Эффективные системы жизнеобеспечения мегаполисов – основа устойчивого развития государства (стр. 1 )

Эффективные системы жизнеобеспечения мегаполисов – основа устойчивого развития государства

, Префект ЦАО г. Москвы

, Московский энергетический институт

Системная авария в конце мая в столице, наконец, поставила точки над «i» в многочисленных и неуместных спорах о централизации, автономных источниках энергии. Авария такого масштаба практически парализовала функционирование всех городских систем – централизованных и автономных, подачу воды и удаление отходов, транспорта и холодильников, связи и подачи топлива. Перегрузки за счет подключения несогласованных «автономных» агрегатов и потребителей «точечной застройки», нерасчетные режимы и износ оборудования, все вместе послужило причинами такого развития событий. Очевидно, что никакие частные решения автономного энергообеспечения не спасут ситуацию, особенно в крупных городах, и необходимо вести речь о повышении устойчивости энергетических инфраструктур в целом. В статье предлагаются общие принципы, возможные и отработанные решения энергосбережения в коммунальных системах городов.

I. Предпосылки развития коммунальных систем теплоснабжения самой крупной Северной страны.

Активная индустриализация новых регионов и территорий, масштабное строительство жилья привело к существенному росту тепловых нагрузок как в промышленности, так и в коммунальном комплексе. В соответствие с этим сооружались и модернизировались системы жизнеобеспечения промузлов, городских поселений. Наряду с существенным ростом единичной мощности ТЭЦ, росли магистральные и «вторичные» распределительные сети, к старым сетям подключались новые потребители пара, горячей воды. Во второй половине XX века на территории СССР наряду с активным промышленным строительством резко возросли масштабы государственного жилищного фонда. Если за предвоенный период было введено в действие 127.9 млн. м2 общей площади жилья, то за период 1956-1975 гг. было построено в 10 раз больше, т. е. 1284.2 млн. м2. В этот период также усложнилось инженерное обеспечение жилых домов [1]. В 1970 г. доля жилой площади в государственном жилищном фонде городов, оборудованной водопроводом, составляла 79%, канализацией - 76, центральным отоплением - 74%. Наряду с мощными теплофикационными турбинами нового поколения Т-100-130, Т-175/185-130, Т-250-240 получили развитие турбины с промышленными отборами пара для технологических нужд ПТ-60-130, ПТ-135-130, противодавленческие турбины Р-50-130, Р-100-130 для обеспечения технологическим паром крупных предприятий металлургии, химии, нефтехимии (табл.1)..

Таблица 1. Динамика изменения характеристик ТЭЦ [1].

Параметры ТЭЦ	Создание теплофикации 1930 - 1955	Развитие теплофикации после 1960
Электрическая мощность, МВт	25 – 75	600 – 1000
Тепловая мощность, МВт	150 - 300	1700 – 2300
Радиус теплоснабжения, км	1,5 – 3	До 10 – 12

Из табл.2. и рис.1 виден достаточно стремительный рост как мощностей ТЭЦ, так и протяженности инфраструктуры тепловых сетей. Рост промышленного и коммунального энергопотребления приводил к сооружению новых ТЭЦ с разводящими сетями, далее в регионе опять шло наращивание промышленного производства и жилищное строительство, и т. д. Падение вполовину удельной протяженности сетей в 1950 году вызвано, по большей части, разрушением инфраструктуры энергохозяйства во время войны.

Системы жизнеобеспечения (тепло-, энерго-, водоснабжения и канализации) состоят из источников, распределительных сетей и распределенных потребителей, которые, будучи определенным образом расположены на территории, взаимодействуют друг с другом. Системы жизнеобеспечения территорий формируются вместе с жилым фондом в определенных пропорциях, что характеризует процессы территориальной самоорганизации.

Рис.1. Динамика мощности ТЭЦ

Таблица 2. Динамика основных параметров теплоснабжения в СССР [1].

Параметры ТЭЦ	1940	1950	1960	1965	1970	1975
Установленная мощность, МВт.	2000	5000	11922	23743	47000	58500
Протяженность теплосетей, км.	650	763	3456	7198	15189
Годовая выработка тепла, млн. ГДж.	100	293,3	607	1289	2800	3820
Удельная протяженность сетей, км/МВт	0,33	0,15	0,29	0,30	0,32
Удельная выработка тепла, ГДж/МВт	0,05	0,06	0,05	0,05	0,06	0,07

Например, такие показатели (табл.2): удельная протяженность сетей на единицу установленной мощности, удельная выработка теплоты на 1 МВт (рис.2) практически не меняются, что свидетельствует об определенной сбалансированности развития источников и потребителей.

Современное распределение отопительных котельных по территории федеральных округов также иллюстрирует эту тенденцию: соотношение распределения котельных (и общей выработки тепла) по территории РФ корреспондируется с численностью (и плотностью) населения. Удельное потребление тепловой энергии на 1 чел. в разных регионах, разумеется, различается в соответствие с климатическими параметрами (градусо-сутками отопительного периода).

Рис.2. Динамика удельных показателей теплофикационных систем.

Бурное развитие теплофикации и централизованного теплоснабжения связано в основном с развитием городов (численностью свыше 100-150 тыс. чел.). При этом, как видно из анализа итогов последней переписи населения, доля населения, проживающего в таких городах, составляет всего 43-44 %. С учетом городского населения в небольших городах (20-100 тыс. чел.), эта доля вырастает до 70-71 %, что соответствует, по оценкам экспертов [3], доле централизованных систем теплоснабжения. Данные по количеству населения разнятся у разных авторов, что может быть связано еще и с существенным уменьшением численности населения страны в целом.

Табл.3. Распределение численности населения РФ по переписи населения 2002 г.

Параметры городов	Сельская местность	Города до 100 тыс. чел.	Города 100 – 500 тыс. чел.	Города свыше 500 тыс. чел
Численность, млн. чел.	41	40,5	27,9	34,5
% общей числ - ти населения	~ 28,5	~ 28	~ 19	~ 24

Если общая часть населения, проживающего в городах – 72-73 %, то доля централизованного сектора теплоснабжения в них достигает 62-63 %, что соответствует, как видно из табл.4, доле городов с населением свыше 100-150 тыс. чел. Вместе с тем в городах с населением 50-150 тыс. чел. в достаточной степени развиты так называемые «кустовые» схемы, когда существующие городские (и промышленные) котельные обслуживают свой ареал потребителей, при этом зачастую перемычек между этими «кустами» нет.

Таблица 4. Характеристики городов РФ и их тепловых нагрузок[1].

Характеристики городов	Показатели населения, числа городов, тепловой нагрузки
Население, тыс. чел	До 100	100 - 300	300 – 490	500 – 1000	Свыше 1000
Количество городов	948	106	29	21	13
Численность населения, млн. чел	40,5	17,5	11,02	12,4	27,4
Расчетная тепловая нагрузка, Гкал/ч	до 150	150 - 500	500 -1000	1000 -3500	Более 3500
Годовое количество тепла, тыс. Гкал/год	До 500	500 - 1500	1500 - 2000	2500 – 4000	Более 4000
Доля в суммарной нагрузке, %	37,6 %	16 %	9,6 %	11,4 %	24,7 %
Суммарные доли, %	53,6 %	21 %	24,7 %

Это распределение населения по городам накладывается еще и на существенную неравномерность расселения по климатическим зонам. Из итогов той же переписи населения видно, что около 72 % населения сосредоточено в регионах с ГСОП = 4000-6000 град*сут, ~14 % - южнее, и ~15 – севернее (ГСОП 6000 град*сут). Таким образом, территориальная организация расселения – есть наиболее оптимальная стратегия преодоления сопротивления среды (климатического, экологического, пространственного), а эволюция инфраструктур жизнеобеспечения – структурная перестройка систем в соответствие с наиболее рациональным способом обеспечения жизненно необходимых потребностей социума [4]

Рис.3. Распределение населения по территории РФ с разными