Расчет зон влияния ТЭЦ по программе CHPPLANT

В модели рассматривается радиальная тепловая сеть. Потребление тепла в промышленном секторе учитывается при расчете зоны теплового влияния станции, т.к. считается, что предприятия снабжаются теплом по отдельной магистрали. Для простоты приведем результаты расчетов в приближении пространственно-однородно распределенного потребителя. Тогда зона влияния ТЭЦ представляет собой круг (или круговой сектор), на границе которого либо температура сетевой воды становится ниже некоторой заданной величины (в расчете это 500С), либо расход воды таков, что удельное теплосодержание (на единицу длины теплопровода) меньше плотности тепловой нагрузки.

Приближенное задание расположения ТЭЦ основывается на карте Омска [10]. Удобно начало прямоугольной декартовой системы координат совместить с ТЭЦ-4, занимающей угловое положение на карте. Тогда координаты (км) источников тепла следующие: ТЭЦ-2 (16, 14), ТЭЦ-3 (4, 6), ТЭЦ-4 (0, 0), ТЭЦ-5 (10, 20), ТЭЦ-6 (16, 0). Характерный диаметр селитебной зоны — 26 км. В качестве модельного примера рассмотрим также две муниципальных котельных — на газе и на угле, расположенных в точках (8, 14) и (20, 5). Мощность котельных примем по 50 Гкал/ч. Ниже (Рис.1−2) приведены результаты расчетов зон влияния всех этих ЭС.

Из Рис.1−2 видно, что в зависимости от методики расчета зоны влияния могут как перекрываться, так и нет. Это обстоятельство существенно влияет на конкуренцию энергосистем на рынке тепла, поскольку борьба за потенциального потребителя может идти только внутри общей зоны двух или более теплоисточников. При описании такой конкуренции в модели применяется простой алгоритм предпочтения (разумеется, при условии, что поставка тепла в зону влияния другой ЭС технически осуществима): при равных тарифах потребитель берет тепло более высокого качества, а если тепло с менее качественными параметрами предлагается по более низким ценам, то доля таких потребителей пропорциональна выгоде, получаемой ими от покупки нормативного количества тепла. Соответствующий коэффициент эластичности подбирается на основе экспертных оценок.

Рассчитывается также равновесная ситуация, когда тариф совпадает с себестоимостью: в этом случае формальное снижение тарифа с конкурентной целью привлечения других потребителей невозможно, и компания вынуждена будет либо снизить удельные издержки, либо провести модернизацию оборудования, которая, возможно, хоть и приведет к росту себестоимости тепла, но при увеличении зоны влияния (т.е. улучшения качества теплоснабжения) эти затраты окупятся.

Рис. 1. Зоны влияния ЭС для теплоснабжения населения в декабре. Расчет проведен по укрупненным данным о фактических производственных мощностях. Обозначения: ТТЭЦ, Ккотельная.

Рис. 2. Зоны влияния ЭС для теплоснабжения населения в декабре с учетом промышленного спроса на тепло и расчетных потребностей в тепле по состоянию жилого фонда. Обозначения: ТТЭЦ, Ккотельная.

Чтобы наглядно продемонстрировать необходимость различных методик расчета спроса на тепло, проанализируем имеющиеся данные по «Омскэнерго». Отметим, что в 2001 г на нужды промышленности и в отрасли, не связанные с теплоснабжением населения, было отпущено в общей сложности 4,9 млн. Гкал, или 44% полезного отпуска тепла. Остальные 6,1 млн. Гкал расходуются преимущественно в отопительный период, составляющий 5040 часов. Т.к. затраты на ГВС и вентиляцию согласно нормативам по числу жителей составляют для Омска 420 Гкал/ч, из которых 175 Гкал/ч производятся летом, то средняя тепловая мощность предприятий «Омскэнерго» — 1945 Гкал/ч. В то же время средняя фактическая мощность (т.е. установленная минус выбывшая) с учетом КИУМ и по данным Таблицы 1 составляет 2440 Гкал/ч. Если из этой цифры вычесть 475 Гкал/ч, которые получаются делением разности произведенной и отпущенной теплоэнергии на отопительный период, то получается 1965 Гкал/ч. Рассогласование в 20 Гкал/ч составляет 1,1% реально отпущенного тепла и может служить оценкой точности укрупненных входных данных.

Для оценки состояния системы теплоснабжения вновь воспользуемся расчетом потребностей города в тепле по укрупненным нормативам [6]: 1100тыс.чел.Ч6,81 Гкал/чел-год = 7,5 млн. Гкал, из них на долю ЦТ приходится 70%, т. е. 5,2 млн. Гкал. Поскольку полезный отпуск тепла был равен 6,1 млн. Гкал, то можно оценить средний кпд сети, равный в этом случае 85%, что является хорошим показателем. Однако по данным [2] о работе филиала «Тепловые сети» ОАО «Омскэнерго» из 9,179 млн. Гкал тепла, пропущенных через систему в 2001 г, полезный пропуск составил 6,797 млн. Гкал или 74%, что существенно меньше. Отметим, что несовпадение данных по полезному отпуску тепловой энергии (9,1 против 11,0 млн. Гкал) может означать, что 1,9 млн. Гкал было отпущено предприятиям по их собственным тепловым сетям. Если же в расчетах потребностей в тепле исходить из детальной структуры жилого фонда, то получаем, что тепло, доставленное потребителю, должно быть равным 6,3 млн. Гкал в год (соответственно 4,4 млн. Гкал по системе ЦТ), и тогда кпд сети получается равным 72%, почти в полном согласии с [2]. Поэтому сравнение результатов расчетов по различным методикам может быть полезным как для оценки точности исходной информации, так и для оценки точности самой модели. Например, если рассчитывать потери тепла вдоль теплопровода условного среднего диаметра 593 мм, то на длине 148,8 км надземной прокладки с нормативной удельной плотностью теплового потока [11] 182 ккал/м•ч получаем темп потерь 27 Гкал/ч. Для подземной прокладки и для разности температур воды и грунта 750С нормативные потери равны 284 ккал/м•ч, так что на оставшейся длине 102 км темп потерь тепла составит 29 Гкал/ч. Всего же в магистральных сетях теряется по нормативу 56 Гкал/ч, или менее 3% отпущенной мощности. Остальные потери относятся к распределительным сетям. Однако приведенные выше данные по филиалу «Тепловые сети» формально относятся к магистральным сетям, что несколько искажает общую картину. Поэтому имеет смысл проводить независимые расчеты как по нормативным показателям, так и по усредненному кпд тепловой сети, что особенно важно для оценки внутренней температуры в помещении при моделировании работы ЭС с некоторой заданной мощностью.

Вернемся к Рис.1−2. По проведенным расчетам для каждой ЭС можно определить площадь «собственной» зоны влияния, где в принципе нет конкуренции с другими источниками тепла. Кроме того, в зоне общего влияния нескольких ЭС следует выделить области преимущественного влияния каждой из них, для чего необходимо определить «линию равных услуг» по температуре и расходу теплоносителя. Для краткости рассмотрим ситуацию с ТЭЦ-4 и ТЭЦ-3, а также с ТЭЦ-2, ТЭЦ-3 и К-1, согласно Рис. 1, т. е. для варианта данных по укрупненным значениям фактической мощности. Приведем для них результаты расчетов по определению соответствующей границы зон конкуренции, площадей зон доминации внутри зон конкуренции (по качеству теплоносителя), а также собственных, т. е. внеконкурентных, зон.

Рис. 3. Линия равных услуг (жирная кривая) для ТЭЦ-3 и ТЭЦ-4.

Интерес представляет только часть границы Гeq, заключенная внутри зон влияния ЭС. Если обе ЭС принадлежат одной компании, то вместо конкуренции возникнет координация действий, позволяющая охватить большую часть потребителей посредством перераспределения потоков тепла.

Рис. 4. Случай тройного пересечения зон влияния ТЭЦ-2, ТЭЦ-3 и К-1.

Необходимость столь детального рассмотрения вызвана тем, что на рынке тепла прибыль компании будет образовываться только от продажи своей продукции внутри эффективной зоны влияния, к которой следует отнести собственную зону и зону доминации, а также часть конкурентной зоны, в которой снижение параметров тепла может быть скомпенсировано тарифной политикой. При этом естественно возникают требования к точности модели: расчет потребления топлива и топливной составляющей в себестоимости произведенной энергии должен осуществляться с точностью, не меньшей, чем доля конкурентной зоны в полной зоне физического влияния данной ЭС.

Так, в рассматриваемой модели «пять ТЭЦ — две котельных» получаем:

Таблица 3. Площади зон влияния (км2) для ЭС, оцененные по их средней фактической мощности.

Из этих расчетов следует, что точность модели не должна быть хуже, чем ориентировочно 10%. В противном случае по ряду ЭС (Т-2, Т-5, К-2) описание конкуренции на рынке тепла получить не удастся.