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

«Русские горки» неэффективности

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

Оценка ресурса повышения эффективности

Экспресс-оценка потенциала энергосбережения России была проведена по схеме построения кривых распределения энергопотребляющих установок или объектов по уровню их фактической энергетической эффективности. Все установки или объекты делятся на три группы:

· зеленая - самые энергоэффективные из действующих в России установок или объектов;

· желтая - установки или объекты, которые являются приемлемыми по уровню энергоэффективности в первые два десятилетия XXI века;

· красная - установки или объекты с очень низким уровнем энергоэффективности. Они требуют замены или модернизации.

Потенциал оценивался как результат «сбривания» красно-желтой «горы неэффективности». Оцениваются прямые и косвенные эффекты. Последние оценивались двумя способами: оценкой косвенных эффектов первого порядка и оценкой синергетических косвенных эффектов реализации всех элементов потенциала на модели RUSBAL-2020.

ТЭЦ

В России на ТЭЦ вырабатывается около 350 млрд кВт.ч со средним удельным расходом топлива на производство электроэнергии (ЭЭ) (на отпуск с шин электростанций) 327 гу.т./кВт.ч, что ниже среднего КПД конденсационных станций стран ОЭСР и только на 4% меньше среднего расхода на российских ГРЭС, а значит, преимущества совместной выработки ЭЭ и тепла на ТЭЦ минимальны. Если бы ЭЭ вырабатывалась на конденсационных станциях с КПД 40%, а тепло -на котельных с КПД 90%, то суммарное потребление топлива было бы даже несколько ниже, чем его расход на ТЭЦ. Средний коэффициент использования теплоты топлива на российских ТЭЦ равен 63%. Если учесть потери в тепловых сетях (ТС), то при нынешнем состоянии ТЭЦ выгоды от совместной выработки тепла и ЭЭ практически нет. На 50 ТЭЦ удельные расходы на производство ЭЭ превысили 500 г у.т./кВт.ч, что соответствует КПД 25% (рис. 1). Средний удельный расход равен 337 г у.т./кВт.ч для ТЭЦ, работающих на газе, и 383 г у.т./кВт.ч для ТЭЦ, работающих на угле. В отношении использования топлива наиболее эффективны промышленные ТЭЦ, использующие вторичные ресурсы и отходы промышленного производства.

При снижении удельного расхода топлива на производство ЭЭ на ТЭЦ до 240 г у.т./кВт.ч потенциал экономии топлива равен 30 млн т у.т., включая 19 млрд м3 природного газа (ПГ). Существует относительно слабая зависимость удельных расходов от срока ввода оборудования (рис. 2). Более существенным фактором, определяющим эффективность использования топлива, является замена оборудования и уровень его загрузки, особенно по теплофикационному циклу. Очевидно, что Россия пропустила почти 20 лет технического прогресса в модернизации и строительстве новых ТЭЦ. К числу основных проблем функционирования российских ТЭЦ можно отнести:

■ практическая реализация «стратегии инерции» на ТЭЦ -минимальные усилия по поддержанию оборудования в работоспособном состоянии;

■ значительная наработка и ухудшение состояния основного парка оборудования без проведения регламентных (текущих и капитальных) ремонтных работ, рост длительностей ремонтов и частоты аварий и инцидентов;

■ снижение выработки ЭЭ на тепловом потреблении ТЭЦ и снижение загрузки оборудования ТЭЦ из-за падения промышленного производства и отказа платежеспособных потребителей от тепла ТЭЦ по причине высоких цен, низкой надежности поставки и неудовлетворительного качества тепла;

■ ухудшение характеристик используемого топлива;

■ снижение управляемости системы и, как следствие, большое количество пусков - отключений энергоемких агрегатов на системообразующих источниках и загрузке ТЭЦ по электрическому графику работы;

■ рост расхода ЭЭ на собственные нужды для производства электро- и теплоэнергии;

■ снижение квалификации эксплуатационного персонала.

Пример двух сахалинских ТЭЦ с высокими удельными расходами показывает, что события развивались по сценарию «стратегии инерции». По оценке ЦЭНЭФ, сделанной в 2001 г., при реализации «стратегии инерции» удельный расход условного топлива на отпуск ЭЭ должен был расти (рис. 3). Фактические данные за 2004 г. практически точно легли на линию прогноза. При дальнейшем развитии ситуации по этому сценарию удельные расходы будут продолжать расти.

Чтобы остановить этот рост и повернуть динамику вспять, необходимо на Охинской ТЭЦ, реализовав программу капитальных вложений в сумме 64 млн долл. США на модернизацию и развитие станции (при условии строительства линии электропередачи в центре Сахалина), увеличить мощность станции на 140 МВт и обеспечить весь прирост выработки ЭЭ при приростных удельных расходах топлива ниже 240 гу.т./кВт.ч, что позволит снизить средний расход топлива на станции с 450 до 254 гу.т./кВт.ч. Реализация программы модернизации и расширения Южно-Сахалинской ТЭЦ-1 в 2006-2015 гг. обойдется в 99 млн долл. США и позволит расширить электрическую мощность станции на 135 МВт, обеспечить прирост производства ЭЭ при приростных удельных расходах топлива ниже 270 г у.т./кВт.ч и снизить средний расход топлива на станции с 370 до 329 г у.т./кВт.ч, а при переходе на газ (дополнительные капитальные вложения в размере 20 млн долл. США по сравнению с угольным вариантом) - до 300 г у.т./кВт.ч. В целом, по оценке ЦЭНЭФ, при вложении до 2015 г. 360 млн долл. США в программу модернизации всей Сахалинской энергосистемы и организации с помощью рыночных инструментов эффективной загрузки мощностей электростанций можно получить увеличение мощности на 557 МВт, существенно снизить потери в электрических сетях и обеспечить увеличение выработки ЭЭ на 700 млн кВт.ч, или на 23%, и тепла без увеличения потребления топлива.

Удельные расходы на ТЭЦ на производство тепла определяются расчетным способом, в котором учитываются тарифы конкурентов ТЭЦ на тепловую энергию (ТЭ). В красную зону попали те ТЭЦ, у которых удельные расходы оказались выше, чем на котельной с КПД 90% (рис. 4).

Системы теплоснабжения

В России «большая энергетика» производит 1510 млн Гкал, и еще около 600 млн Гкал производится на муниципальных и ведомственных котельных. К числу основных системных проблем функционирования российских систем теплоснабжения можно отнести:

1. отсутствие муниципальных энергетических планов, органически увязывающих развитие систем большой и малой энергетики с системами топливоснабжения, включая газоснабжение;

2. несбалансированность мощностей источников теплоснабжения с подключенными нагрузками при существенном избытке мощностей источников теплоснабжения во многих системах;

3. завышенные оценки тепловых нагрузок потребителей;

4. избыточную централизацию многих систем теплоснабжения;

5. высокий уровень потерь в ТС;

6. разрегулированность систем теплоснабжения;

7. отсутствие мотивации к снижению издержек;

8. нехватку квалифицированных кадров, особенно на объектах теплоснабжения третьего типа поселений.

Важнейшим направлением реализации программы реконструкции и развития систем теплоснабжения должны стать:

■ модернизация централизованных систем теплоснабжения с высокой плотностью тепловой нагрузки;

■ частичная децентрализация систем, находящихся в зоне предельной эффективности централизованного теплоснабжения;

■ полная децентрализация многих локальных систем теплоснабжения с очень низкой плотностью тепловой нагрузки.

Анализ функционирования российских котельных позволил выявить 10 основных проблем, на решение которых должна быть нацелена программа их реконструкции и развития:

1. высокие удельные расходы топлива на производство ТЭ;

2. отсутствие приборного учета потребления топлива и/или отпуска ТЭ на значительном числе котельных;

3. низкий остаточный ресурс и изношенность оборудования;

4. нарушение сроков и регламентов проведения работ по наладке режимов котлов;

5. нарушение качества топлива, вызывающее отказы горелок;

6. низкий уровень автоматизации, отсутствие автоматики или применение непрофильной автоматики;

7. отсутствие или низкое качество водоподготовки;

8. несоблюдение температурного графика;

9. высокая стоимость топлива; 10. нехватка и недостаточная

квалификация персонала котельных.

В России насчитывается около 70 тыс. муниципальных и ведомственных котельных. Из них около половины работает на твердом топливе, еще 12% - на нефти и нефтепродуктах, а остальные - на газе. Более трети котлов имеет срок службы свыше 20 лет. Показатели отказов всех типов котельного оборудования находятся на достаточно высоком уровне даже в тех поселениях, где они эксплуатируются высококвалифицированными специалистами. Основные причины отказов: несвоевременный ремонт (отказ теплообменной поверхности); нарушение качества топлива (вызывающее отказы горелок в период их эксплуатации); нарушение качества теплоносителя; некачественный монтаж оборудования; внезапные отказы системы внешнего электропитания; несвоевременные плановые ремонты и нарушение дисциплины обслуживания; несоответствие режимов работы и неплотности в системах удаления продуктов сгорания. Основной инициатор отказов котлов - отказ системы электроснабжения.

Средний КПД котельных равен только 67% при 92-95% в странах Западной Европы. В России КПД выше 85% имеют только 8% всех котельных. Еще 64% котельных с КПД выше 80% попадают в желтую зону, а 28% с КПД ниже 60% находятся в красной зоне, которая также включает 13% котельных с КПД даже ниже 40% (рис. 5). Доведение среднего КПД всех российских котельных, работающих на газе, до 92% (уровень, достигнутый на многих новых котельных, построенных в последние годы), а прочих - до 85% позволит «сбрить» красную зону взлета удельных расходов топлива и получить экономию в размере 41 млн т у.т., включая экономию 2,5 млн т нефтепродуктов и 7 млрд м3 ПГ. Основные причины того, что фактический КПД ниже регламентного, заключаются в следующем: низкое качество теплоносителя; нарушение качества топлива (нефтяные котлы); устаревшее оборудование и нарушение дисциплины его ремонтов (или недостаточные ремонты); применение непрофильной автоматики. Иногда в качестве новых устанавливаются морально устаревшие низкоэффективные котлы. Существуют значительные возможности повышения КПД отдельных котельных как за счет модернизации оборудования, так и за счет повышения эффективности эксплуатации имеющегося оборудования.

Изношенность оборудования котельных и низкое качество его эксплуатации приводят к завышенному потреблению ЭЭ (рис. 6). Модернизация насосного оборудования на котельных позволит получить экономию 13 млрд кВт.ч и равнозначно высвобождению 3 млн кВт в часы пиковой мощности. Строительство такой мощности обойдется не менее 2-3 млрд долл. США.

Главными проблемами эксплуатации ТС являются:

1. высокий уровень фактических потерь в ТС - в целом по России 20-25%;

2. высокий уровень затрат на эксплуатацию ТС - они составляют около 50% всех затрат в системах теплоснабжения;

3. избыточная централизация в трех четвертях систем теплоснабжения, особенно в третьей группе поселений, что обуславливает повышение потерь в ТС на 5-10%;

4. высокая степень износа ТС и превышение во многих муниципальных образованиях критического уровня частоты отказов;

5. неудовлетворительное техническое состояние ТС, нарушение тепловой изоляции и высокие потери ТЭ;

6. нарушение гидравлических режимов ТС и сопутствующие ему недотопы и перетопы отдельных зданий.

Тепловые сети в России имеют протяженность 184 тыс. км, из которых 34 тыс. км нуждаются в срочной замене. Средний возраст ТС превышает 13 лет, а износ - 65%. Во многих странах Западной Европы с развитыми системами теплоснабжения потери в ТС составляют 2-10%. В России средние нормативные потери в ТС можно принять равными 10%. Средние сверхнормативные потери в ТС составляют, по оценкам ЦЭНЭФ, 12-15% (по некоторым оценкам -до 20-30%). Долговечность ТС, эксплуатирующихся в условиях отсутствия водоподготовки, не превышает 6-8 лет.

Потенциал экономии ТЭ за счет снижения сверхнормативных потерь в сетях равен 250 млн Гкал (рис. 7). Для производства такого количества тепла ежегодно требуется (при нынешнем уровне эффективности источников ТЭ) 50 млн ту.т., включая 16 млрд м3 ПГ, экспорт которого при цене 200 долл. США/тыс. м3 в течение 5 лет мог бы принести 16 млрд долл. США, а экономия на капитальных вложениях по наращиванию такого объема добычи и развитию систем его транспорта равна 15-20 млрд долл. США.

Эквивалентное снижение потребности в мощности систем теплоснабжения равно 100 тыс. Гкал/ч. Это в 2,5 раза выше подключенных тепловых нагрузок в г. Москве. Такой высвобожденной мощности достаточно для нового строительства 400-500 млн м2 жилья. Снижение потерь в ТС до нормативного уровня позволило бы обеспечить требуемые параметры комфорта.

Жилые здания

Главными проблемами потребителей коммунальных услуг в жилых зданиях являются:

1. неоднозначность приобретаемого продукта: ресурсы (Гкал, л, кВт.ч) или услуги по обеспечению комфорта (температура и влажность в помещении, работа водоразборных приборов, освещенность и т.п.);

2. низкая степень организованности населения как потребителя коммунальных ресурсов, лишение его возможности реализовать

минимальные права покупателя на рынке: определять количество, качество и цену приобретения услуги или ресурса;

3. существенное завышение расчетного потребления коммунальных ресурсов в жилых домах и бюджетных зданиях по сравнению с фактическим;

4. низкая степень охвата жилых зданий приборным учетом потребления ТЭ и воды;

5. низкая степень охвата жилых зданий и домохозяйств средствами регулирования теплопотребления;

6. низкие характеристики теплозащиты жилых зданий и их ухудшение из-за недостаточных ремонтов ограждающих конструкций;

7. отсутствие у эксплуатирующих жилой фонд организаций стимулов к повышению эффективности использования коммунальных ресурсов;

8. неразвитость рынка услуг по утеплению квартир и повышению эффективности использования горячей воды;

9. ограниченность способности и готовности населения платить за коммунальные услуги и связанные с этим энергичное противодействие повышению тарифов на ЖКУ и низкий уровень собираемости платежей.

Распределение жилых зданий России по уровню энергоэффективности крайне неравномерно. Небольшая часть жилых зданий, построенных после 2000 г. по новым СНиП, соответствует современным показателям эффективности систем теплозащиты и теплоснабжения зданий (зеленая зона на рис. 8). Основная же масса зданий построена с еще довольно низкими параметрами эффективности использования ТЭ на цели отопления.

Одномоментная замена всех неэффективных зданий на эффективные позволит получить экономию ТЭ в жилых зданиях в объеме 276 млн Гкал, что эквивалентно ежегодной экономии 52 млн т у.т., включая 24 млрд м3 ПГ и 4 млн т нефти. Однако в России ежегодно сносится только 0,5% жилых зданий, а значит, на естественный вывод неэффективного жилого фонда из эксплуатации уйдут столетия. «Сбрить» красную и желтую зоны можно за счет мер по утеплению зданий, которые способны обеспечить при разумных затратах экономию в размере 35-60% от нынешнего уровня потребления. Отсутствие адекватных расходов на капитальный ремонт и отсутствие нацеленности капитальных ремонтов на экономию энергетических издержек блокируют реализацию этого потенциала. Важно отметить, что не менее 60% эффекта на жилых зданиях можно получить на системах коллективного пользования и 40% - за счет реализации мер в квартирах. Существуют институциональные схемы (развитие энергосервисного бизнеса), позволяющие ввести в жилой сектор бенефициара (лицо, получающее доходы от своего имущества -прим. ред.), заинтересованного в получении экономии, и гармонизировать интересы домохозяйств. Более того, экономия средств на покупке коммунальных ресурсов может стать важным источником генерации средств для капитального ремонта жилых зданий.

Нет возможности показать распределение жилых зданий по эффективности использования горячей воды (ГВС). Однако расчеты ЦЭНЭФ и фактический опыт показывают, что здесь возможна экономия не менее 50% всей ТЭ, расходуемой на эти цели, или 85 млн Гкал. По ГВС 25% потенциала экономии приходится на системы коллективного пользования.

Общественные здания

Площадь общественных зданий в России составляет около 700 млн м2. Эти здания имеют очень разное целевое назначение, и поэтому их трудно сравнивать на предмет эффективности использования энергии. В этом смысле наиболее сопоставимыми являются данные по школам. Именно школьные здания были взяты

за основу для оценки потенциала энергосбережения в сфере услуг. Данные об удельном потреблении ТЭ на отопление 1 м2 приводятся в расчете на градусо-сутки (продолжительность отопительного периода, умноженная на среднюю температуру наружного воздуха за отопительный период). Это дает возможность нивелировать фактор климата в расчетах. На рис. 9 показано распределение по этому параметру 41 школы городов Ростова-на-Дону и Норильска. В указанный диапазон попадают удельные показатели и по учреждениям здравоохранения большинства городов, и показатели по средним уровням потребления на нужды отопления всех бюджетных организаций каждого из муниципальных образований ХМАО. Иными словами, выборку можно считать довольно репрезентативной.

Потенциал энергосбережения на цели отопления всех зданий школ в соответствии с требованиями новых СНиП составляет 46%. Подробный пообъектный анализ потенциала энергосбережения в двух упомянутых городах и других городах дает следующие результаты: технический потенциал снижения расхода ТЭ на нужды отопления равен 80% для объектов образования и 60% для объектов здравоохранения. Экономический потенциал в зависимости от тарифов на тепло и продолжительности отопительного периода равен соответственно 21-56% и 10-40%.

Соответствующие результаты по ГВС: за счет установки приборов учета и мер по повышению эффективности использования горячей воды можно получить эффект в размере 20-80%. Ины-

ми словами, оценка в 46% может рассматриваться даже как консервативная. Здания сферы услуг потребляют 360 млн Гкал в год. Значит, потенциал снижения расходов на цели отопления равен 166 млн Гкал, или 28 млнту.т., включая 13 млрд м3 ПГ.

Установка приборов учета еще не гарантирует того, что будет оплачиваться нужное количество ресурсов. Как показывает опыт г. Ростова-на-Дону (рис. 10), систематические перетопы приводят к тому, что бюджет города переплачивает 36% за ТЭ, которая затем улетучивается в форточки, открываемые для снижения температуры воздуха в помещениях. Необходимо внести в договора теплоснабжения положения об отказе оплачивать избыточно поставленное количество ТЭ.

Потребление ЭЭ в общественных зданиях зависит от их насыщенности электрооборудованием. В школах только на нужды освещения требуется около 10 кВт.ч/м2 в год. Если на все прочие нужды положить столько же, то норму для школ можно принять равной 20 кВт.ч/м2 в год. Тогда потенциал экономии равен примерно 12%. В норильских школах удельный расход выше, но в значительной мере по причине полярной ночи. Сравнение удельного потребления для норильских школ позволяет оценить технический потенциал в объеме 25%. Детальный инженерный анализ позволил оценить технический потенциал экономии ЭЭ в бюджетной сфере в объеме 48%, а экономический - 10-25%. Здания сферы услуг потребляют 74 млрд кВт.ч. Если взять за ориентир показатель экономии 25%, то потенциал энергосбережения можно оценить равным 19 млрд кВт.ч.

Таблица. Оценка потенциала энергосбережения в России.

Сектор потребления энергии Единицы измерения Базовый уровень потребления Технический потенциал экономии Экономия природного газа, млрд м3 Доля экономии, % Доля в суммарной экономии, %
Электроэнергетика млн τ у.т. 68,3 18,4
Конденсационные станции млн τ у.т. 85 16,5 9,7 19,4 4,4
ТЭЦ по электроэнергии млн τ у.т. 92 30 19 32,6 8,1
ТЭЦ по теплу млн τ у.т. 91 4 2,5 4,4 1,1
Дизельные станции млн τ у.т. 1,9 0,8 42,1 0,2
Потери в электрических сетях млрд кВт-ч 114 50 21 43,9 4,6
Системы теплоснабжения млн τ у.т. 87,4 23,5
Котельные млн τ у.т. 138 41 7 29,7 11
млрд кВт-ч 13 2,8 1,2
Потери в тепловых сетях млн Гкал 440 250 16 56,8 11,3
Промышленность млн τ у.т. 355 89-106 23-38 25-30 23,9
Здания млн τ у.т. 70,6 34,2
Жилые млн Гкал 679 360 31 53 16,3
млрд кВт-ч 152 95 18 62,5 8,7
Общественные млн Гкал 360 166 18 46,1 7,5
млрд кВт-ч 74 19 3,6 25,7 1,7
Сумма млн τ у.т. 970 370-390 172-177 38,3-40,1 100

Ресурс повышения эффективности в 2-4 раза больше ресурса наращивания производства первичных энергоресурсов

Проведенная автором экспресс-оценка показала, что потенциал энергосбережения составляет 38-40%, или 370-390 млн т у.т. (рис. 11 и таблица). Потенциал снижения потребления ПГ равен 172-177 млрд м3, или около 40% его внутреннего потребления. Наибольшим потенциалом повышения энергоэффективности располагают жилые и общественные здания, за ними следуют промышленность и системы теплоснабжения и, наконец, электроэнергетика.

Увеличение производства первичных энергоносителей в 2006-2020 гг., видимо, не превысит 80-100 млн т у.т. То есть ресурс повышения эффективности в 4 раза больше ресурса наращивания производства первичных энергоресурсов.

Только комбинация рыночных сил и активной государственной политики повышения эффективности использования энергии способна обеспечить экономический рост энергетическими услугами без увеличения потребления первичных энергоресурсов. Кроме того, такая комбинация способна блокировать опасность снижения потенциала экспорта газа и, более того, высвободить существенные ресурсы газа для экспорта. Одни лишь рыночные силы способны реализовать только часть потенциала. Необходима активная государственная политика, которая поможет заметно увеличить долю реализуемого потенциала энергосбережения.

Башмаков И.А., «Русские горки» неэффективности

Источник: Журнал «Новости теплоснабжения» № 12 (76), 2006 г., www.rosteplo.ru/nt/76

Оставить комментарий

Тематические закладки (теги)

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

Похожие статьи: