Введение. 
Формирование конфигурации системы централизованного теплоснабжения крупного промышленного города

Система централизованного теплоснабжения Омского филиала включает пять теплоисточников, три из которых работают в режиме ТЭЦ и два — в режиме котельных, протяженность магистральных тепловых сетей более 260 км при среднем диаметре 600 мм, 13 перекачивающих насосных станций (ПНС) и более 12,5 тысяч тепловых пунктов.

Омскому предприятию «Тепловые сети» около 70 лет. Исторически тепловые сети прокладывались от теплоисточников по радиальной схеме. По мере необходимости и текущей целесообразности от разных ТЭЦ сети соединялись перемычками. В настоящее время перемычками связаны четыре теплоисточника из пяти, входящих в энергокомпанию.

ФОРМИРОВАНИЕ КОНФИГУРАЦИИ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Сегодня тепловые сети города Омска «закольцованы», но конфигурация сетей не позволяет решать проблемы, которые для сложных систем теплоснабжения имеют принципиальное значение [1], это вопросы:

• — надежности;
• — резервирования;
• — экономичности;
• — системы менеджмента качества (СМК);
• — системы экологического менеджмента (СЭМ);
• — обеспечения подключения перспективных тепловых нагрузок растущего города и другие.

Все эти требования могла бы решить комплексная программа развития системы теплоснабжения с перспективой развития города на 20−25 лет. Но такой программы нет. На ее реализацию требуются значительное время, силы и финансовые средства. Администрация Омска понимает необходимость разработки комплексной программы для города, но практическое решение пока остается в перспективе [2]. В нашей компании разрабатывается концепция развития энергетических мощностей, которая звучит как «Энергетическое обследование структурных подразделений, разработка направлений дальнейшего развития и возможных мероприятий по увеличению установленной и располагаемой мощности». Но всем понятно, что решение этой проблемы сдерживает несовершенство конфигурации тепловых сетей. А между тем на сегодняшний день это самая актуальная проблема. Необходим переход на кольцевую систему СЦТ на базе научного анализа, разработка структурного формирования конфигурации СЦТ с проведением многовариантных расчетов тепловых потоков от всех теплоисточников [3]. теплоснабжение тепловой поток Один из примеров. При интенсивной застройке левобережной части города Омска возник острый дефицит тепловых мощностей, что негативно сказалось на развитии зоны застройки. Не имея разработанной и утвержденной комплексной схемы теплоснабжения, городская администрация пошла путем строительства мелких газовых котельных мощностью 20−40 мВт. Так, в спальных районах города построены несколько котельных, внедрение которых в жилых массивах города экологически, экономически и технически не верно [4]. О «котельнизации» России написано немало статей. Авторами многих из них являются омские энергетики.

Отсутствие перспективной комплексной схемы теплоснабжения послужило основанием для компромиссного решения: было достигнуто соглашение между администрацией города и ресурсоснабжающими организациями о распределении зон теплоснабжения на перспективной площадке между энергокомпанией и другими мелкими собственниками. Под это соглашение в Омском филиале ОАО «ТГК-11» был разработан проект инвестиционной программы по декомпозиции СЦТ на базе серьезных научных проработок с учетом требований надежности, резервирования, СМК, СЭМ и экономичности. Инвестиционный проект включает следующие разделы:

• 1) поэтапное строительство новой протяженной теплотрассы в районе перспективного строительства Левобережной части города по мере его застройки;
• 2) удовлетворение требований надежности, резервирования при работе новой теплотрассы от различных теплоисточников с учетом СМК И СЭМ;
• 3) реконструкция теплофикационной установки одной из ТЭЦ, находящейся на правом берегу, где в результате сокращения промышленного потребления пара выявлена возможность реализации дополнительной тепловой мощности 300 Гкал/ч, что позволяет увеличить выработку электроэнергии на ТЭЦ по теплофикационному циклу и снизить себестоимость производства электрической и тепловой энергии, увеличить финансовую прибыль;
• 4) перераспределение тепловых нагрузок между теплоисточниками Омского филиала в рамках существующей конфигурации тепловых сетей из условия наибольшей эффективности;
• 5) создание резерва располагаемой тепловой мощности для подключения дополнительных тепловых нагрузок в активно развивающейся центральной части города, что позволяет снять вопрос дефицита тепловых мощностей в ближайшие два-три года.

Реализация этого проекта решила актуальные проблемы в рамках СЦТ города только частично.

Следующий пример. Удалённая на значительное расстояние от города ТЭЦ имеет большой резерв тепловой мощности, но из-за отсутствия транзитной тепломагистрали нет возможности использовать эти мощности. Реализация «запертых» тепловых мощностей удаленной ТЭЦ позволит увеличить выработку электрической энергии по теплофикационному циклу, что значительно повысит эффективность и улучшит экономические показатели, обеспечив финансовую прибыль. «Переброска» тепла на большое расстояние через реку Иртыш имеет стратегическое значение, так как позволит отодвинуть строительство новой ТЭЦ на левом берегу на 10−12 лет, перевести левобережную районную котельную в пиковый режим работы, значительно улучшить экологическую и социальную обстановку в городе.

На нашем предприятии тепловых сетей мы ежегодно занимаемся выявлением и устранением существующих узких мест путем решения вопросов декомпозиции схемы тепловых сетей, используя научные методы анализа и синтеза, проводя глубокие исследования и многовариантные расчеты для усовершенствования СЦТ города [5].

Исследования и анализ многовариантных расчетов показали возможность устранения одного из узких мест в конфигурации тепловых сетей. Из множества возможных вариантов наиболее предпочтительным с точки зрения решения всего комплекса проблем был выявлен вариант реконструкции большей части существующей тепломагистрали от самой крупной ТЭЦ, пролегающей через центр города. Для этого потребовалось увеличить пропускную способность магистральных трубопроводов и выполнить реконструкцию ПНС. Общая стоимость этого проекта — около 200 млн руб., при существующих тарифах на тепловую энергию срок его окупаемости составит около трех лет.

Но как оказалось, даже на этот фрагмент изменения конфигурации СЦТ не хватило средств, и мы вынуждены проводить его поэтапно. В текущем году была освоена лишь половина. Заменено более 3 км магистральных тепловых сетей, и, не взирая на финансовые ограничения, вопросы надежности, качества и резервирования на этом участке были успешно решены с использованием новых материалов и технологий. Но финансовую прибыль нам не удастся получить до окончания реализации этого проекта в полном объеме и реконструкции ПНС, которая запланирована лишь на следующий год.

Необходимо признать, что оптимизация конфигурации СЦТ крупного промышленного города на основе научного анализа и превращение ее из преимущественно радиальной в настоящую полномасштабную функциональную кольцевую, требует огромных интеллектуальных и капитальных затрат. Финансовая выгода при этом значительно превосходит вложенные средства при коротком сроке окупаемости. Однако финансовый кризис сдерживает темпы строительства в городе и отражается на сокращении инвестиций в развитие СЦТ [6,7].