Лекция 2. (Тема 4.2) «Существующее состояние в сфере теплоснабжения поселений и городских округов.»
Прогноз перспективного спроса на тепловую энергию.
Перечень целевых показателей функционирования систем теплоснабжения.
Описание существующего состояния источников тепловой энергии (мощности), тепловых сетей и сооружений на них.
Технические и технологические проблемы систем теплоснабжения муниципального образования.
Генеральный план и показатели генерального плана.
Прогноз спроса на тепловую мощность в горячей воде.
Прогноз спроса на тепловую мощность и тепловую энергию (теплоту) для целей отопления и вентиляции объектов теплопотребления поселения.
Прогноз спроса на тепловую мощность и тепловую энергию для целей горячего водоснабжения.
Прогноз спроса на тепловую мощность в паре.
Согласование (утверждение) результатов разработки раздела.
Как вид деятельности или, по-современному, как «сфера бизнеса», разработка схем теплоснабжения населенных пунктов умерла вместе с завершением эры социалистического планирования. Те редкие работы, которые были выполнены как классические схемы теплоснабжения в последнем десятилетии прошлого века и в начале XXI в., были выполнены скорее «вопреки», нежели «благодаря», и инициированы теми руководителями городов, которые пришли во «власть» из «энергетики». Их число несопоставимо с количеством населенных пунктов в России. За последние 17 лет 28 схем теплоснабжения легло на полку очередных невостребованных проектов.
Почему мы перестали разрабатывать схемы теплоснабжения? С нашей точки зрения наиболее существенными причинами, в наибольшей степени повлиявшими на отказ от их разработки, послужили:
[1] падение спроса на теплоту и, зачастую, снижение тепловой нагрузки за счет падения промышленного производства привело к возникновению существенных резервов располагаемой тепловой мощности;
[1] нет спроса на теплоту и тепловую мощность – нет и потребностей в их обеспечении;
[1] нет потребностей в обеспечении спроса – можно использовать существующие мощности (как систем генерации, так и систем транспорта);
[1] при этом существующие резервы предполагаются достаточными для будущего развития и, отсюда, нет потребности в дополнительном развитии;
[1] нет потребности в развитии – нет и заказов на схемы теплоснабжения, основная задача которых и состояла в том, чтобы обеспечить будущее развитие.
Логика достаточно проста и отражает естественный процесс баланса спроса и предложения. И это процесс, разумеется, объективный. Если вспомнить также, что значительное количество поселений России имело не экономику развития, а, скорее, экономику «сжатия», то понятно, почему отсутствовал спрос на программы развития – нужда была в программах переселения. Многие города нуждались скорее в программах реабилитации, нежели программах развития.
Но каковы же последствия? И что мы потеряли за 15 лет бездействия?
1. Процедура «заказа» схемы теплоснабжения ушла вместе со старой системой управления.
2. Процедура территориального планирования, обеспечивающая планы развития поселения, хоть и существовала в нормативных требованиях, но не подкрепленная законодательно, давала существенные сбои, да и сам план развития поселения отражал скорее «амбиции» местного руководства, чем нес в себе объективную необходимость.
3. И уж точно, вся спонтанно возникающая потребность в плане городского развития не была подкреплена бюджетными инвестициями.
4. И как следствие, перестали существовать многие школы разработчиков схем теплоснабжения.
Вместе с тем, экономика России стабильно растет с гг. За семь лет развития мы практически выбрали все существующие резервы и вернулись в потреблении тепла и тепловой мощности на уровень 1990 г., а в потреблении электроэнергии по некоторым регионам («точкам роста») превысили этот показатель. Воникла необходимость в понимании того, будет ли обеспечен дальнейший рост экономики адекватным ростом энергетики и, что более важно, что нужно сделать в энергетике и топливоснабжении для того, чтобы обеспечить будущий рост. И снова возникла потребность в схемах теплоснабжения. Но условия существенно изменились.
Во-первых, в США и Странах Европейского союза активно развивалось законодательство и процедуры разработки IRP (Integrated Resources Planning – комплексное планирование ресурсов – прим. ред.). В 2000 г. в США был принят закон № 000-486, требующий разработки IRP для всех участников процесса энергоснабжения, действующих на территориях штатов, который содержал описание подробных инструкций и процедур разработки энергетических планов. В 2006 г. такой план, например, был представлен штатом Нью-Йорк.
В России в значительной мере нормы формирования планов развития энергетики лежат на двух фундаментальных законах, принятых в 2004 г. Это ФЗ № 000 от 01.01.2001 г. «Градостроительный кодекс» и ФЗ № 000 от 01.01.2001 г. «Об основах регулирования тарифов организаций коммунального комплекса». В них установлены два понятия планов: схема территориального планирования и план (программа) реализации схемы территориального планирования (Градостроительный кодекс) и Программа комплексного развития систем коммунальной инфраструктуры (ФЗ-210).
В некотором смысле это две стороны одного и того же. Схема территориального планирования определяет план развития территории, а программа комплексного развития определяет необходимость и очередность развития коммунальной инфраструктуры (прежде всего инженерной), обеспечивающей план развития территории (точки роста территории) первичными и вторичными энергоресурсами, услугами водоснабжения и водоотведения и т. д. Таким образом, что же сейчас в свете новых документов «схема теплоснабжения» – муниципальный энергетический план, программа комплексного развития системы (или систем) теплоснабжения (как одной из систем коммунальной инфраструктуры) или все же – «карты (схемы) планируемого размещения объектов капитального строительства местного значения, в том числе: объектов электро-, тепло-, газо- и водоснабжения в границах поселения, городского округа»?
Ранее существовавшее определение для «схемы теплоснабжения» заключалось в следующем – «схема теплоснабжения – это предпроектный документ, в котором обосновывается экономическая целесообразность и хозяйственная необходимость проектирования и строительства новых, расширения и реконструкции существующих источников тепла и тепловых сетей». Разработанные в схеме теплоснабжения предложения являлись исходными документами, на основании которых разрабатывались технические (рабочие) проекты источников и тепловых сетей. При этом виды топлива, используемые в схеме теплоснабжения, утверждались планирующими органами.
Схема теплоснабжения и утверждалась планирующими органами, в качестве которых выступали Госплан СССР и Госпланы Союзных Республик.
Общий подход для разработки схем и энергетических планов состоит в том, чтобы на начальном этапе сформировать некоторые принципы того, чего же мы хотим от энергетического плана. Чего мы должны достичь в конце его реализации. Но парадокс заключается в том, что для того, чтобы установить в какую точку мы должны прийти, необходимо точно знать – где мы находимся. Для этого необходимо твердо установить базовое состояние системы. Именно поэтому, на первом этапе энергетического плана (впрочем, и схемы теплоснабжения тоже) должно быть проведено обследование существующего состояния систем теплоснабжения на территории.
Что включает в себя это обследование? Строго говоря, обследуя системы теплоснабжения, работающие на территории, мы должны ответить на вопросы по всем пунктам того перечня свойств системы, по которому мы хотим оценивать траекторию перехода в будущее состояние.
Какие это свойства?
Сосредоточимся на главных показателях, составляющих «матрицу перехода»:
[1] структура договорных тепловых нагрузок в конечном потреблении и динамика их изменения по годам действия предыдущей схемы теплоснабжения;
[1] фактические тепловые нагрузки и динамика их изменения;
[1] структура тепловой мощности и динамика ее изменения;
[1] профиль оборудования источников теплоснабжения и существующее техническое состояние оборудования;
[1] структура тепловых сетей, зоны действия источников теплоснабжения, резервные связи между магистральными тепловыми сетями и зонами действия источников;
[1] анализ частоты инцидентов, технологических и аварийных отказов систем теплоснабжения, продолжительность их устранения;
[1] анализ надежности систем теплоснабжения и соответствие этого показателя нормативному;
[1] фактические и нормативные тепловые потери при транспорте теплоносителя от существующих источников;
[1] покрытие фактических тепловых нагрузок;
[1] анализ климатологических характеристик населенного пункта;
[1] структура конечного потребления тепла, динамика его изменения по годам действия предыдущей схемы теплоснабжения;
[1] структура и особенности присоединения потребителей к тепловым сетям;
[1] режимы отпуска тепла и эффективность центрального качественного регулирования отпуска тепла на источниках; нормативные графики изменения температур теплоносителя при центральном качественном регулировании и их соблюдение;
[1] гидравлические режимы работы тепловых сетей и эффективность управления гидравлическими режимами;
[1] противоаварийные устройства тепловых сетей и эффективность их работы, частота их срабатывания и расследования причин срабатывания;
[1] структура аварийно-восстановительных служб и эффективность их работы;
[1] структура потребляемых первичных энергоресурсов (топливо), динамика изменения топливно-энергетического баланса (энергетических нужд) города;
[1] оценка воздействия источников системы теплоснабжения на окружающую среду;
[1] технико-экономические показатели работы источников, структура себестоимости выработки и отпуска тепла в тепловые сети, технико-экономические показатели работы систем транспорта тепла; структура себестоимости транспорта и распределения теплоносителя;
[1] определение энергосберегающего потенциала, концепция и основные направления совершенствования (техническая политика) теплоснабжения города, населенного пункта.
Рисунок 2.23 – Суммарная полезно отпущенная тепловая энергия по городу Москве по данным разных источников
Рис. 2. Динамика изменения величины тепловой нагрузки, присоединенной к тепловым сетям разных источников, по мере застройки города Москвы жилыми, общественными и промышленными объектами.
По поводу того, как и в каком виде собирать и анализировать эти данные довольно много написано. Здесь же мы сосредоточимся на главном. Нужно представить все данные в электронных форматах. Но не только в электронных – нужно сформировать некоторое графическое представление о развитии систем теплоснабжения.
Сделать это можно только в информационно-графических системах (ИГС) – специализированных программных комплексах, обеспечивающих не только хранение графической и семантической информации, но и позволяющих решать главные задачи перспективного планирования. Конечно, важно опередить какая ИГС будет использована в разработке. Выбор ИГС – важный атрибут. И наш опыт позволяет говорить о трех, наиболее предпочтительных для моделирования перспективного развития систем теплоснабжения программных комплексах:
[1] ИГС «CityCom-ТеплоГраф» – разработка компании ИВЦ «Поток»;
[1] «ZuluThermo» – разработка компании «Политерм»;
[1] «TERMIS» – разработка компании «7-Technologies».
Каждый из них имеет свои преимущества. Например, для г. Москвы была использована ИГС «CityCom-ТеплоГраф». Важно, что в рамках этого программного комплекса был создан топологически связанный образ систем теплоснабжения г. Москвы, содержащий полное описание существующего состояния источников и тепловых сетей.
Далее приведены фрагменты описания системы теплоснабжения г. Москвы.
Все 7 тыс. км тепловых сетей (в однотрубном исчислении) описаны с конкретными привязками к карте города, содержатся описания около 4 тыс. линейных участков, 8762 тепловых камер, 12345 задвижек, также как и 158 основных источников теплоснабжения, обеспечивающих 99% всей тепловой нагрузки. Каждый из этих элементов характеризуется набором параметров, хранящихся в специальной базе данных. Это длина участка, его диаметр, характеристика тепловой изоляции, год прокладки или последнего капитального ремонта, статистика отказов и повреждений оборудования ит. д. Всего база данных содержит около 12 млн записей.
В результате подобной работы формируется представление о ретроспективе развития схемы теплоснабжения города с момента утверждения предыдущей схемы, либо за последние десять лет ее существования. Это позволит, прежде всего, понять ряд важных моментов (на примере г. Москвы):
[1] как и каким образом изменялась присоединенная к тепловым сетям разных источников тепловая нагрузка по мере застройки города жилыми, общественными и промышленными объектами (рис. 2);
[1] как и каким образом изменялось потребление тепла по городу в целом в зависимости от тех же параметров (или развития и изменения загрузки промышленных объектов) и т. д. (рис. 3);
[1] как и каким образом обеспечивались топливом источники, и какое количество топлива и какого вида было использовано в тот или иной год для энергетических нужд города (рис. 4).
Не останавливаясь подробно на результатах обследования города, скажем лишь, что все это необходимо, прежде всего, для описания базового уровня. Именно такие параметры мы будем отслеживать в дальнейшем по ходу реализации мониторинга схемы теплоснабжения (или энергетического плана).
Рис. 3. Динамика изменения величины потребления тепла в целом по г. Москве.
Рисунок– Общие резервы располагаемой тепловой мощности для города Москвы в целом
Рисунок 2.54 - Структура установленной тепловой мощности источников (на 01.12.2007 г.)
Рисунок– Зоны действия ТЭЦ города Москвы
Зона действия некоторых ТЭЦ распространяется за пределы города Москвы:
- ТЭЦ-21 – частичное покрытие тепловой нагрузки г. о.;
- ТЭЦ-27 – частичное покрытие тепловой нагрузки г. Мытищи и Мытищинского района М. о.;
- ТЭЦ-23 – частичное покрытие тепловой нагрузки Балашихинского района М. о.;
- ТЭЦ-25 – частичное покрытие тепловой нагрузки пос. о.;
- ТЭЦ-22 – частичное покрытие тепловой нагрузки г. Дзержинский и г. о.
Как видно из рисунка 2.15, большая часть территории города охвачена теплофикацией, но есть зоны (на рисунке обозначены тёмно-синим цветом), где теплофикация минимальна или отсутствует:
- муниципальные районы Солнцево и Ново-Переделкино: источник теплофикации – ГТУ-ТЭЦ «Переделкино», коэффициент теплофикации источника – 0,1, коэффициент теплофикации района Ново-Переделкино – 0,086, района Солнцево – 0,014;
- муниципальные районы Косино-Ухтомский, Новокосино, Некрасовка, Внуково, Южное Тушино, Строгино, Северное Тушино, Куркино, Покровское-Стрешнево не имеют источников теплофикации;
- муниципальный район Митино: источник теплофикации ГТУ-ТЭЦ «Пенягино», коэффициент теплофикации источника – 0,11, коэффициент теплофикации района – 0,05:
- Зеленоградский административный округ имеет единственный источник теплофикации – ГТУ-РТС-3 с установленной тепловой мощностью котла-утилизатора 24 Гкал/ч, при суммарной договорной нагрузке округа 843 Гкал/ч.
Тепловые сети муниципальных районов: Северное Тушино; Южное Тушино; Покровское-Стрешнево; Митино; Куркино; Ново-Переделкино; Строгино; Внуково; Некрасовка и Зеленоградского административного округа не имеют связи с тепловыми сетями крупных ТЭЦ. Кроме источников теплофикации, теплоснабжение города производится от централизованных источников теплоснабжения (РТС, КТС и МК). Расположение источников представлено на рисунке.
эксплуатирует 41 РТС (без учета РТС «Химки-Ховрино», находящейся на реконструкции), в том числе четыре РТС, реконструированные в ГТУ-ТЭЦ, с суммарной установленной тепловой мощностью 14940,8 Гкал/ч, 28 КТС с суммарной установленной тепловой мощностью 954,0 Гкал/ч (без учета установленной тепловой мощности КТС-26, находящейся на реконструкции) и около 112 малых котельных с суммарной установленной тепловой мощностью 272,4 Гкал/ч.
Рисунок– Территориальный принцип обслуживания систем теплоснабжения
.
Рисунок– Источники централизованного теплоснабжения теплофикации
Рисунок– Внутренние и внешние кольца теплофикации г. Москвы
Анализ данных по тепловым сетям , подключенным к ТЭЦ , показал следующее.
Тепловая сеть представляет собой единую систему, технологически разделенную на 12 отдельных сетей эксплуатационных районов, каждая из которых состоит из отдельных радиальных участков, подключенных к соответствующему выводу от конкретной ТЭЦ . Схема расположения ТЭЦ и границы районов тепловых сетей представлены на общем ситуационном плане г. Москвы.
Всего в теплоснабжении г. Москвы задействовано 14 ТЭЦ и 2 филиала: ГЭС-1 и ее филиал, ТЭЦ-7 (филиал ТЭЦ-12), ТЭЦ-8, 9, 11, 12, 16, 20, 21, 22, 23, 25, 26, 27 и 28. Общий объем теплоносителя в тепловых сетях, подключенных к этим ТЭЦ, достиг 3,15 млн. м3. Структурная схема системы теплоснабжения г. Москвы от ТЭЦ через сети приведена на рисунке 2.88. На этой схеме соответствующим цветом выделены эксплуатационные районы тепловой сети , вошедшие соответственно в Северный, Западный, Южный и Восточный секторы, а также система резервной подпитки между отдельными эксплуатационными районами.
Разветвленная система резервной подпитки между районами тепловых сетей обеспечивает возможность подачи в теплосеть каждого района воды от ВПУ нескольких ТЭЦ, что увеличивает надежность теплоснабжения г. Москвы. При необходимости часть сетевой воды из любого района может быть передана в соседний тепловой район, откуда – в следующий. Возможности такой передачи резервного подпитка между ТЭЦ представлена в таблице Б.69 и на рисунке 2.88 в соответствии с данными, приведенными в «Режимах работы тепловых сетей соответствующих районов на отопительный период гг.», утвержденных главным инженером 31.08.2005 г.
Кроме того, имеется возможность переброски части тепловой нагрузки из одного района тепловых сетей в другой.
Рисунок 2.88– Структурная схема теплоснабжения г. Москвы от ТЭЦ
