенная в сравнении с другими городами доля магистральных и транзитных трубопроводов в сетях; относительно большие диаметры участков сетей (в среднем на 5-8%).

4. С учетом полученных результатов разработана методика выбора структуры тепловой генерации городов, отличающаяся применением дополнительного критерия энергоэффективности и системой учитываемых ограничений по энергетическим балансам региона.

5. Разработанная методика выбора структуры тепловой генерации

апробирована при анализе схем крупных городов РФ. Эффективность (по районам и в целом по городу) составила от 16,5 млн. до 180,0 млн. рублей в год. Применение разработанной методики позволит повысить энергетическую эффективность имеющихся ресурсов ТЭЦ.

ИСПОЛЬЗОВАНННЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

В работе использованы следующие сокращения:

АЭС атомная электростанция

ГВт гигаватт

ГДж гигаджоули

Гкал гигакалории

ГРЭС государственная районная электростанция

ГЭС гидроэлектростанция

ЕС Европейский Союз

ДГС дизель-генераторная станция

ЖКУ жилищно-коммунальные услуги

кВт.ч киловатт-час

КИУМ коэффициент использования установленной мощности

КПД коэффициент полезного действия

МВт мегаватт

МУП муниципальное унитарное предприятие

МЭА международное энергетическое агентство

НОРЭМ новый оптовый рынок электроэнергии (мощности)

ОРУ открытое распределительное устройство

ОСР общестанционные расходы

ПН производственные нужды

ППР планово-пр едупредительный р емонт

ПСВ подогреватель сетевой воды (ТФУ)

ПЭН питательный электронасос

РДЭС р езервная дизельная электростанция

РУ распределительное устройство

РФ Российская Федерация

РЭА Российское энергетическое агентство

СНиП строительные нормы и правила

СН собственные нужды

СЦТ система (ы) централизованного теплоснабжения ТГ Турбогенератор

ТПЭ технологические потери электроэнергии

ТСН трансформатор СН

ТТ трансформатор тока

ТСЖ товарищество собственников жилья

ТУ турбинная установка

Тут тонн условного топлива

ТФУ теплофикационная установка

ТЭБ топливно-энергетический баланс

ТЭК топливно-энергетический комплекс

ТЭС тепловая электрическая станция

ТЭЦ теплоэлектроцентраль

УРУТ удельные расходы условного топлива

ФСТ Федеральная служба по тарифам

ХВО химводоочистка

ХН хозяйственные нужды

ЦЕНЕФ центр эффективного использования энергии

ЦТ централизованное теплоснабжение

ЧДД чистый дисконтированный доход

ЭСКО энергосервисная компания/энергосервисный контракт

ЭХ энергетическая характеристика

107

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ

Обозначение Размерность Наименование величины

величины величины

a - коэффициент ежегодного возврата капитала

b тут/Гкал, тут/кВт.ч удельный расход топлива теплоисточником (энергоустановкой, совокупностью теплоисточников, установок) на единицу выработанной (отпущенной) энергии

b1.. bn тут/Гкал удельные расходы топлива на выработанную (отпущенную) тепловую энергию от каждой из систем совокупности

Abi тут/Гкал изменение удельного расхода топлива

B тут, тыс.тут суммарный расход топлива за определенный период (источником, установкой, совокупностью теплоисточников поселения, города)

i индекс (номер) текущего теплового источника в совокупности котельных

j индекс (номер) текущего теплового источника в совокупности теплоэлектроцентралей (ТЭЦ)

I,J ед. количество тепловых источников (котельных) и количество источников (ТЭЦ), соответственно

Л'^2 J ед. подмножество узлов-потребителей, узлов-источников(ТЭЦ), узлов-истоников (котельных), входягцие в обгцее множество узлов ^

N ед. количество источников (систем) всего в поселении, городе

P, pj МВт заданная (текущая) мощность выработки эл.энергии для совокупности источников с генерацией эл.энергии, и нагрузка ]-го источника в совокупности

Q Гкал, тыс.Гкал объем тепловой энергии, отпущенный теплоисточником (установкой, совокупностью источников, установок) за

этот определенный период времени (час, месяц, квартал, год)

Гкал/ч производительность (тепловая мощность) -ого теплового источника (ТЭЦ)

Гкал, тыс.Гкал отпуск тепловой энергии от каждой из систем, составляющих совокупность

№ Гкал, тыс.Гкал изменение отпуска тепловой энергии ¡-той системой

И тыс.руб ежегодные издержки

Стт тыс.руб себестоимость транспорта тепловой энергии

К тыс.руб капитальные вложения (в тепловой источник, тепловые сети и т.п.)

Т алт руб/Гкал тариф альтернативной котельной

Фг тыс.руб/год годовой фонд основной заработной платы

Д2 Д2 тыс.руб/год доплата по премиальным системам при расчете издержек по вариантам развития

тыс.руб «экономическая» характеристика теплового источника, как зависимость приведенных затрат в его сооружение от заданных проектных нагрузок

7 7 ИТ тыс.руб совокупные приведенные затраты в тепловой источник по данному варианту развития

э Экономический эффект

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Таблица П1.1 Данные по обоснованию структуры тепловой генерации в схемах теплоснабжения крупных городов (численностью от 500

тыс. чел. и выше).

№ п/п Город Вариант развития Использование ВИЭ на выработку тепловой энергии Наличие блоков, работающих в режиме вынужденной генерации

Барнаул Применительно к энергосистеме Алтайского края в схеме и программе развития Единой энергетической системы России на 2016-2022 годов приняты следующие решения. Реконструкция и модернизация источников, переключение тепловой нагрузки (доступность, обоснованность) Проведен расчет (солнечные теплообменные установки). Внедрение неэффективно ст. № 6 (ПР-60-120/13/1,2), ст. № 7 (Р-25-130-13) БТЭЦ-2

Владивосток Строительство ГТ-ТЭЦ «Восточная» на площадке ЦПВБ мощностью 420 Гкал/ч. Реконструкция ТЭЦ-1, ТЭЦ-2. Расширение котельной «Северная» до 500 Гкал/ч, строительство котельной «Змеинка» мощностью 250 Гкал/ч. Мастер-план отсутствует. Использование ВИЭ не рассмотрено отсутствуют

Екатеринбу рг Покрытие перспективной тепловой нагрузки планируется осуществлять за счет НовоСвердловской ТЭЦ (204 Гкал/ч), ТЭЦ «Академическая», котельной ООО «Химмаш-Энерго», вводимой в эксплуатацию котельной мкр. «Солнечный», а также за счет строительства новых котельных на природном газе. Также к реализации предлагается переоборудование ЦТП по ул. Краснофлотцев, 48б в котельную. Переключение тепловой нагрузки 9-ти котельных на ТЭЦ Использование ВИЭ не рассмотрено н/д

Ижевск В 2016 г. филиал «Удмуртский» ПАО «Т Плюс» рассматривал два варианта развития ТЭЦ-1: а) работа неблочной части ТЭЦ на оптовом рынке с реконструкцией магистрального трубопровода Dy 500 мм на Dy 800 мм от Ижевской ТЭЦ-1 до ТК1.101 для подключения перспективной нагрузки и переводом нагрузки от котельной ОАО «ИМЗ»; б) на Ижевской ТЭЦ-1 вывод из эксплуатации турбоагрегатов № 1, 4, 7 с сохранением текущей тепловой нагрузки с выполнением замещающих мероприятий. В качестве Использование солнечных теплообменных установок для нового строительства или реконструкции действующих источников отсутствуют

№ п/п Город Вариант развития Использование ВИЭ на выработку тепловой энергии Наличие блоков, работающих в режиме вынужденной генерации

возможного варианта развития Ижевской ТЭЦ-2 рассматривается возможность переключения текущей и перспективной тепловой нагрузки котельной ЗАО «Ижмет-маш» на ТЭЦ-2 теплоснабжения на территории г. Ижевска было признано нецелесообразным.

Кемерово В схеме теплоснабжения однозначно по вариантам предлагается: сохранение в работе удаленных котельных ОАО «Теплоэнерго» (20 шт.), ОАО «СКЭК» (3 шт.); увеличением зон действия котельных ОАО «Теплоэнерго» (9 шт.) при осуществлении в их зонах перспективной застройки; вывод из эксплуатации котельных ОАО «Теплоэнерго»: закрытие котельной № 46 с переключением потребителей на котельную № 52; теплоснабжение новой застройки ЖКС района Лесная Поляна от индивидуальных котельных. Увеличение зоны действия Кемеровской ТЭЦ за счет подключения к ней перспективных потребителей ряда кварталов. Увеличение зоны действия Кемеровской ГРЭС, Ново-Кемеровской ТЭЦ и Заискитимской водогрейной котельной (с установкой на котельной оборудования для выработки электроэнергии) при подключении к ним перспективных потребителей. Использование ВИЭ не рассмотрено н/д

Киров Перевод нагрузки всех котельных на ТЭЦ. Установка индивидуальных котлов в зоне нового строительства (в исторической части города) Использование ВИЭ не рассмотрено отсутствуют

Краснодар Вариант № 1 направлен на использование существующего потенциала ТЭЦ и их новое строительство, но ввиду отсутствия инвесторов в период 2013-2015 гг.; Схемой и программой развития Единой энергетической системы России на 2015-2021 гг. не предусматривается ввод новых объектов теплоэлектрогенерации. В этой связи данный вариант не был реализован. Вариант № 2 (находится в стадии реализации): развитие распределён-ной теплогенерации (котельных) для покрытия существующих и перспективных тепловых нагрузок с учетом максимальной загрузки существующих источников комбинированной выработки тепловой и электрической энергии (без строительства новых объектов тепло-электрогенерации). 0,4% от суммарного потребления топлива в городе приходится на возобновляемый вид топлива - подсолнечную лузгу. н/д

№ п/п Город Вариант развития Использование ВИЭ на выработку тепловой энергии Наличие блоков, работающих в режиме вынужденной генерации

Красноярск При формировании, рассмотрении, анализе и выборе вариантов развития базовых энергоисточников системы теплоснабжения города Красноярска - Красноярских ТЭЦ -был выполнен анализ Схемы и программы развития электроэнергетики Красноярского края на период до 2018 г., также была рассмотрена Схема и программа развития Единой энергетической системы России на 2014-2020 годы. Тепловая загрузка ТЭЦ города Красноярска увеличивается не только за счёт перспективных планируемых тепловых нагрузок станций, но и за счёт переключения тепловой нагрузки от котельных города на ТЭЦ. 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»). Также предусмотрено расширение зон действия ряда котельных и новое строительство котельных, закрытие ряда котельных (ООО «ФармЭнерго»). Рассмотрен вариант использования энергии сточных вод. В качестве технологии, позволяющей утилизировать тепло канализационных стоков, рассмотрено использование теплового насоса. В качестве рекомендованного данное решение вовлечения ВИЭ в тепловой баланс города не рассматривается ввиду высоких капитальных вложений и срока окупаемости отсутствуют

Липецк В схеме теплоснабжения сформированы четыре сценария развития системы теплоснабжения г. Липецк до 2032 г. и учтены базовые мероприятия, включенные в каждый из них: • строительство тепловых сетей для обеспечения перспективных приростов тепловой нагрузки, вводимой в период 2017-2031 гг.; • реконструкция тепловых сетей для обеспечения нормативной надежности теплоснабжения; • перевод потребителей системы теплоснабжения, работающих по открытой схеме ГВС, на закрытую схему до 2022 г. отсутствуют турбоагрегаты ст. №№ 1, 3, 5 ТЭЦ-2

№ п/п Город Вариант развития Использование ВИЭ на выработку тепловой энергии Наличие блоков, работающих в режиме вынужденной генерации

Основа сценария № 1 - повышение температурного графика отпуска теплоносителя от Липецкой ТЭЦ-2 ПАО «Квадра» до 150/70 0С. Сценарий № 2 «Сохранение действующего температурного графика 130/70 оС». Сценарий № 3. Перераспределение части существующей нагрузки ТЭЦ-2 ПАО «Квадра» между источниками тепловой энергии г. Липецк. Сценарий предусматривает возможность вывода из эксплуатации турбоагрегатов ст. №№ 1, 3, 5 ТЭЦ-2 ПАО «Квадра», непрошедших КОМ на ОРЭМ, и соответствует СиПр ЕЭС России на 2014 -2020 гг., утвержденных приказом Минэнерго России от 01.08.2014 г. № 495. Сценарий № 4. Строительство магистрали тепловой сети из Новолипецкого района г. Липецк.

Махачкала Предполагается строительство котельных пр. Акушинского 7-я линия, дом 2а, мощностью 3 Гкал/ч, и встроенной котельной по ул. Л. Чайкиной мощностью 0,25 Гкал/ч для теплоснабжения Республиканского перинатального центра и прокуратуры Кировского района. Предусмотрена реконструкция ТЭЦ (модернизация энергетических котлов БКЗ-75-39ТМ, БКЗ-75-39ГМА-2, водогрейных котлов ПТВМ-50) и скважин ОАО «Геоэкопром», предполагающая увеличение мощностей централизованного теплоснабжения. Концепция развития предполагает формирование и реализацию технических, технологических и организационных мероприятий для развития альтернативных источников, в т.ч.: реконструкцию существующих геотермальных скважин, которая предусматривает обратную закачку в материнский пласт, отработанной термальной воды от отсутствуют

№ п/п Город Вариант развития Использование ВИЭ на выработку тепловой энергии Наличие блоков, работающих в режиме вынужденной генерации

ТРС № 1, ТРС № 2, ТРС № 3; замену теплообменников (15 шт.) на теплообменники с титановыми пластинами

Набережны е Челны Реконструкция в связи с продлением паркого ресурса оборудования ТЭЦ и котельного цеха БСИ. Переход работы системы теплоснабжения г. Набережные Челны на температурный график 114/62 °С без срезки. Переход с «открытой» на «закрытую» схему ГВС Использование ВИЭ для реконструкции действующих источников теплоснабжения признано нецелесообразным отсутствуют

Новосибирск При актуализации схемы теплоснабжения на 2017 г. сценарий развития системы ЦТ города, предусматривающий строительство ТЭЦ-6, не рассматривался. При выполнении актуализации повторно скорректированы предполагаемые сроки ввода и установленные тепловые мощности предлагаемых ко вводу котельных на новых территориях. Так же предлагается строительство котельных в зонах низкоэффективных источников тепла. Увеличение мощности ТЭЦ-3 Выполнен краткий анализ возможности использования потенциала: тепла канализационных стоков, солнечной и геотермальной энергии, энергии биомассы. Сжигание ТБО является наиболее перспективным (обоснование отсутствует) отсутствуют

Омск Перераспределение тепловых нагрузок между источниками тепловой энергии, строительство теплотрассы от ТЭЦ-4 в зоны перспективного роста нагрузки Использование возобновляемых отсутствуют

№ п/п Город Вариант развития Использование ВИЭ на выработку тепловой энергии Наличие блоков, работающих в режиме вынужденной генерации

источников энергии в данном проекте не рассматривается.

Оренбург Рассмотрено 3 варианта. Вариант 1 предполагает закрытие 7 котельных, находящихся в зоне действия Сакмарской ТЭЦ, и перевод их тепловых нагрузок в объеме 84 Гкал/ч на Сакмарскую ТЭЦ. Вариант 2 предусматривает теплоснабжение удаленных перспективных площадок нового строительства в городе от собственных газовых котельных вместо передачи этой тепловой нагрузки на Сакмарскую ТЭЦ. Вариант 3 развития системы теплоснабжения города предлагает закрытие 16 малых котельных, находящихся в зоне действия Сакмарской ТЭЦ, и перевод их тепловых нагрузок с учетом тепловых потерь в тепловых сетях при присоединении к Сакмарской ТЭЦ. Рассмотрено использование солнечной энергии, но она признана нецелесообразной отсутствуют

Пермь Эффективный сценарий (принятый как базовый в части развития системы теплоснабжения г. Перми) предусматривает: загрузку существующих источников, перевод нагрузки части потребителей на ТЭЦ, строительство котельных на новых территориях Рассмотрены энергия ветра, энергия солнца, энергия приливов, отходы производства потребления. Подробнее рассмотрен вариант использования древесных отходов производства в качестве топлива для существующих источников выработки тепловой энергии, работающих на мазуте и угле. Проекты не имеют отсутствуют

№ п/п Город Вариант развития Использование ВИЭ на выработку тепловой энергии Наличие блоков, работающих в режиме вынужденной генерации

инвестиционной привлекательности

Ростов-на-Дону В результате предварительных проработок мероприятий по развитию системы теплоснабжения было рассмотрено два варианта развития системы теплоснабжения. Основные отличия по вариантам развития системы теплоснабжения в Схеме приводятся по объектам. Использование ВИЭ не рассмотрено отсутствуют

Рязань Мастер план отсутствует. К окончанию планируемого периода в г. Рязани планируется строительство блочно-модульных котельных вместо существующих котельных. По Ново-Рязанской ТЭЦ в связи с увеличением присоединенной тепловой нагрузки к окончанию планируемого периода планируется ряд мероприятий по увеличению располагаемой тепловой мощности. Использование ВИЭ не рассмотрено отсутствуют

Саратов Мастер-план отсутствует Использование ВИЭ не рассмотрено отсутствуют

Севастополь В схеме разработано четыре сценария (варианта) развития с применением базовых мероприятий в каждом. Сценарий № 1 предусматривает развитие системы теплоснабжения города на базе ЦТ без проведения реконструкции источника комбинированной выработки тепловой и электрической энергии; Сценарий № 2 предусматривает развитие системы теплоснабжения г. Севастополь на базе централизованного теплоснабжения с реконструкцией источника комбинированной выработки тепловой и электрической энергии Севастопольской ТЭЦ. Сценарий № 3 предусматривает развитие системы на базе распределенной или малой генерации с использованием комбинированной выработки электрической и тепловой энергии. Использование ВИЭ не рассмотрено отсутствуют

№ п/п Город Вариант развития Использование ВИЭ на выработку тепловой энергии Наличие блоков, работающих в режиме вынужденной генерации

Сценарий № 4 предусматривает развитие системы на базе распределенной или малой генерации, но в отличие от сценария № 3 без использования комбинированной выработки электрической и тепловой энергии.

Томск В мастер-плане утвержденной схемы теплоснабжения г. Томска до 2032 года были сформированы четыре основных сценария развития. Использование возобновляемых источников энергии в данном проекте не рассмотрено. отсутствуют

Тула в «Схеме теплоснабжения муниципального образования город Тула на период до 2033 г.» рассмотрены следующие варианты развития систем теплоснабжения муниципального образования город Тула на расчетный 2032 г.: - Вариант 1 - реконструкция действующих котельных без реализации переключений тепловых потребителей между зонами действия источников тепла; - Вариант 2 - реализация переключений потребителей тепловой энергии между зонами действия источников тепла (включая ТЭЦ-ПВС ПАО «ТЧМ», ТЭЦ-ПВС ПАО «КМЗ» и котельной № 2 ОАО «ТПЗ») при новом строительстве и реконструкции источников тепла и участков тепловых сетей, а также вывода из эксплуатации ветхих участков тепловых сетей, которые в данном варианте не потребуются для организации теплоснабжения потребителей. Использование возобновляемых источников энергии в данном проекте не рассмотрено. отсутствуют

Ульяновск В мастер-плане схемы теплоснабжения г. Ульяновска сформированы 4 Сценария развития Правобережных (Засвияжского, Железнодорожного, Ленинского) и 3 Сценария развития Левобережного (Заволжского) района г.Ульяновска. Использование ВИЭ не рассмотрено отсутствуют

Хабаровск В качестве основного принят сценарий развития системы теплоснабжения в зоне действия ХТЭЦ-1, заключающийся в восстановлении ресурса и поддержании работоспособности, с учетом надежности оборудования существующей ХТЭЦ-1. Использование ВИЭ не рассмотрено отсутствуют

Ярославль Для развития системы теплоснабжения г. Ярославль в мастер-плане предусмотрено 5 основных мероприятий Использование ВИЭ не рассмотрено отсутствуют

118

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Мелентьев Л.А., Штейнгауз Е.О. Экономика энергетики СССР. - М., Госэнергоиздат, 1959, 396 с.

2. Федеральный Закон РФ от 27.07.2010 г. №2 190-ФЗ «О теплоснабжении». -Собрание законодательства РФ. - М.,2010. - 55с.

3. Coming in from the Cold. Improving District Heating Policy in Transition Economies / OECD, IEA. 2006. - 264 p. [Электронный ресурс]: http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/cold.pdf (дата обращения: август 2016).

4. Демина О. В. Рынки тепловой энергии: тенденции пространственного организации//Пространственная экономика. 2016. №4. С.33-60. [Электронный ресурс]: http://spatial-economics.com/images/spatial-econimics/4_2016/SE.2016.4.033-060.Dyomina.pdf (дата обращения: февраль 2021).

5. Инструкция по составлению проектов планировки и застройки городов. СН 345-66 М., Стройиздат, 1966. - 39 с.