Размещено на http://www.allbest.ru/

Перспективы развития теплоснабжения России

А.С. Некрасов

Ю.В. Синяк

С.А. Воронина

Одновариантный прогноз теплоснабжения страны на длительную перспективу, например, разработанный в рамках Энергетической стратегии России до 2030 г., представляется явно недостаточным для обоснования объемов производства теплоэнергии и спроса на нее, а также необходимых инвестиций в развитие теплоснабжения в условиях постоянно возникающих новых задач и ограничений, которые невозможно предусмотреть заранее.

В статье рассмотрены несколько сценариев развития систем централизованного теплоснабжения (ЦТ) в рамках долгосрочных прогнозов развития топливно-энергетического комплекса (ТЭК) страны до 2030 г.

Сценарии развития

Возможное экономическое развитие России представлено двумя альтернативными сценариями.

Сценарий 1 характеризуется относительно слабой экономической динамикой и предполагает продолжение в перспективе текущей экономической ситуации. В то же время в нем были учтены изменения в экономике, возникшие во второй половине 2008 г в связи с глобальным экономическим кризисом. Это привело к значительному снижению величин исходных прогнозных показателей. Ожидается, что ВВП страны к 2030 г. возрастет в 3-3,1 раза по сравнению с 2000 г. (среднегодовой темп прироста ВВП за период равен 3,7-3,8%).

Сценарий 2, напротив, характеризуется сильной экономической динамикой и предполагает проведение активной инвестиционной политики, направленной на перестройку производственной структуры экономики с учетом широкого внедрения инновационных технологий (подробно сценарии развития ТЭК России до 2030 г. были рассмотрены в [4] - прим. авт.). В нем также учтено определенное сокращение темпов экономического роста в период 2008-2012 гг. Согласно этому сценарию, ожидаемый рост ВВП к 2030 г. должен быть в 4,4-4,5 раза выше по сравнению с 2000 г. (среднегодовой темп прироста ВВП за период равен 5-5,1%). В сценарии 2 должно происходить интенсивное изменение структуры национальной экономики, в результате которого сократится доля энергоемких отраслей и увеличится доля малоэнергоемких производств и сектора услуг. Это будет сдерживать темпы роста энерго- и теплопотребления.

Эффект энергосбережения в обоих сценариях увязан с темпами экономического роста. Ожидается, что при темпах экономического развития по сценарию 1 перестройка структуры экономики страны будет идти медленнее, а усилия по энергосбережению за счет использования новых технологий будут менее интенсивными, чем в сценарии 2. Предполагается, что долговременные высокие темпы роста экономики возможны только при ускоренном изменении структуры производства за счет опережающего развития малоэнергоемких отраслей. Это даст больше возможностей для проведения энергосберегающей политики.

В обоих сценариях приняты одинаковые темпы изменения численности населения страны в соответствии с прогнозами, приведенными в [5]. Согласно имеющимся "умеренным" прогнозам, население страны будет систематически сокращаться: с 144,8 млн чел. в 2000 г. до 134-135 млн чел. к 2020 г. Предполагается, что после 2020 г. численность населения России к 2030 г возрастет до уровня 140 млн чел. При этом доля населения, проживающего в европейской части страны, несколько уменьшится, а в восточных регионах - увеличится. Одновременно будет происходить медленное сокращение доли населения крупных городов и малых населенных пунктов за счет роста средних по численности городов. Прогнозы были выполнены по трем укрупненным макрорегионам РФ: Европейской части, Уралу и Западной Сибири, Восточной Сибири и Дальнему Востоку.

Как показывают расчеты, приведенные ниже, выбросы СО 2 в сценарии 1 до 2030 г. не выйдут за пределы, установленные для России Киотским протоколом. При таких темпах экономического развития в России не возникает необходимости введения дополнительных ограничений на выбросы СО 2. Но в сценарии 2, уже после 2020 г потребуется вводить специальные ограничения в структуре источников энергии для сохранения объемов выбросов СО 2, отвечающих требованиям Киотского протокола. Существенно более жесткие рамки для развития ТЭК и систем ЦТ возникнут, если мировым сообществом будут приняты требования, сформулированные в так называемом Сценарии 450, разработанном Международным энергетическим агентством (МЭА) [6 и др.]. Это в еще большей степени повлияет на структуру и экономику топливной базы источников тепла, используемых в системах ЦТ России.

Оценка спроса на тепло в жилом секторе

централизованный теплоснабжение спрос

Спрос на тепловую энергию будет формироваться в условиях примерно стабильной численности постоянного населения страны при росте плотности застройки существующих городских поселений, повышении тепловой экономичности жилых и общественных зданий и сохранении сложившейся конфигурации трасс тепловых сетей. Это означает, что энергетическая и экономическая эффективность реконструкции и дальнейшего развития теплоснабжения России могут и должны быть реально оценены только на основе комплексного анализа всех составляющих компонентов системы ЦТ и возможных альтернативных вариантов от источников тепла и до конечных потребителей. Классические идеализированные вариантные схемы сравнения тепло- и электроснабжения от ТЭЦ вместо варианта подачи тепла от котельных и электроэнергии от конденсационных электростанций, рассматриваемые, как правило, при проектировании и сооружении новых систем ЦТ, уже не отвечают реальным условиям современного и перспективного теплоснабжения даже на уровне раннего (схематического) рассмотрения проблемы. Целостная постановка такой сложной задачи, учитывающей новые условия развития систем ЦТ, еще подлежит разработке (в настоящей статье авторы затрагивают только часть таких вопросов, для решения которых необходима более развернутая постановка и полная информация, чем содержится сегодня в справочной и научно-методической литературе - прим. авт.).

Неблагополучное состояние систем ЦТ страны, их высокая аварийность, несоразмерно высокие потери тепла, технико-технологическая отсталость используемого оборудования, недостаток инвестиционных средств делают необходимым проведение тщательного анализа возможного реального спроса на тепловую энергию в перспективе со стороны основных потребителей, в первую очередь населения, социального и коммунально-бытового секторов, где потребляется около половины всего тепла [7].

По нашим оценкам [1], отпуск тепловой энергии от систем ЦТ в целом по России в первом десятилетии XXI в. составлял в среднем 1410 млн Гкал в год. Из них на долю населения и общественного сектора приходилось 47,9% (в том числе население - 38,3%, общественный сектор - 9,6%). Потребление тепла населением в свою очередь складывается из использования тепла на нужды отопления (почти 70%) и ГВС (30%). При этом в городском жилищном фонде, обеспечиваемом в основном системами ЦТ, в 2000 г. отапливалось 1779,1 млн мІ общей площади со средним расходом тепла около 0,21 Гкал/мІ в год. Для сравнения: в Финляндии - стране достаточно близкой к России по климатическим условиям - удельный расход тепла на отопление жилых помещений составил менее 0,13 Гкал/мІ в год, сократившись за предшествующие 35 лет на 40% [8]. На ГВС в России расходовалось около 1,7 Гкал/чел. в год (оценка выполнена исходя из расчета среднего расхода горячей воды 115-120 л/сут./чел. при температуре 55 ОС).

В существующем российском жилищном фонде значительную долю составляют дома из сборного железобетона, являющиеся самыми энергорасточительными сооружениями. При этом фактические теплопотери в таких домах из- за низкого качества строительства и эксплуатации на 20-30% выше проектных. В результате удельное теплопотребление (в расчете на одного жителя) превышает установленные нормативы расхода тепла за рубежом в 2-3 раза с учетом приведения оценок к одинаковым климатическим условиям. При этом состояние существующих зданий, построенных до 1970 г., составляющих основную часть жилищного фонда, продолжает ухудшаться.

Сегодня доступен широкий круг энергосберегающих мероприятий, которые позволяют увеличить эффективность использования тепловой энергии в существующих жилых и общественных зданиях и в новом жилищном строительстве. Эта сфера является одной из основных компонент энергосберегающего потенциала страны. Комплекс мероприятий по энергосбережению в новых зданиях может вполне обеспечить сокращение расходов тепла на отопление и ГВС не менее чем на 30-35% за 10-летний период (см. например, оценки, приведенные в программе энергосбережения до 2020 г. по г. Москве [9]), что позволит к середине XXI в. выйти на нормативы тепловых потерь в новых зданиях на 80-90% ниже, чем в настоящее время.

Анализ возможностей энергосбережения в зданиях показывает, что от масштабов использования существующего потенциала энергосбережения будет прямо зависеть перспективная потребность в тепловой энергии. Поэтому оценка спроса населения на тепловую энергию для отопления и ГВС с учетом развития жилищного строительства и экономии тепловой энергии в конструкциях зданий и систем ЦТ является обязательной составляющей прогноза.

Был экспертно оценен рост численности населения по трем макрорегионам в разрезе трех типов городских поселений: крупные города (население более 100 тыс. чел.), где теплоснабжение осуществляется преимущественно от систем ЦТ; средние города (от 10 до 100 тыс. чел.), где доля централизованного теплоснабжения, как правило, будет расти; малые города, ориентированные в основном на децентрализованные источники теплоснабжения. Расчет необходимого жилищного фонда основывался на демографических прогнозах и вариантах развития жилищного строительства.

К 2030 г. ожидается незначительный рост городского населения, особенно в крупных городах (демографические прогнозы и характер расселения приняты для обоих сценариев одинаковыми). Этот фактор может играть положительную роль в развитии систем ЦТ.

Прогнозы развития жилищного строительства основаны на росте средней обеспеченности городского населения страны к 2030 г. общей площадью жилых помещений от 25,5 мІ/чел. (сценарий 1) и до 27 мІ/чел. (сценарий 2) по сравнению с 18,9 мІ/чел. в 2000 г. и 22,3 мІ/чел. в 2010 г. Предполагается, что к 2030 г. все городское население страны будет иметь ГВС. В расчетах принято допущение, что в жилищном фонде, обслуживаемом системами ЦТ, около 70% жилой площади приходится на "старые" дома, построенные до 1970 г., и 30% - на дома, построенные в период 1971-2000 гг. ("новые" дома). Предполагается, что выбытие существующего жилищного фонда будет нарастать до конца расчетного периода (2030 г.).

В соответствии с прогнозными значениями удельной обеспеченности городского населения общей жилой площадью (для сценария 1 и 2) вся общая жилая площадь в стране должна к 2030 г. возрасти до 3620-3820 млн мІ по сравнению с 2786 млн мІ в 2000 г При этом площадь жилья в городах к 2030 г. должна составить 27252895 млн мІ. Предполагается, что к этому времени 92-94% общей жилой площади в городах будет подключено к системам ЦТ. Общая жилая площадь в малых населенных пунктах возрастет с 768 млн мІ в 2000 г до 895-925 млн мІ (состояние жилищного фонда для базового 2000 г. принята по [10]).

Ожидается, что будет происходить систематическое повышение качества жилья в городах, в том числе за счет увеличения доли городских жилищ, оснащенных системами центрального отопления и ГВС. Прогнозы этой тенденции в макрорегионах показаны на рис. 1.

Для расчета потребного ввода новых квартир были приняты одинаковые для обоих сценариев оценки выбытия старого жилья по десятилетним периодам (табл. 1).

При таких темпах выбытия старого жилищного фонда рост обеспеченности городских жилищ системами ЦТ должен соответствовать уровням, указанным на рис. 1, а необходимые ежегодные вводы нового жилья должны быть не меньше, чем указанные на рис. 2. В результате к 2030 г. вводы нового жилья в стране должны составлять не менее 60-70 млн мІ в год, т.е. более чем удвоиться по сравнению с 2005 г.

Соответственно будет меняться структура жилищного фонда: к 2030 г. доля жилищного фонда в домах, построенных до 2000 г., составит 37-39% (большая величина соответствует сценарию 1) всей жилой площади в городах, а остальной жилищный фонд будут относиться к домам с улучшенными теплотехническими характеристиками.

Поскольку до настоящего времени остаются неясными годовые темпы изменения теплотехнических характеристик нового жилищного строительства, то расчеты были выполнены для трех вариантов динамики снижения нормативов расхода тепла на отопление жилых зданий за 10 лет: вариант 1 - на 20% (низкий); вариант 2 - на 30% (умеренный, принятый как наиболее вероятный); вариант 3 - на 40% (интенсивный). Эти варианты, показанные на рис. 3а, предусматривают снижение теплопотерь в новых зданиях к 2030 г. до 0,15 Гкал/мІ при низких темпах сокращения теплопотерь, до 0,1 Гкал/мІ - при умеренных темпах и до 0,06 Гкал/мІ - при интенсивном сокращении по сравнению с 0,29 Гкал/мІ в зданиях, сооруженных в период 1971-2000 гг

Соответственно усредненные тепловые характеристики жилищного фонда страны будут соответствовать траекториям, показанным на рис. 3б. Расчеты были сделаны при предположении, что в жилищном фонде постройки 19712000 гг будет проводиться реконструкция темпом роста объема реконструируемых зданий 5% в год (к сожалению, приходится пользоваться лишь экспертными оценками, т.к. данных о темпах реконструкции жилищного фонда в целом по стране найти не удалось - прим. авт.). После реконструкции зданий теплопотери снижаются на 40-50% по сравнению с существующими характеристиками для старых зданий [11].

Расход горячей воды на нужды ГВС к 2030 г. (рис. 4) будет снижаться со 110 до 80 л/чел./сут. (при температуре около 55 ОС), т.е. от 1,62 до 1,15 Гкал/чел./год или на 30% (следует обратить внимание, что норматив расхода воды на ГВС в середине XX в. составлял около 1 Гкал/чел./год [12] - прим. авт.).

В результате были получены прогнозные оценки спроса на тепло от систем ЦТ в жилом секторе. На рис. 5 они приведены для случая снижения тепловых характеристик зданий с темпом 30% за 10 лет. Это позволит удержать спрос на тепло от систем ЦТ в жилом секторе на уровне 550-555 млн Гкал в год к 2012 гг. с последующим его сокращением до 510-540 млн Гкал к 2030 г. в зависимости от рассматриваемого сценария по сравнению с 529,3 млн Гкал в год в 2000 г. При этом доля расходов на ГВС будет снижаться с 30% в начале периода до 22-23% к 2030 г.

На рис. 6 даны оценки ожидаемого энергосбережения в жилищном фонде в период 2000- 2030 гг. Суммарно за 30 лет величина экономии тепла может составить от 210 до 225 млн Гкал, в том числе за счет экономии на ГВС около 5055 млн Гкал и на отоплении 160-170 млн Гкал. Теплопотребление общественного сектора оценено приблизительно в долях от расходов тепла в жилом секторе. Предполагается, что эта доля будет систематически возрастать к 2030 г. с 16,1% в 2000 г. до 23% в сценарии 1 и 25% в сценарии 2.

Оценка аварийности и теплопотерь в тепловых сетях

Другой важной компонентой прогнозирования спроса на тепловую энергию является оценка потерь тепла в системах ЦТ при его транспорте и распределении. Потери в тепловых сетях по данным [3] достигли 24,2% тепла, поступившего в системы ЦТ (по официальным статистическим данным эти потери в 2008 г. составили 7% [13]). Величина потерь зависит от технико-технологического состояния систем ЦТ и организации взаимоотношений между поставщиками и получателями тепла.

Изучение проблем транспорта тепла показало, что решающее значение имеют три основных фактора:

* возрастная структура тепловых сетей, которая в значительной мере определяет аварийность системы теплоснабжения и связанные с этим утечки теплоносителя;

* потери тепла через изоляцию трубопроводов;

* качество строительно-монтажных работ при прокладке тепловых сетей.

В этой связи возникает многофакторная задача моделирования динамики надежной службы тепловых сетей и сопутствующего ей сокращения тепловых потерь при развитии системы ЦТ России в период до 2030 г

В основу модели был положен принцип достижения заданных целевых установок в течение рассматриваемого срока прогнозирования. Это могут быть, например, задания по снижению аварийности в сетях, сокращению тепловых потерь, лимитам на инвестиционные ресурсы и т.п.

1. Протяженность тепловых сетей и их структура по диаметрам труб были оценены по данным о протяженности теплосетей, используемых для обеспечения теплом населения и коммунально-бытовых потребителей, приводимые в статистической отчетности [14]. Эти сети составляют примерно 85-90% полной протяженности всех теплосетей в стране.

Протяженность тепловых сетей определяется исходя из прогнозных оценок конечного потребления тепловой энергии на нужды отопления и ГВС с учетом потерь в сетях, зависящих от эффективности их реконструкции, в первую очередь от снижения аварийности. Для этого был введен показатель удельного спроса на тепловые сети в расчете на 1 млн Гкал потребленного тепла. В результате была получена оценка необходимой в перспективе общей протяженности тепловых сетей в стране (рис. 7).

Для прогнозных оценок структуры тепловых сетей по диаметрам труб были определены доли для каждого из диаметров в общей протяженности сети по скользящим средним значениям по четырехлетним периодам.

2. Возрастная структура тепловых сетей была представлена в виде 4 групп:

* ветхие сети (со сроком службы более 25 лет, т.е. свыше срока их нормальной эксплуатации);

* старые сети, требующие замены (со сроком службы от 20 до 25 лет);

* сети нормальной эксплуатации (со сроком службы от 10 до 20 лет);

* новые сети (со сроком службы до 10 лет).

3. Аварийность тепловых сетей, приводимая в статистической отчетности [14], содержит информацию только в целом по системе ЦТ. Однако совершенно очевидно, что аварийность ветхих сетей несравненно выше, чем недавно введенных сетей. Дифференциация аварийности по группам сетей является важнейшим параметром для оценки надежности систем теплоснабжения. Поскольку этих данных крайне мало, то приходится использовать экспертные оценки и допущения относительно распределения аварийности тепловых сетей для базового расчетного года (в данном случае 2005 г.): ветхие сети - 80% всех аварий; старые сети, требующие замены, - 15%; остальные сети - 5%.

В соответствии с этим приближенным распределением аварийности тепловых сетей была оценена удельная аварийность тепловых сетей на 1 км трассы для условий 2005 г., которая составила: для ветхих сетей - 0,64 случая в год на 1 км; для старых сетей, требующих замены, -0,18; для остальных сетей - 0,01.

В дальнейших расчетах эти величины приняты условно постоянными для рассматриваемых групп тепловых сетей в течение всего периода прогнозирования. Они позволили оценить динамику аварийности тепловых сетей в системах ЦТ на основе прогнозов протяженности каждой группы сетей. Суммирование величин аварийности всех групп позволяет получить ожидаемую обобщенную аварийность сети в рассматриваемый момент времени.

4. Тепловые потери в сетях оценивались следующим образом. Во-первых, за долю тепловых потерь базового года (2005 г.) была условно принята величина тепловых потерь в сетях на уровне 20% (величина теплопотерь в тепловых сетях принята по данным [15], эта же величина приводится в ряде других публикаций.

Как показано в [16], значение этой величины колеблется от 10 до 32% и более - прим. авт.). Во- вторых, принято, что тепловые потери в сетях состоят из двух составляющих: "минимально-допустимых" потерь, соответствующих современным требованиям к проектированию, исполнению и эксплуатации тепловых сетей, и "дополнительных" потерь, которые возникают в связи с различными отклонениями от минимально допустимого уровня из-за плохой теплоизоляции и износа тепловых сетей.

Зная величину отпуска тепла в сеть и ее аварийность, можно оценить ожидаемую величину тепловых потерь в сети.

5. Затраты на реконструкцию тепловых сетей, прежде всего, связаны с размером вводов новых сетей трубопроводов разных диаметров, т.к. удельные затраты на реконструкцию сетей существенно зависят от диаметра трубы. В первом приближении затраты можно оценить по структуре тепловых сетей по диаметрам (табл. 2). В расчетах стоимость прокладки тепловых сетей принята по данным [18, 19].

Прогнозные оценки состояния тепловых сетей России на перспективу до 2030 г. были выполнены для трех вариантов стратегии реконструкции сетевого хозяйства:

* Вариант А - ежегодные вводы новых тепловых сетей на протяжении всего прогнозного периода неизменны и сохраняются на уровне, достигнутом к 2005 г.;

* Вариант Б - новые вводы постоянно удерживают аварийность тепловых сетей на уровне, достигнутом в 2005 г.,

* Вариант В - новые вводы тепловых сетей к 2030 г. обеспечивают снижение аварийности сетей в 4 раза.

На рис. 7 приведены оценки протяженности тепловых сетей. Следует ожидать, что к 2030 г общая протяженность сетей в двухтрубном исчислении возрастет на 15-20 тыс. км и составит около 195 тыс. км по сравнению с 177 тыс. км в базовом 2005 г. Структура сетей по диаметрам трубопроводов будет медленно изменяться за счет увеличения протяженности трубопроводов диаметров до 200 мм, доля которых увеличится с 75% в настоящее время до 80% и более к 2030 г.

В начале периода (2005 г.) из общей протяженности тепловых сетей (177 тыс. км) на ветхие сети приходилось 27 тыс. км, на старые сети, требующие замены, - 18 тыс. км, на нормально- эксплуатируемые и новые сети - по 66 тыс. км. В соответствии с принятыми вариантами суммарный ввод новых тепловых сетей в варианте А составит около 5-6 тыс. км в год; в варианте Б - постепенно будет нарастать до 7-8 тыс. км в год; в варианте В - после 2010 г. должен будет составлять не менее 10 тыс. км в год.

Динамика новых вводов тепловых сетей для рассматриваемых вариантов реконструкции дана на рис. 8. Здесь вводы разделены на две категории: прирост протяженности тепловых сетей и замена ветхих и старых сетей.

Разная динамика в рассматриваемых вариантах ввода новых тепловых сетей оказывает влияние на возрастную структуру сетей (рис. 9): сохранение постоянного уровня вводов в варианте А приводит к тому, что протяженность ветхих сетей возрастает с 27 до 71 тыс. км к 2030 г (т.е. в 2,6 раза), а сетей, требующих замены, - с 18 до 25 тыс. км (или более чем в 1,4 раза). Это означает, что доля высокоаварийных тепловых сетей возрастет с 25 почти до 50%.

При сохранении аварийности сетей на неизменном уровне (вариант Б) протяженность ветхих и старых сетей к 2030 г остается практически на одном уровне каждой категории по 26-27 тыс. км. Это означает, что доля сетей с высоким уровнем аварийности останется практически неизменной, - около 25%.

В варианте В протяженность ветхих тепловых сетей будет, напротив, постоянно снижаться к 2030 г. до 1 тыс. км. Одновременно группа старых сетей, требующих замены, остается на уровне 25-30 тыс. км. В итоге протяженность сетей повышенной аварийности снижается по сравнению с 2005 г. с 25 до 13%. Это происходит, главным образом, за счет резкого сокращения протяженности ветхих тепловых сетей.

В зависимости от принятой стратегии ввода новых тепловых сетей будет изменяться аварийность сетей (рис. 10). При сохранении годовых объемов вводов новых тепловых сетей неизменными на протяжении всего периода прогнозирования (вариант А) произойдет практически удвоение аварийности тепловых сетей: с 12 до более 25 аварий на 100 км. В то же время, в вариантах Б и В будут выдерживаться принятые целевые установки по реконструкции тепловых сетей.

Как следствие сокращения аварийности наблюдается снижение тепловых потерь в сетях. На рис. 11 показано изменение величины тепловых потерь в сетях: "минимально допустимые" потери во всех вариантах остаются неизменными на установленном уровне 6% объема поставок тепловой энергии, а "дополнительные" потери будут меняться в зависимости от качества изоляции и уровня аварийности тепловых сетей. При этом "дополнительные" потери в варианте А будут существенно возрастать, что приведет к общим потерям в 2030 г., равным около 36% по сравнению с 20% в 2005 г. В варианте Б общие тепловые потери сохраняются на неизменном уровне. В варианте В они сокращаются в 2 раза, в том числе "дополнительные" потери снижаются в 3,5 раза.

На рис. 12 даны оценки инвестиционного спроса (без учета удорожания перекладки сетей в городских условиях - прим. авт.) на реконструкцию и развитие тепловых сетей в соответствии с рассматриваемыми вариантами по пятилетним периодам с 2005 по 2030 гг. Как видно, в варианте А затраты будут сокращаться в связи с увеличением доли трубопроводов малого диаметра, требующих меньших удельных капиталовложений. В варианте Б капиталовложения будут сохраняться на практически постоянном уровне в течение 2005-2025 гг., затем начнется сокращение инвестиций. В варианте В инвестиции возрастают до 2020 г. с некоторым последующим их снижением. Но они остаются заметно выше, чем в вариантах А и Б.

В итоге суммарные инвестиции в реконструкцию и развитие тепловых сетей в рассматриваемых вариантах за период 2005-2030 гг. могут составить:

* вариант А - 48 млрд долл. США;

* вариант Б - 64 млрд долл. США;

* вариант В - около 75 млрд долл. США.

Оценка суммарного спроса на тепловую энергию от систем ЦТ

Рассмотренные выше направления использования тепловой энергии (на нужды отопления и ГВС в жилом и общественном секторах и потери тепла в системах ЦТ) являются определяющими слагаемыми в тепловом балансе страны. Прогноз спроса на тепло от систем ЦТ в национальной экономике России до 2030 г. показан на рис. 13. В этом прогнозе спрос на тепловую энергию населения и социальной сферы и потери тепла в сетях даны по оценкам, выполненным в настоящей работе, а спрос на тепло промышленного производства, сельского хозяйства и транспортных организаций принят по оценкам, полученным при прогнозировании развития ТЭК страны (см. например, [4]). В основу этих прогнозов положены темпы развития и ожидаемые структурные изменения в национальной экономике и гипотезы изменения энергоемкости добавленной стоимости по отраслям в соответствии с тенденциями развития энергосбережения (см. например, [20]). Оценка потерь тепла в сетях принята по варианту В, предусматривающему снижение аварийности в 3-4 раза и тепловых потерь в 2 раза по сравнению с базовым 2005 г.

В соответствии с приведенными выше предположениями можно ожидать, что спрос на тепло от систем ЦТ достигнет 1400-1685 млн Гкал к 2030 г. (в зависимости от сценария) по сравнению с 1410 млн Гкал в среднем за первое десятилетие XXI в. (1444 млн Гкал в 2000 г.).

Оценка производства тепла в системах ЦТ

Обеспечение спроса на тепловую энергию от систем ЦТ в перспективе до 2030 г. будет происходить за счет совершенствования существующих основных технологий: комбинированного производства электро- и теплоэнергии на ТЭЦ и тепла в котельных установках. При этом следует ожидать, что доли этих двух технологий в течение рассматриваемого периода практически будут оставаться неизменными. В структуре технологий комбинированной выработки будет возрастать доля парогазовых и газотурбинных ТЭЦ при сокращении доли паротурбинных ТЭЦ. В период 2020-2030 гг выгодным может стать применение теплонасосных установок (ТНУ) в системах ЦТ, работающих на низкопотенциальном тепле крупных водных источников (водоемов, рек, озер), станций очистки и охлаждения воды и т.п. На рис. 14 показана ожидаемая структура производства тепла в системах ЦТ в соответствии с двумя рассматриваемыми сценариями развития ТЭК России.

В предстоящем периоде при слабых темпах экономического развития (сценарий 1) производство тепла от систем ЦТ будет медленно сокращаться под влиянием энергосбережения, изменения структуры производства, сокращения аварийности и тепловых потерь в сетях. Напротив, при высоких темпах экономического развития (сценарий 2) следует ожидать некоторый рост спроса на тепловую энергию, в результате которого производство тепла может превысить уровень 2000 г. на 10-15%.

В табл. 3 даны укрупненные оценки необходимых капиталовложений в развитие систем ЦТ, которые за период до 2030 г. могут составить около 165-190 млрд долл. США (включая инвестиции в ТЭЦ). На тепловые сети должно приходиться не менее 40-45% всех капиталовложений в системы ЦТ

Влияние ограничений на выбросы углекислого газа на структуру производства тепла в системах ЦТ

Для условий, представленных в базовых сценариях социально-экономического развития страны, дополнительно были рассмотрены еще два сценария ситуаций, которые в перспективе могут оказать существенное влияние на структуру ТЭК и систем ЦТ. Они вызваны необходимостью изучения стратегических решений из-за возможных рисков, связанных с влиянием изменения климата планеты на энергетическую политику.

За основу был принят сценарий 2 с высокими темпами экономического развития, но без ограничений на выбросы углекислого газа. В этом сценарии выбросы СО₂ увеличиваются к 2030 г почти на 50%. Для сравнения влияния ограничений на выбросы СО₂ были рассмотрены два дополнительных сценария на основе сценария 2:

* сценарий 3 - "замораживание" требований Киотского протокола после 2012 г. по выбросам тепличных газов;

* сценарий 4 - ужесточение требований Киотского протокола с целью сокращения выбросов тепличных газов к середине XXI в. на 40-50% относительно уровня 1990 г. Это примерно соответствует Сценарию 450 МЭА [6].

Результаты моделирования структуры производства тепловой энергии в системах ЦТ при различных ограничениях на выбросы СО 2 представлены на рис. 15.

Введение ограничений на выбросы СО₂ приводит к существенному изменению структуры производства тепла.

Во-первых, будут сокращаться технологии производства тепла, использующие органические виды топлива. Особенно это скажется на производстве тепла котельными, доля которых сократится с 50% в сценарии 2 до примерно 25% в сценарии 4. Одновременно следует ожидать сокращения доли ТЭЦ в выработке тепла для систем ЦТ - до одной трети в сценарии 4. При этом возрастает роль малых ТЭЦ на базе газотурбинных технологий, которые к 2030 г. могут составить более половины всей комбинированной выработки тепла.

Во-вторых, заметно повысится роль технологий на базе электроэнергии, которая в значительной мере будет производиться на основе ядерной энергии и новых источников энергии. В первую очередь это относится к ТНУ доля которых в системах ЦТ к 2030 г. может возрасти до одной трети от общего объема производства тепла.

В-третьих, должны появиться новые технологии с нулевыми или очень низкими выбросами углекислого газа за счет использования возобновляемых источников энергии: сухого тепла земли; солнечной энергии; топливных элементов на базе водорода, получаемого путем термохимического разложения воды с использованием тепла высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов или других "чистых" источников энергии. Но это приведет к увеличению инвестиций в системы ЦТ до 210-220 млрд долл. США до 2030 г

Литература

1. Некрасов А.С., Синяк Ю.В., Воронина С.А., Семикашев В.В. Современное состояние теплоснабжения России // Проблемы прогнозирования. 2011. № 1.

2. Федеральный закон от 27 июля 2010 г. № 190-ФЗ "О теплоснабжении".

3. Энергетическая стратегия России на период до 2030 г. (Утверждена распоряжением Правительства РФ от 13 ноября 2009 г., № 1715-р).

4. Некрасов А.С., Синяк Ю.В. Перспективы развития топливноэнергетического комплекса России на период до 2030 г. // Проблемы прогнозирования. 2007. № 4.

5. Население России. 2000. Восьмой ежегодный демографический доклад / Под ред. А.Г. Вишневского. М.: Книжный дом "Университет". 2001.

6. IEA, World Energy Outlook 2009, November 2009.

7. Дорожная карта развития теплоснабжения России на период до 2030 г. Проект. Минэнерго РФ, 2008.

8. http://www.energia.fi/en/districtheating/districtheating/cus- tomers/consumption

9. Городская Программа "Энергосберегающее домостроение в городе Москве на 2010-2014 гг. и на перспективу до 2020 года". Москва. 2009.

10. Жилищное хозяйство и бытовое обслуживание населения России. Статистический сборник. М.: Росстат. 2007.

11. Energy Efficiency in High-Rise Refurbishment. Case Study Series. St. Petersburg, Russia, OECD/EuroACE. 2005 (http://www.euroace.org/highrise/Case%20Study%20Russia.pdf).

12. Штейнгауз Е.О. Вопросы энергоснабжения в планировке городов. Государственное издательство литературы по строительству и архитектуре. М.-Л., 1952, 198 с.

13. Российский статистический ежегодник 2009. М.: Росстат. 2009.

14. ФСГС России. Сводный отчет о работе отопительных котельных и тепловых сетей по Российской Федерации за 2005 год. М., 2006.

15. Некрасов А.С., Воронина С.А. Состояние и перспективы теплоснабжения России // Энергетик. 2004. № 10.

16. Urban Heating in Russia: Experience from the Transition and Future Directions, USAID, Alliance to Save Energy, Municipal Network for Energy Efficiency, 2005.

17. Energy Balances of OECD Countries, IEA Statistics.

18. Майзель И.Л., Петров-Денисов В.Г. Еще раз об экономической и технической целесообразности применения труб пенополиуретановой изоляции для теплоснабжения // Новости теплоснабжения. 2001. № 4.

19. Бухин В.Е. Предварительно изолированные трубопроводы для систем централизованного теплоснабжения // Новости теплоснабжения. 2002. № 3.

20. Башмаков И.А. Повышение энергоэффективности в жилищном секторе // Энергосбережение. 2009. № 8.

Размещено на Allbest.ru