Размещено на http://www.allbest.ru/

особенности развития и проблемы повышения эффективности систем энергообеспечения городов

е.г. гашо, «Объединение ВНИПИэнергопром»

Эффективные, с минимальными потерями энергии и ресурсов, режимы систем энерго, водо и теплоснабжения являются основой работы комплекса, обеспечивающего как безопасное функционирование энергопромышленного промузла, так и комфортные условия проживания городского населения. Коммунальные и промышленные системы теплоэнергоснабжения являются не только «кровеносными сосудами» экономики страны, но и важнейшим элементом системы жизнедеятельности, напрямую определяющей условия жизни значительного количества людей в суровых условиях континентальной части России. Жилищно-коммунальное хозяйство и соответствующие системы жизнеобеспечения играют важную, ключевую роль практически во всех сферах народного хозяйства страны.

Проблему создания надёжного, устойчивого, эффективного энергообеспечения коммунально-технологических комплексов зачастую подменяют надуманными дилеммами подбора источников энергии, настойчивой пропагандой автономности теплоэнергоснабжения, при этом активно ссылаясь на избранный зарубежный опыт. Климатические параметры, социально-экологические ограничения и цены Европейских стран предопределяют другую роль систем жизнеобеспечения. Это чисто технический, отчасти методический вопрос: внимательный инженерный и экономический анализ подтверждает эту очевидность. За разговорами и спорами о централизации (децентрализации) теплоэнергообеспечения не виден базовый вопрос социально-политического характера и оценки важнейшей роли коммунального энергокомплекса.

Сложившиеся структуры теплоэнергоснабжения в промузлах и больших городах сформированы в основном на базе централизованных систем с крупными источниками теплоты и электроэнергии, и являются, по сути, сложными иерархическими системами. Особенности распределенных объектов и систем теплоэнергоснабжения заключаются в том, что простой набор частных решений далеко не всегда приводит к повышению системной эффективности. Многие современные проекты в области энергетических инфраструктур, как отмечают профессионалы, имеют достаточно большие сроки окупаемости, а в ряде случаев просто не оправдывают вложенных средств. Тому виной сочетание различных факторов: износ основного оборудования, его резко-переменные режимы работы, цены на энергоресурсы, протяженность страны и необходимые масштабы систем жизнеобеспечения, климатические условия большинства территорий РФ, состояние энергомашиностроения. Полная и частная "неокупаемость" энергосберегающих проектов потребителей, современных источников энергии при их неполной загрузке ставит перед нами три важных вопроса:

- при каких условиях, факторах возможна окупаемость различных элементов энергетической инфраструктуры

- как быстро строить необходимые системы жизнеобеспечения разных городов и поселков, если эти проекты не вполне окупаемы?

- какова должна быть некая оптимальная форма (степень) государственного участия в планировании, поддержке скорейшего сооружения энергетических инфраструктур?

Для поиска ответов на эти вопросы необходимо проанализировать особенности эволюции систем энергоснабжения городов. Массовое строительство жилья в стране в основном производилось за счёт типовых зданий и сооружений с известными паспортными теплогидравлическими характеристиками. Системы теплоэнергоснабжения сооружались и проектировались в расчёте на номинальную (максимальную проектную) нагрузку, при этом перерасходы ТЭР, как правило, не являлись предметом пристального инженерного анализа.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1 Динамика потребления топлива по СССР

Рост и развитие систем теплоснабжения (и теплофикации) городов происходил в СССР по своему достаточно самобытному пути, как составная часть общего плана электрификации страны. Наряду с существенным ростом единичной мощности ТЭЦ, росли магистральные и «вторичные» распределительные сети, к старым сетям подключались новые потребители пара, горячей воды. Интенсивный рост жилищного строительства в стране требовал адекватного создания производственной инфраструктуры коммунального комплекса - систем тепло, водоснабжения, канализации.

Основным фактором, способствовавшим развитию теплофикации промышленности, являлось создание крупных предприятий и комплексных узлов энергоемких отраслей промышленности. Сооружаемые на этой основе промышленные ТЭЦ во многих случаях осуществляли теплоснабжение целых групп предприятий, расположенных в пределах рациональной дальности транспорта тепла, и одновременно являлись базой для теплофикации жилого фонда соответствующих городов. Эта диспропорция иллюстрирует рис. 2.

1. Сравнение параметров промышленной и коммунальной теплофикации по регионам

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2 Динамика потребления тепловой энергии в промышленности и ЖКХ

Поскольку именно рост промышленности был важнейшим фактором урбанизации в СССР, то промышленные ТЭЦ и СТЭС стали в первую очередь неотъемлемой составляющей систем жизнеобеспечения промузлов и городов. Система теплоэнергоснабжения была в основном рассчитана на промышленное потребление (в разных регионах от 60 до 80 %), то собственно коммунальные нужды в первое время обеспечивались промышленно-отопительными котельными и ТЭЦ.

При этом теплофикация как способ теплоснабжения в городах получила наибольшее распространение в области промышленного теплопотребления: теплофикация в промышленности в среднем составила 51 %, в ЖКХ - 26 % (табл. 1). Уровень теплофикации промышленности и доля коммунального теплопотребления в разных экономических районах существенно различается. Крупные промузлы и предприятия, в том числе имеющие промышленные ТЭЦ, обладали существенными количествами тепловых ВЭР, способными покрыть отопительную нагрузку прилегающих поселков. Вместе с тем необходимо отметить, что недостаточное развитие энергетических систем в отдельных районах в период их промышленного формирования явилось одной из основных причин сооружения многочисленных промышленных ТЭЦ малой мощности.

Этому способствовал и ведомственный подход к теплоснабжению различных отраслей промышленности. Соответственно, теплофикация в жилищно-коммунальном хозяйстве была развита значительно слабее. Чисто отопительные ТЭЦ (в основном с параметрами пара на 13 МПа) сооружались уже в создаваемых крупных городах с высокой концентрацией тепловой нагрузки. Сооружение городских ТЭЦ для отопления и сопутствующих теплосетей шло с определенным отставанием: доля покрытия коммунальной нагрузки от ТЭЦ за 1970-1980 гг. выросла с 26 % до 42 %. Доля ЖКХ в общем теплопотреблении существенно варьировалась от 0,2 до 0,43, что было связано в первую очередь именно с интенсивным промышленным развитие регионов. Соответственно, технический прогресс в развитии систем теплоснабжении шел в разных направлениях: повышение единичной мощности агрегатов, параметров пара перед турбиной, создание турбоагрегатов с промышленно-отопительными отборами.

Во время войны на восток было эвакуировано более 60 электростанций суммарной мощностью 5800 МВт, из них мощность ТЭЦ - 1000 МВт (~17%). После освобождения территории от немцев началось восстановление энергетического хозяйства и к 1950 году установленная мощность ТЭЦ составила 5000 МВт при годовом отпуске тепла 293,3 млн. ГДж. С этого времени начался рост эффективности ТЭЦ, обусловленный повышением параметров пара турбин: с 1950 по 1960 на ТЭЦ было установлено более 500 турбин с давлением 9,0 МПа суммарной мощностью около 9 млн. кВт. Речь шла о сооружении в Приуралье крупных нефтеперегонных заводов, для которых потребовались ТЭЦ мощностью 300-400 МВт, и для этой цели были разработаны турбоагрегаты с двумя отборами на 9,0 МВт, и с противодавлением на 13 МВт. Эти мощные турбины потребовались для новых комбинатов по производству удобрений, пластмасс, искусственного волокна.

Интенсивное жилищное строительство в крупных городах (Москве, Ленинграде и др.) потребовало создания крупных отопительных ТЭЦ мощностью 300-400 МВт, и для этих целей были разработаны турбины Т-100-130, Т-175-130 и, впоследствии, турбина на сверхкритические параметры пара Т-250-240.

2. Динамика изменения основных характеристик ТЭЦ

К 1970 году только в системе Минэнерго СССР было сооружено более 100 новых ТЭЦ и установлено более 600 теплофикационных турбин. Суммарная мощность теплофикационных турбин увеличилась с 16,6 до 47 млн. кВт. 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. Из табл.2-3 и рис.3-4 виден достаточно стремительный рост как мощностей ТЭЦ, так и протяженности инфраструктуры тепловых сетей.

Рис. 3 Динамика основных параметров теплофикационных систем

4. Динамика основных параметров теплоснабжения в СССР

Рост промышленного и коммунального энергопотребления приводил к сооружению новых ТЭЦ с разводящими сетями, далее в регионе опять шло наращивание промышленного производства, интенсивное жилищное строительство. При этом базовые удельные показатели: удельная протяженность сетей на единицу установленной мощности, удельная выработка теплоты на 1 МВт (рис. 8-9) практически не меняется, что свидетельствует об определенной сбалансированности развития источников и потребителей, т.е. элементах структурно-технологической самоорганизации комплексов «ТЭЦ-потребители». Падение удельной протяженности сетей в 1950 году вызвано, скорее всего, разрушением инфраструктуры энергохозяйства страны во время войны.

Рис. 4 Динамика удельных показателей теплофикационных систем

Из рис. 4 видно некоторое снижение (на 13-15 %) удельных показателей развития систем теплоэнергоснабжения. Причем если удельная выработка тепловой энергии начала падать с середины 1970-х годов, то интенсивное развитие сетей замедлилось уже в начале 1970-х годов. Можно выразиться и по другому - источники стали развиваться в этот период более интенсивно. Таким образом, развитие систем теплоснабжение городов шло вслед за созданием промышленных комплексов и их систем энергообеспечения: удельное потребление тепла на промышленные нужды превышало коммунально-бытовые в 1,6-2 раза.

Рост жилых районов в городах в это время "догонял" промышленность: 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. В 1970 г. доля жилой площади в государственном жилищном фонде городов, оборудованной водопроводом, составляла 79%, канализацией - 76, центральным отоплением - 74%.

Рис. 5 Распределение зданий по годам постройки

Рост качества вводимого жилья и усложнение структуры жилищно-коммунального хозяйства привели к тому, что квартирной платы, ставки которой не менялись с 1928 г., стало не хватать для покрытия эксплуатационных издержек. Повышение квартирной платы, собираемой с жильцов, потребовало бы кардинального пересмотра всей финансовой, ценовой и социальной политики (что не было осуществлено), поэтому государство стало дополнительно финансировать содержание государственного жилья из бюджета.

Подобно тому, как растущие промышленные предприятия и системы жизнеобеспечения оказывали серьёзное влияние на формирование и развитие городских поселений, собственная динамика эволюции городов также существенно определяет особенности и конфигурацию энергообеспечения. Процесс урбанизации в России был кардинальным и чрезвычайно быстрым, количественный рост явно опережал качественное развитие. Примерно 2/3 ныне существующих городов России образованы в течение XX века. Около 400 городов имеют городской стаж менее 40 лет.

Городские агломерации с их концентрацией связей в пределах ограниченных по размерам ареалов особенно уместны для России и служат средством эффективного экономического сжатия территории, они рационализируют территориальное устройство страны. Городам разных типов свойствен разный характер распределения по территории. В этой связи проблема нахождения оптимальной степени централизации (коммунальности) систем теплоэнергоснабжения предстаёт совершенно в ином свете: развитие городов представляет собой сложный эволюционный процесс, в котором функции жизнеобеспечения способствуют этому развитию как необходимый каркас нового городского строительства и реконструкции существующего жилищного фонда.

Рис. 6 Динамика роста числа городов разного размера в РФ

На рис.6 показана динамика роста городов РФ во времени, рассчитанная по итогам последней переписи населения 2002 г. Видна постоянная устойчивая динамика роста городов численностью 50-100 тыс. и 100-500 тыс. чел. При численности населения 500-1000 тыс. чел. темп роста городов существенно падает. Кроме того, видно, что после 1979-1980 гг, как уже отмечалось выше, рост крупных городов замедлился. В последние 15 лет большая часть мегаполисов начала терять население.

Приведем общее распределение городов по размеру (людности) и, соответственно, по их тепловой нагрузке, чтобы потом сопоставить это с особенностями отопительного периода. Доля суммарной тепловой нагрузки систем централизованного теплоснабжения, как видно из данных табл.5, ориентировочно совпадает с долей городского населения. Исходя из плотностей тепловой нагрузки, условная граница централизованных систем теплоснабжения начинается с уровня 150-200 тыс. человек. Таким образом, всего 63 города (~ 6 % общего числа) можно считать имеющими развитые СЦТ, остальные 1054 (~ 94 %) - имеют разнородные автономные системы теплоснабжения. Первые 6 % городов потребляют на отопление, как можно видеть из таблицы, около 46 % всей тепловой энергии, 10 % городов среднего размера потребляют еще 16 % тепла, и 85 % небольших городов - оставшиеся 37,6 %.

Доля централизованного сектора теплоснабжения, как мы знаем, достигает 68-69 %, что соответствует доле городов с населением свыше 100-150 тыс. человек. Вместе с тем в городах с населением 50-150 тыс. чел. в достаточной степени развиты так называемые "кустовые" схемы, когда существующие городские отопительные (промышленно-отопительные) котельные обслуживают свой ареал потребителей, при этом перемычек между этими "кустами", как правило, нет. Размер населенных пунктов свидетельствует о плотности тепловой нагрузки, используемом фонде зданий, их размерах, характеристиках протяженности распределительных сетей, а распределение городов по размеру в разных территориально-климатических условиях ясно свидетельствует о наличии тенденций централизации или децентрализации энергообеспечения.

тепловой нагрузка энергоснабжение энергообеспечение

5. Характеристики городов и их тепловых нагрузок

Таким образом, около 950 городов численностью до 100 тыс. чел. (это ~ 85 % всех городов) имеют разрозненные "кустовые" схемы теплоообеспечения, и потребляют до 40 % тепла; чуть больше 100 городов численностью 100-300 тыс. чел. ( ~ 10 %) развивают централизованные системы, потребляя около 16 % тепла, 50 городов численностью до 1 млн.чел. (~ 4,5 %) в разной степени используют теплофикацию, их потребление достигает 21 % всей тепловой энергии. И, наконец, 13 мегаполисов, составляя всего 1,1 % от общего числа городов, имеют разветвленные системы энергообеспечения, суммарное потребление тепла составляет около 25 %. Города с численностью до 300-350 тыс. человек имеют, как правило, невысокую долю теплофикации, т.е. участия ТЭЦ в покрытии графика тепловой и электрической нагрузки.

В большей степени активное участие ТЭЦ проявляется в достаточно крупных городах с численностью 350-550 тыс. человек. Таких городов в стране 35, общая численность проживающего в них населения составляет 14,6 млн.чел. городов с численностью от 550 до 850 тыс.чел. всего 10, в них проживает 6,15 млн.чел. Безусловно, существенную роль играют отопительные и промышленные ТЭЦ в энергообеспечении мегаполисов (15 городов с численностью ~14,7 млн.чел) и двух "столиц" - Москвы и Санкт-Петербурга с суммарной численностью около 15 млн. жителей. Вместе с тем в расселении и, соответственно, в урбанизации существует серьёзная асимметрия. Почти ѕ населения РФ, как видно из рис.7, живёт в условиях средне-умеренных зим, что характеризует базовые условия функционирования подавляющего большинства систем теплообеспечения городов.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 7 Распределение населения страны по климатическим зонам (ГСОП)

Распределение городов РФ в пространстве "ГСОП-размер" на рис.9. более точно показывает положение городов на пересечении его климатических параметров (градусо-сутки отопительного периода) и численности населения. Очевидно, что нахождение города в той или иной зоне диаграммы детерминирует базовые характеристики систем энергообеспечения, то есть определяет ее устойчивые типологические параметры.

Кроме того, видно, что предельной численностью основной группы (ядра) городов, т.е. определённым максимально-оптимальным размером является величина в 550-600 тыс. чел. Развитие городов сверх этого размера уже не даёт выигрыша по транспортной или энергетической эффективности, требует вместе с тем, существенного структурного развития "каркаса" города (включая системы жизнеобеспечения).

Типологический анализ эффективности и рациональной конфигурации систем жизнеобеспечения городов, таким образом, в первую очередь должен опираться на климатические параметры (градусо-сутки отопительного периода), размер населенного пункта, что определяет соответствующие плотности тепловых нагрузок. Экологические особенности территории также являются важным детерминирующим фактором выбора рациональной конфигурации систем теплоэнергоснабжения, основного и резервного топлива, привлечения нетрадиционных источников ТЭР.

Если проанализировать распределение городов на диаграммах "ГСОП-численность населения" по переписи 2002 г. и в 1979 г., то очевидно, что картина изменилась весьма незначительно. Города-миллионники несколько выросли в численности, но тем не менее новых мегаполисов не появилось, и в целом рост крупных городов существенно замедлился. Одной из главных причин замедления роста больших городов, как видно из анализа, являются высокие затраты на инженерное обустройство, снижение эффективности городских инфраструктур при росте городов свыше ~500 тыс. чел. Износ инженерных сетей, неразбериха с применением различных автономных источников энергии, тяжелая экологическая обстановка, транспортные перегрузки - все вместе свидетельствует о тупиковости сложившейся ситуации, чреватой кроме всего прочего авариями и экологическими бедствиями.

Растущие города сталкиваются с ограничениями физического, технического и структурного характера - так называемыми порогами развития. Анализ этих ограничений делает возможным выявить их для каждого конкретного периода времени. Город первоначально возникал как специфический вид пространственного окружения, противопоставляя себя окружающей среде. Повышенная компактность, плотность освоения, коммуникационная насыщенность городских пространств продиктована экономией затрат и нуждами обороны, являющимися, по всей видимости, определяющими характеристиками городов.

Пространственная самоорганизация городских поселений проявляет как минимум две тенденции, два механизма экономии ресурсов - транспортный (табл. 17) и тепловой (топливный). Экономия тепловой энергии на отопление связана в первую очередь с пространственной концентрацией проживания, транспортная - с оптимальными коммуникациями в городе. Такие пороги повышения эффективности городских инфраструктур обусловлены в том числе и определенным типом самоорганизации сложного городского хозяйства.

Первый связан с концентрацией проживания (снижение удельных отопительных затрат) и значительным количеством зданий достаточно большого размера - с уровня 80-120 тыс. человек. Второй - с повышением компактности проживания (снижение транспортных издержек) - с уровня 250-300 тыс. человек. Третий - активное применение теплофикации (комбинированная выработка тепла и электроэнергии) в крупных городах с численностью 450-500 тыс. человек. Рост численности городского населения свыше 550-600 тыс. чел. и далее - к мегаполису, требует особых инфраструктурных решений, которые позволили бы выйти на новый качественный уровень городского "каркаса". Такое эволюционное развитие инфраструктуры предопределяет этапы, когда она более восприимчива к инновационному развитию. Города, расположенные в разных секторах типологической диаграммы, требуют, таким образом, дифференцированных подходов к построению эффективных систем жизнеобеспечения.

Системы жизнеобеспечения населенных пунктов, как было показано выше, формируются вместе с жилым фондом в определенных пропорциях, что характеризует процессы территориальной самоорганизации для населенных пунктов разного размера в разных климатических условиях. Поскольку разнокачественность объектов-потребителей и условий окружающей среды приводит к наличию дисбалансов ресурсопотребления, распределенных произвольным образом по территории, постольку наличие дисбалансов обуславливает эффекты самоорганизации. Взаимоувязка и согласование режимов выработки и потребления энергоресурсов никак не подразумевает отказа от единых городских систем жизнеобеспечения, наоборот, они стыкуются с возможными автономными агрегатами таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность энергоиспользования, надежность и экологическую безопасность.

Уже не вызывает сомнений тот факт, что каждой из используемых в настоящее время систем теплоснабжения соответствуют свои условия, при которой она является оптимальной. Эти условия в основном определяются концентрациями и плотностями тепловых нагрузок. Оба эти показателя, даже для существующих узлов теплопотребления, со временем значительно изменяются. Вследствие этого используемые в настоящее время системы теплоснабжения во многих случаях морально устаревают и не соответствуют вновь образованным условиям.

Условия функционирования СЦТ в разных городах и регионах страны различаются настолько значительно, что в ряде случаев картина меняется качественно (как по источникам, так и непосредственно по сетевым структурам). Территориальные различия в ряде случаев довольно сложно систематизировать по определенным статистическим показателям. Разветвлённость и существенная территориальная распределённость сетей, наличие и конфигурация разнородных потребителей, располагающихся в разных климатических условиях на разных структурно-территориальных уровнях, различные схемно-параметрические решения, предопределяет уникальность всей конфигурации в целом.

Рис. 9 Диаграмма распределения столиц регионов РФ по ГСОП и численности населения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Качественный скачок в развитии централизованных систем теплоснабжения произошёл в конце 50-х годов, в период наиболее массового строительства жилья. К середине 85-х г. только на ТЭЦ Минэнерго работало 166 турбин Т-100-130 и Т-110-130, 11 Т-175-130 (Т-185-130), 20 Т-250-240. Диаметр отводящих трубопроводов от блоков с турбиной Т-250-240 составляет 1000 мм, от двух блоков - 1600 мм. Отборы такой турбины снабжают тепловой энергией около 250 тыс.чел. Распределённость разводящих сетей от крупных ТЭЦ составляет 15-25 км. в Новосибирске, 35 км - в Свердловске, до 30 км, - в Москве. Увязка потребителей с общим режимом работы источника и сети - сложная задача, и тем более сложная, чем больше потребителей обслуживает система теплоснабжения.

Наращивание систем централизованного теплоснабжения (СЦТ) происходило в последнее время практически только за счет присоединения новых зданий и микрорайонов с распределительными сетями. Инфраструктурная реконструкция тепловых магистралей проводилась крайне недостаточно: из этого вытекает необходимость рассматривать структуру источников тепла в динамическом развитии: то есть источники тепла должны в какой-то степени рассматриваться как временные, с постепенной заменой одних, реконструкцией других, изменением режимов функционирования.

Присоединение новых районных котельных также производилось по самым разным схемам, в зависимости от ситуации с водой в регионе и ряда других факторов. Есть города и регионы, где до сих пор работают безнадежно устаревшие ТЭЦ малой мощности с агрегатами полувековой давности. В связи с этим значительную часть тепловой нагрузки берут на себя муниципальные, ведомственные котельные, иногда промышленные ТЭЦ. В самое последнее время к этому добавился спад промышленного производства, который привел к резкому сокращению промышленной нагрузки ТЭЦ и котельных. Все это приводит к существенным отклонениям режимов эксплуатации от расчетных, что наблюдается во многих регионах страны.

6. Основные факторы снижения расчетной эффективности и надежности интегрированных систем теплоэнергоснабжения

Существенные нарушения оптимальных режимов территориально-распределённых систем теплоснабжения свидетельствуют о невозможности полного соответствия подачи тепловой энергии и её потребления без сочетания централизованного и распределенного регулирования теплопотребления.

Отставание строительства тепловых сетей, своевременного ввода тепловых нагрузок промышленности и ЖКХ, завышение тепловых нагрузок потребителей, изменение состава и технологии предприятий приводило к недопустимо долгому (10-15 лет) сроку вывода турбин на проектные параметры с полной загрузкой отборов. Именно недостатки структурного развития систем теплоснабжения (нехватка пиковых агрегатов, неразвитость сетей, отставание ввода потребителей, завышение расчетных нагрузок потребителей и ориентация на строительство мощных ТЭЦ) обусловили существенное снижение расчетной эффективности теплофикационных систем.

Рис. 10 Суммарное теплопотребление регионами РФ и СССР в целом

Резкое падение промышленной нагрузки ТЭЦ, которая превышала отопительную нагрузку практически вдвое, в ряде регионов привело к тому, что суммарное теплопотребление стало определяться именно нагрузкой коммунального комплекса, с присущей ей сезонностью и иными колебаниями. Помимо климатических особенностей эта нагрузка определяется в первую очередь численностью населения.

В основе всеобъемлющего и массового кризиса систем жизнеобеспечения (тепло-, водоснабжения) станы лежит комплекс причин, в числе которых не только удорожание топлива, износ основных фондов, но и существенное изменение расчетных условий эксплуатации, графика тепловых нагрузок, функционального состава оборудования. Кроме того, существенная доля промкомплекса и сопутствующих энергоисточников, как видно из рис.11, это около 30-35 % суммарного энергопотребления, после распада СССР оказалась вне России. Значительное число мощных энергообъектов, линий электропередач, трубопроводов, энергомашиностроительных заводов оказались на территории соседних государств (Казахстана, Украины, Беларуси и др.). Соответствующие разрывы технологических связей и систем энерго-, топливоснабжения послужили дополнительным фактором ухудшения условий функционирования систем жизнеобеспечения.

Как видно из рис.11, при уходе бывших республик СССР после 1991 г, население страны уменьшается на 45-46 %, при этом если большинство населения СССР (свыше 60 %) проживало с климатической зоне с ГСОП=3000-4000, то в границах современной РФ большинство населения (72 %) проживает при гораздо более неблагоприятных условиях с ГСОП=4000-6000.

Рис. 11 Распределение населения СССР и РФ по ГСОП

Если сопоставлять системные изменения общей тепловой нагрузки (и её структуры) систем теплоснабжения, необходимо обратить внимание на совместное действие нескольких факторов:

- сокращение территории страны на 30 % (а так называемой «эффективной» территории - практически вдвое);

- соответственное сокращение численности населения на 46 %;

- резкое падение совокупной тепловой нагрузки в связи с промышленным кризисом и стагнацией;

- падение загрузки основного турбинного оборудования ТЭЦ и показателей эффективности их работы;

- износ основного и вспомогательного энергетического оборудования, тепловых сетей.

Помимо существенного изменения режимных характеристик всего комплекса (источники, магистральные и распределительные сети), это также существенно меняет состав и номенклатуру необходимого для покрытия измененной нагрузки оборудования, делает более значимым и актуальным использование различного рода пикового, аккумулирующего оборудования. Преобладание промышленной нагрузки ТЭЦ, превышающей отопительную нагрузку практически вдвое, во многом сглаживала сезонные пики коммунального теплопотребления городов. Резкое сокращение промышленного теплопотребления привело к переизбытку централизованных мощностей при возрастании роли именно пиковых источников и агрегатов. Проблема стоит острее именно в крупных городах с высокой долей промышленного энергопотребления, в небольших городах система легче выходит на расчетные параметры.

Концентрация потребителей, повышение степени централизации СТЭС при этом повысить степень надежности как за счет развития общей сети (и ее закольцовывания), так и путем применения распределенных утилизационных и пиковых устройств, в том числе на возобновляемых источниках энергии. В любом случае, стратегия энерготехнологического комбинирования для систем теплоэнергоснабжения и городов любого размера явно указывает на пути рационализации и совершенствования соответствующего оборудования, схемных решений, оптимизацию структуры и состава системы.

Заключение

Проблемы согласованной работы источников тепловой энергии и потребителей в распределенных системах теплоснабжения требуют применения, как отмечалось выше, целостного комплекса как технических мер и мероприятий, так и сопутствующих правовых и экономических решений. Для их выработки и реализации необходим переход к новой идеологии анализа и синтеза, создания и рационализации распределенных систем энергообеспечения коммунальных и технологических комплексов. Речь идет о понимании проблематики территориально распределенных иерархических систем теплоэнергоснабжения, напрямую связанной с использованием разных дисбалансов энергии различного потенциала, и в этом качестве могут быть равноправно использованы утилизационные, аккумулирующие и пиковые агрегаты разной мощности.

Дисбалансы энергопотребления в рамках мегаполиса вполне можно прогнозировать и нейтрализовывать при комплексном территориальном подходе к городскому хозяйству как единому механизму жизнеобеспечения. Если не видеть в нем только отраслевые структуры и интересы, выделять и приватизировать частные обособленные участки для извлечения прибыли, без поддержания состояния полной работоспособности и надлежащей технологической модернизации. Очевидно, что никакие частные решения автономного энергообеспечения не спасут ситуацию, необходимо повышение устойчивости энергетических инфраструктур с помощью разнообразных энерготехнологических агрегатов и систем. Взаимоувязка и согласование режимов выработки и потребления энергоресурсов никак не подразумевает отказа от единых городских систем жизнеобеспечения, наоборот, они стыкуются с возможными автономными агрегатами таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность энергоиспользования, надежность и экологическую безопасность.

Органичное использование разнородных источников энергии, включая нетрадиционные и возобновляемые источники (НВИЭ), будет характеризовать "зрелость" развития системы, ее устойчивость и надежность функционирования. Именно разноплановая инфраструктура, способная интегрировать в себя источники НВИЭ является наиболее совершенной в инфраструктурном плане, экологически приемлемой и безопасной. Использование таких разнообразных источников ТЭР, включая нетрадиционные, безусловно, будет стимулировать привлечение населения к построению общих энергоэффективных систем, применению частных и распределённых решений энергосбережения в разных сферах городского хозяйства.

Согласование успешной и эффективной эксплуатации СЦТ с окупаемостью капитальных затрат массового строительства или реконструкции является важнейшей прерогативой именно государственной политики энергосбережения, что требует законодательного отражения в Законах РФ, в региональных нормативно-правовых документах. Базовая, институциональная роль энергокомплекса громадной страны, требует соответствующего взаимоувязанного правового закрепления в целом ряде Федеральных законом и кодексов: Законодательстве об энергосбережении и теплоснабжении, Жилищном и Гражданском Кодексе, Законодательстве о местном самоуправлении и защите прав потребителей.

Эволюция сложных технических систем жизнеобеспечения городов самой крупной северной страны мира прошла непростой и неоднозначный путь от первых отопительных печей и плана ГОЭЛРО к крупнейшей и разветвлённой метасистеме промузлов и городских агломераций с разнообразными комплексами электро-, тепло-, водоснабжения, канализации, специализированными системами жизнеобеспечения северных территорий. Эволюция сопутствующих правоустанавливающих институциональных принципов в этой сфере также должна опираться не на устаревшие постулаты "народного капитализма" XIX века, а вбирать в себя современные концепции регулирования услуг общеэкономического назначения, увязки роста тарифов с разработкой программ комплексного развития энергетических систем городов, законодательство о концессиях.

Литература

1. Автономов А.Б. Положение в области систем централизованного теплоснабжения в странах Центральной и Восточной Европы.// Электрические станции. 2004. №7.

2. Бабурин В.Л. Эволюция российских пространств. М. Изд-во УРСС, 2002. 272 с.

3. Байдаков С.Л. Гашо Е.Г. Анохин С.М. ЖКХ России./ Деп. ВИНИТИ 3 марта 2005 г. № 305. В2005. / www.rosteplo.ru/kniga_gkh.php

4. Байдаков С.Л. Гашо Е.Г. Эффективные системы жизнеобеспечения мегаполисов - основа устойчивого развития государства.// Энергетическая политика. 2005 г. № 3.

5. Бочаров Ю.П. Фильваров Г.И. Производство и пространственная организация городов. М.: Стройиздат, 1987 г. 256 с.

6. Гашо Е.Г. Степень централизации, распределенность и пути рационализации теплоэнергетической нагрузки территориальных промышленных узлов в России. // Вестник МЭИ. 2003 г. № 4. с. 34-39.

7. Гашо Е.Г. Спиридонов А.Г. Функциональные особенности отопительных систем и комплексная оценка их эффективности.// Новости теплоснабжения. 2001 г. №3.

8. Гашо Е.Г. Ковылов В.К. Парщиков В.П. Методологический подход к решению проблемы рационализации регионального энергопромышленного комплекса.// Промышленная энергетика. 2002 г. № 10, с. 2-7.

9. Гашо Е.Г. Особенности и противоречия функционирования систем теплоснабжения и пути их рационализации. // Новости теплоснабжения. 2003 г. № 10.

10. Гашо Е.Г. Панфилов В.А. Проблемы рационализации теплопотребления и оптимизации параметров территориально распределенных систем коммунального теплоснабжения городов.// Энергосбережение и водоподготовка. 2005. №1.

11. Гашо Е.Г. Особенности эволюции городов, промузлов, территориальных систем жизнеобеспечения. Монография. М.: Центр системных исследований, 2006.

12. Зубкова А.Г. Гашо Е.Г. Кузькина Е.В., Шандрук Д.А. Факторы энергосбережения системы теплоснабжения г.Домодедово.// Вестник МЭИ. 2004. №3.

13. Клименко А.В. Гашо Е.Г. Проблемы повышения эффективности коммунальной энергетики на примере объектов ЖКХ ЦАО г.Москвы. // Теплоэнергетика. 2004 г. № 6.

14. Клименко В. В. Влияние климатических и географических условий на уровень потребления энергии. // Доклады академии наук. 1994, том 339, № 3, с. 319 - 322.

15. Логовский К.В. Энергетическая инфраструктура региона. Планирование и организация управления. Минск, 1990 - 103 с.

16. Мастепанов А.М. Саенко В.В. Шафраник Ю.К. Экономика и энергетика регионов.- М.:Экономика, 2001 г. 476 с.

17. Методическое пособие по энергосбережению в протяженных системах централизованного теплоснабжения.- М.: Объединение ВНИПИЭнергопром, 2001 г.

18. Национальный Доклад о теплоснабжении Российской Федерации.// Новости теплоснабжения. 2001 г., № 4.

19. Некрасов А.С. Воронина С.А. Состояние и перспективы теплоснабжения в России.// Электрические станции. 2004, №5, с.2-8.

20. Рогалев Н.Д. Гашо Е.Г. Энергопотребление мегаполиса. О некоторых результатах комплексного подхода к рационализации энергопотребления коммунального хозяйства мегаполиса.// АВОК. 2005 г. № 3.

21. Россия как система. Web - атлас. / В.Артюхов. А.Мартынов. Practical science. http://www.sci.aha.ru

22. Табунщиков Ю.А. Бродач М.М. Математическое моделирование и оптимизация тепловой эффективности зданий. М.: НП АВОК, 2002 г.

23. Теплофикация СССР. Сборник статей под общ.ред. С.Я.Белинского, Н.К.Громова. М., «Энергия», 1977 г. 312 с.

Размещено на Allbest.ru