Теплообменные аппараты ТТАИ
Сочетают в себе преимущества кожухотрубных и пластинчатых теплообменников без их недостатков.
РосТепло.ru - Информационная система по теплоснабжению
РосТепло.ру - всё о теплоснабжении в России

Анализ основных тенденций развития систем теплоснабжения России

К.э.н. И.А. Башмаков, исполнительный директор Центра по эффективному использованию энергии (ЦЭНЭФ), г. Москва

(по материалам работы, выполненной по заказу ЗАО АПБЭ; публикуется в сокращении)

(Окончание, начало в «НТ», № 2-3, 2008 г.)

Оценка потенциала энергосбережения в сфере производства, транспорта, распределения и потребления тепловой энергии

Оценка потенциала энергосбережения в сфере производства, транспорта и потребления тепловой энергии (ТЭ) [5] проведена на базе использования двух подходов, дополняющих друг друга:

1. Сравнение средних удельных теплоемкостей по России в целом с лучшими по России и за рубежом;

2. Экстраполяция на Россию в целом данных, разработанных ЦЭНЭФ программ модернизации систем теплоснабжения более чем для 50 городов.

Были оценены:

технический потенциал энергосбережения (максимально возможный при современном уровне техники);

экономический потенциал энергосбережения (экономически целесообразный при тарифах на тепло в 2007 г. и 2010 г. и при использовании в инвестиционных решениях социальной нормы дисконтирования 6 и 12%);

рыночный потенциал энергосбережения (проекты, окупающиеся не более чем за 5 лет при тарифах 2007 г.).

Был определен прямой потенциал экономии тепла и косвенный - экономия топлива на источниках теплоснабжения за счет экономии тепла во всех звеньях цепочки теплоснабжения (табл. 7) [5].

Повышение эффективности конечного потребления тепла и снижение потерь в сетях может привести к снижению потребления тепла на 840 млн Гкал, или на 52%. Самый большой потенциал - в жилых зданиях (385 млн Гкал), затем - в системах транспорта и распределения тепла, а также в потреблении тепла в энергетике (237 млн Гкал) и в производственном секторе (129 млн Гкал). Косвенный потенциал снижения потребности в топливе на производство ТЭ и требуемой для ее производства и транспорта электрической энергии равен 166 млн т у.т., в т.ч. около 110 млн т у.т., или без малого 100 млрд м3 природного газа.

В промышленности низкозатратные мероприятия по оптимизации и модернизации паро-потребляющего оборудования позволяют снизить потребление пара на 31-48% и окупаются менее, чем за 1 год [6]. На типичном российском предприятии такие низкозатратные мероприятия приводят к снижению потребления пара более, чем на 30% [7], и окупаются менее, чем за 1 год. То же справедливо для потребления горячей воды в промышленности. Было сделано предположение, что потенциал снижения потребления ТЭ в «прочих отраслях промышленности» равен 50%, или 4,34 млн т н.э.

Было проведено специальное исследование для оценки затрат на реализацию мероприятий по повышению эффективности использования пара в 5 отраслях: целлюлозно-бумажной; пищевой; деревообрабатывающей; текстильной; производства цемента и клинкера. Рассматривались следующие мероприятия: модернизация установленных паровых котлов и их оптимальная загрузка (применение автоматизации управления процессом сжигания топлива); установка регуляторов давления в паровых отопительных системах (паропроводы); модернизация трубопроводов и теплоизоляции в паропроводах (линии пара и конденсата); введение в эксплуатацию новых систем сбора и возврата конденсата (установка конденсатопроводов, насосов, сборных резервуаров и конденсатоотводчиков); модернизация (замена) конденсатоотводчиков в системах сбора и возврата конденсата на предприятиях; утилизация вторичных энергетических ресурсов (вторичной теплоты) на производстве или для целей теплоснабжения. Самая большая экономия (в денежном выражении) была оценена в 25 долл. США/т н.э. при норме дисконтирования 12%. Поэтому весь потенциал повышения эффективности производства, распределения и потребления пара является экономически эффективным.

Потенциал повышения эффективности систем теплоснабжения жилых зданий может быть оценен путем сравнения среднего удельного потребления энергии (в расчете на 1 м2/год) с наилучшим показателем в новом здании, исходя из предположения, что все дома могут быть мгновенно заменены, или путем сравнения нынешнего уровня с удельным потреблением энергии зданием после модернизации (исходя из предположения, что все старые жилые дома могут быть мгновенно модернизированы).

В рамках первого подхода важно проверить, не влечет ли повышение эффективности отопления увеличения издержек для застройщиков, и если да, то насколько. Для ответа на этот вопрос были собраны данные по проектам 28 новых типов зданий, строящихся в Москве в настоящее время. Было проведено сравнение удельного потребления энергии на цели отопления (в кВт.ч/м2) с затратами на строительство в расчете на 1 м2. Не было выявлено никакой корреляции (рис. 11). Поэтому ответ на поставленный вопрос - «нет»: возведение более энергоэффективных зданий не влечет никаких дополнительных затрат, поэтому издержки строительства обуславливаются другими факторами, такими как количество этажей, геометрия и ориентация здания, стоимость материалов, фонд заработной платы и др.

Из рассмотренных 28 проектов многоквартирных и многоэтажных зданий лучший показатель составлял всего лишь 77 кВт.ч/м2/год против среднероссийского показателя 229 кВт.ч/м2/год. При таком подходе технический потенциал в России может быть оценен в 41,8 млн т н.э., в том числе 31,3 млн т н.э. в системах централизованного теплоснабжения (ЦТ). Ежегодно в России сносится только 0,5% жилых зданий, так что даже при удвоении темпов сноса неэффективного жилья этот процесс займет целое столетие.

«Сбривание» красной и желтой зон на рис. 6 (см. «НТ», № 3, 2008 г. - прим. ред.) возможно только при реализации мер по повышению энергетической эффективности в зданиях, которые, при умеренных затратах, могут привести к экономии энергии в объеме 35-60%. С практической точки зрения, реализация технического потенциала модернизации существующего жилого фонда представляется более реалистичной, чем мгновенная замена всех зданий на новые, самые эффективные. Для проведения этого анализа все здания, присоединенные к системе ЦТ (2364 млн м2 [8]), были разделены на четыре категории: построенные до 1990 г. (74,1%); построенные в 1991-2000 гг. (14,2%); построенные после 2000 г. (6,5%); и недавно модернизированные (5,2%). При модернизации всех зданий, построенных до 1990 г., и доведении их показа теля средней энергоэффективности до 0,13 Гкал/м2/год технический потенциал повышения эффективности отопления составит 169 млн Гкал. Этот уровень необходимо адаптировать к снижению потребления электроэнергии и природного газа на цели отопления домов, подключенных к системам ЦТ. С учетом того, что на долю систем ЦТ приходится 10% потребления природного газа и электроэнергии на цели отопления, можно достичь дополнительной экономии в объеме 0,8 млн Гкал (по электроэнергии) и 1,2 млн Гкал (по природному газу); таким образом, нижняя оценка потенциала составит 171 млн Гкал. Так что, в зависимости от используемого подхода, потенциал повышения энергоэффективности в теплоснабжении варьируется между 171 и 418 млн Гкал. В дальнейших расчетах средний технический потенциал повышения энергоэффективности в теплоснабжении был принят равным 250 млн Гкал.

Таблица 8. Оценка потенциала повышения энергетической эффективности производства тепла на котельных, млн т н.э.

Тип источника тепла Уровень потребления в 2005 г. Технический потенциал Экономический потенциал Экономический потенциал при условии начала торговли квотами на выбросы СО2 Рыночный потенциал (при ценах 2010 г.) Рыночный потенциал (при ценах 2007 г.)
Всего котельные 123,24 10,39 9,4 9,41 9,01 3,16
Уголь 82,21 6,63 6,61 6,62 6,21 1,25
Нефтепродукты 10,81 0,57 0,57 0,57 0,57 0,57
Природный газ 26,98 2,23 2,23 2,23 2,23 1,34
Прочее твердое топливо* 3,25 0,97 0 0 0 0
Промышленные котельные 81,85 7,7 7,08 7,08 6,73 1,69
Уголь 58,11 5,09 5,08 5,08 4,73 0,55
Нефтепродукты 7,71 0,46 0,46 0,46 0,46 0,46
Природный газ 13,99 1,54 1,54 1,54 1,54 0,68
Прочее твердое топливо* 2,04 0,61 0 0 0 0
Районные котельные 14,64 2,01 1,97 1,98 1,93 1,2
Уголь 10,15 1,4 1,39 1,4 1,35 0,64
Нефтепродукты 1,25 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06
Природный газ 3,12 0,52 0,52 0,52 0,52 0,5
Прочее твердое топливо* 0,11 0,03 0 0 0 0
Котельные малой мощности** 26,76 0,68 0,35 0,35 0,35 0,27
Уголь 13,95 0,14 0,14 0,14 0,13 0,06
Нефтепродукты 1,85 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05
Природный газ 9,87 0,17 0,17 0,17 0,17 0,16
Прочее твердое топливо* 1,1 0,33 0 0 0 0

* В силу разнообразия используемых прочих видов твердого топлива в рамках данного исследования невозможно разбить потенциал по уровню затрат.

** Для оценки потенциала на котельных малой мощности по уровню затрат не хватает данных. Было сделано предположение, что его структура аналогична структуре потенциала на котельных систем ЦТ. Источник: оценки ЦЭНЭФ.

Отсутствие адекватных капитальных ремонтов и мотивации к повышению энергетической эффективности в ходе проведения капитальных ремонтов блокируют реализацию этого потенциала. Важно отметить, что, по крайней мере, 60% потенциала повышения энергоэффективности в жилых зданиях приходится на долю систем коллективного пользования, а 40% - на квартиры. Существуют институциональные возможности для определения выгодополучателя от мер по повышению эффективности использования энергии в жилых зданиях и для гармонизации интересов домохозяйств. Более того, экономия при муниципальных закупках энергоресурсов может стать важным источником финансирования капитальных ремонтов жилых зданий.

Существует множество мероприятий по повышению эффективности использования энергии на цели отопления и ГВС при проведении модернизации существующих зданий. Затраты на реализацию этих мероприятий зависят от того, выполняются ли они в рамках одного домохозяйства (тогда действуют розничные цены на материалы и оборудование) или проводится модернизация целого здания силами жилищной компании (тогда действуют оптовые цены). Эффекты от мероприятий в большой степени зависят от специфических характеристик здания и климатической зоны (эффект от одного и того же мероприятия, реализованного в Норильске, где количество градусо-суток превышает 11 тыс., в 3-4 раза больше, чем в Астрахани, где количество градусо-суток составляет 3 тыс.).

На рис. 12 показаны кривые затрат (в зависимости от нормы дисконтирования) на реализацию мер по повышению энергоэффективности для г. Железногорска с населением около 100 тыс. жителей (в г. Железногорск 6,6 тыс. градусо-суток отопительного периода, что отражено в СНиП; это вдвое больше, чем в г. Ростов-на-Дону, и вдвое меньше, чем в г. Норильск; в г. Москве этот показатель равен 5027; поэтому результаты, полученные по Железногорску, необходимо снизить, прежде чем экстраполировать их на остальную территорию РФ; некоторые мероприятия, относящиеся к теплоизоляции наружных стен, могут оказаться экономически нецелесообразными). При ожидаемых ценах на тепло в 2010 г. только два мероприятия экономически нецелесообразны при норме дисконтирования 6%. При норме дисконтирования 12% рейтинг мер по уровню удельного потребления энергии меняется, и 5 мероприятий теряют рыночную привлекательность. С учетом торговли квотами на выбросы CO2 в цене топлива список мероприятий существенно не изменяется. Стоимость экономии энергии вследствие установки термостатических вентилей на радиаторах и некоторых мер по применению наружной теплоизоляции превышает тарифы на тепло даже с учетом торговли квотами на выбросы CO2.

Совокупный потенциал снижения потребления энергии для целей отопления и ГВС в жилых зданиях оценивается в 385 млн Гкал. При ожидаемых в 2010 г. средних ценах на ТЭ и торговле углеродными квотами экономический потенциал снижается до 308 млн Гкал, а рыночный - до 24 млн т н.э. Однако при ценах на тепло 2007 г. рыночный потенциал составляет только 146 млн Гкал.

Опыт разработки программ повышения энергоэффективности более чем для 50 российских городов показывает, что средний размер инвестиций в снижение потребления энергии на цели отопления путем модернизации жилых домов составляет 700-1000 долл. США/т н.э. Таким образом, при экономии 39 млн т н.э. модернизация 88% жилой площади в российских домах потребует капиталовложений в объеме 27-39 млрд долл. США. Значительная часть этих инвестицийбудет направлена на замену изношенных элементов строительных конструкций и оборудования для продления срока службы здания. Только 11-13 млрд долл. США могут быть выделены в качестве приростных капиталовложений.

Потенциал повышения эффективности систем отопления в общественных зданиях можно оценить путем сравнения среднего удельного потребления энергии (в расчете на 1 м2) с лучшим аналогичным показателем в новом строительстве. Такой подход позволяет оценить технический потенциал в 6,44 млн т н.э. С помощью этого же подхода была сделана оценка технического потенциала по ГВС. При доведении всего удельного потребления энергии в системах ГВС до наилучшего показателя технический потенциал составляет 1 млн т н.э.

Совокупный потенциал снижения потребления ТЭ в системах теплоснабжения общественных зданий составляет 74,4 млн Гкал. При ожидаемых средних ценах на ТЭ в 2010 г. и норме дисконтирования 6% экономически целесообразный потенциал будет составлять 60 млн Гкал, а при норме дисконтирования 12% и ценах 2010 г. рыночный потенциал сжимается до 40 млн Гкал и далее до 22 млн Гкал при ценах 2007 г.

Потенциал повышения энергетической эффективности производства тепла на котельных оценивается в 10,4 млн т н.э., или 8,4% от уровня потребления в 2005 г. (табл. 8). Наибольший потенциал определяется на промышленных котельных. В зависимости от применения гибких механизмов Киотского протокола приблизительно на 90% технический потенциал является экономически эффективным, а на 30-87% привлекательным для субъектов рынка.

Доведение газовых промышленных котельных до современного технологического уровня приведет к экономии энергоносителей (природного газа) в объеме 5,09 млн т н.э.; большая часть этого потенциала (5,08 млн т н.э.) является экономически эффективной и привлекательной для рынка. При ценах на газ 2007 г. только 0,55 млн т н.э. представляют собой привлекательный для рынка потенциал; при ожидаемых ценах на газ в 2010 г. он увеличивается до 4,73 млн т н.э. Для определения возможного повышения энергоэффективности в каждом российском регионе использовался средний КПД котлов. Удельные приростные капиталовложения, а также изменения эксплуатационных издержек, были взяты из технико-экономических обоснований программ модернизации систем ЦТ, разработанных ЦЭНЭФ за последние годы. Технический потенциал на промышленных котельных на жидком топливе и на угле составляет 0,46 млн т н.э. и 1,54 млн т н.э. соответственно. Необходимые инвестиции для реализации этого потенциала составляют около 7 млрд долл. США.

Доведение газовых районных котельных до современного технологического уровня приведет к экономии топлива в объеме 1,4 млн т н.э. На котельных системы ЦТ, работающих на жидком топливе, технический потенциал составляет 0,06 млн т н.э., а на районных котельных, работающих на твердом топливе, - 0,52 млн т н.э. Затраты на реализацию программы модернизации котельных системы ЦТ составляют около 1,5 млрд долл. США.

Высокая степень износа оборудования и плохое качество эксплуатации также приводят к избыточному электропотреблению систем теплоснабжения. Модернизация насосов на котельных приведет к экономии 13 млн кВт.ч, или 1,12 млн т н.э.

Во многих европейских странах с хорошо развитыми системами теплоснабжения потери в сетях составляют 2-10%. В России максимальные тепловые потери в тепловых сетях не должны превышать 10%. Это предельный уровень потерь, при котором эффективность ЦТ физически выше, чем децентрализованного теплоснабжения. Потенциал снижения тепловых потерь был оценен в 173 млн Гкал с учетом различных диаметров и сроков службы трубопроводов. Большая часть этого потенциала (170 млн Гкал) является экономически эффективной по экономико-инвестиционным критериям, а 159 млн Гкал - по рыночно-инвестиционным критериям (при ценах на топливо 2007 г.), и 166 млн Гкал - при ожидаемых ценах 2010 г. Капитальные затраты для реализации этого потенциала оцениваются в 18,6 млрд долл. США. Лишь часть этих затрат приходится на долю снижения тепловых потерь. Основная цель перекладки трубопроводов системы теплоснабжения состоит в обеспечении теплоснабжения потребителей, сокращении числа отключений и снижении стоимости ремонтов, а также в продлении срока службы труб. Поэтому лишь часть (скажем, 50%) капиталовложений в модернизацию тепловых сетей может быть отнесена на снижение тепловых потерь, что снижает предельные затраты до 9,8 млрд долл. США.

При оценке итогового потенциала снижения потерь в сетях сначала учитывалось снижение потребности в тепле за счет реализации потенциала повышения эффективности его использования у конечных потребителей, а затем принималось допущение, что для оставшейся части тепла технически возможно снизить потери в сетях до 4-5%. В итоге интегральный потенциал снижения потерь в сетях получается равным 212,5 млн Гкал.

Литература

(продолжение, начало в «НТ» № 2-3, 2008 г.)

5. И. Башмаков, К. Борисов, М. Дзедзичек, И. Грицевич, А. Лунин. Ресурс энергоэффективности в России: масштаб, затраты и выгоды. Москва, 2007 (подготовлено для Всемирного Банка).

6. Э. Уоррелл, К. Галицки. Повышение энергетической эффективности в нефтепереработке / Материалы летней конференции Американского совета по энергоэффективной экономике в промышленности, 2005 г.

7. Руководство по повышению энергетической эффективности в пищевой промышленности.

8. Российский статистический ежегодник. 2006.

Башмаков И.А., Анализ основных тенденций развития систем теплоснабжения России (Окончание, начало в "НТ", № 2-3, 2008 г.)

Источник: Журнал "Новости Теплоснабжения" № 4 (92), 2008 г., www.ntsn.ru

Оставить комментарий

Тематические закладки (теги)

Тематические закладки - служат для сортировки и поиска материалов сайта по темам, которые задают пользователи сайта.

Похожие статьи: