Границы экономической целесообразности централизации и децентрализации теплоснабжения

Границы экономической целесообразности централизации и децентрализации теплоснабжения

На примере модельного района определены границы экономической целесообразности применения современных систем индивидуального и централизованного теплоснабжения на основе газовых котлов в широком диапазоне изменения цен на топливо.

В последнее время в связи с тенденцией перехода на системы индивидуального теплоснабжения не только одноэтажных, но и многоэтажных домов, ставится вопрос о соответствии ее реальным затратам. Наличие такой тенденции объясняется как недостатками существующих систем централизованного теплоснабжения (СЦТ), так и не вполне экономически обусловленным положением с ценообразованием на природный газ. Известно, что во многих странах Европы, США цены на природный газ падают с ростом объемов его потребления, что обусловлено соответствующими затратами на его транспорт и распределение. Так, например, в Польше 1000 м³ газа для котельной стоит 130 долл. США, а для бытового потребителя — 450 долл. США [1]. В то же время на Украине существует противоположный порядок тарификации, предполагающий рост тарифов с ростом потребления газа. Такой порядок создает экономические преимущества для систем индивидуального теплоснабжения.

Существенным является и то, что в настоящее время при рассмотрении вариантов теплоснабжения проводят сравнение с технико-экономическими показателями существующих СЦТ, тогда как более правильно проводить сравнение с показателями модернизированных СЦТ, выполненных на современном техническом уровне.

Объективному сравнению также мешает несовершенная система цен (тарифов) на топливо и электроэнергию, сложившаяся вследствие практики перекрестного субсидирования бытовых потребителей за счет промышленных. В связи с этим объективное сравнение таких систем представляется возможным по критерию реальной стоимости тепловой энергии без учета факторов перекрестного субсидирования.

В этой работе и ее выводах использован широко применяемый в настоящее время в энергетике метод стоимости жизненного цикла (СЖЦ) [2].

Основная цель настоящей работы состоит в оценке реальных затрат на теплоснабжение потребителей от реконструированных систем СЦТ и индивидуальных систем теплоснабжения на основе поквартирных генераторов теплоты. Предполагается рассмотрение района жилой застройки с различной преобладающей этажностью и различной численностью населения с учетом климатических отличий (расчетная температура систем отопления, продолжительность отопительного сезона и др.), а также теплотехнических свойств жилых зданий.

Для удобства сравнения экономических и экологических показателей рассматриваемых систем отопления геометрические параметры модельного района приняты кратными аналогичным параметрам в работе [3], где рассмотрены экологические последствия централизации-децентрализации теплоснабжения.

Аналогичный подход приведен в работах [4, 5], где проводился технико-экономический анализ вариантов оптимального теплои электроснабжения небольшого города с использованием больших, малых и средних ТЭЦ, а также раздельного теплои электроснабжения с использованием котельных и электроэнергии АЭС и КЭС.

Форма рассматриваемого района застройки — квадратная, длина и ширина — 2500 м. Этажность — от 1 до 24, теплотехнические характеристики зданий принимались по данным типовых проектов домов соответствующей этажности, а также на основании нормативных теплотехнических характеристик [6], учитывающих срок ввода зданий в эксплуатацию, возможность утепления зданий при реконструкции жилья.

При этом в соответствии с работой [7] учитывались затраты на теплоснабжение не только жилищного фонда, но и зданий социально-бытового назначения.

Предполагалось, что основным теплоисточником СЦТ района служит котельная на природном газе, расположенная вблизи газораспределительной станции (ГРС) высокого давления на окраине района. Система теплоснабжения построена на основе новых технологий, а именно, с использованием предварительно изолированных трубопроводов бесканальной прокладки и индивидуальных тепловых пунктов (ИТП) на каждый дом.

В расчете СЖЦ систем централизованного теплоснабжения учитывались капитальные затраты на строительство котельной, прокладку тепловых сетей, создание тепловых пунктов и соответствующие эксплуатационные затраты на содержание котельной и тепловой сети.

В расчете приняты две системы индивидуального теплоснабжения (СИТ) (отопление и горячее водоснабжение): одна основана на поквартирных котлах комбинированного типа (СИТ с КК) и другая, состоящая из отопительного котла с тепловым аккумулятором (СИТ с ТА), рассчитанным на нужды горячего водоснабжения. СИТ с КК включают двухконтурный отопительный котел мощностью 24 кВт, а СИТ с ТА — отопительный котел мощностью 6 кВт с тепловым аккумулятором.

При расчетах приняты следующие статистические данные: средний состав семьи, согласно статистическим данным — 2,65 человека, средняя обеспеченность жилой площадью — 21 м²/чел. [8], нормативная средняя мощность ГВС — 0,33 кВт/чел. [7]. Нормативы потребления газа на отопление, ГВС и пищеприготовление принимаются согласно постановлению [9].

Предполагалось, что рассматриваемые СИТ потребуют перекладки сетей газоснабжения района с применением индивидуальных газораспределительных пунктов (ИРП) на каждый дом.

В расчете СЖЦ систем индивидуального теплоснабжения учитывались капитальные затраты на их создание, перекладку системы газоснабжения района на сеть среднего давления, эксплуатационные затраты.

Расчет систем теплоснабжения и газоснабжения производился по методикам, описанным в работах [7, 10], при этом данные об удельных затратах в трубопроводах, распределительных узлах, оборудовании котельных и т. п. приняты по результатам обобщения большого числа проектов, реализованных в последние годы [11−14].

Расчет индивидуальных систем теплоснабжения производился с учетом литературных данных, обобщающих опыт применения таких систем [15−18], а также фактических расценок газовых сервисных компаний на обустройство и сервисное обслуживание индивидуальных систем теплоснабжения.

Расчет осуществлялся в широком диапазоне изменения цен на природный газ высокого давления, подаваемый на ГРС: от 37 до 400 долл. США/1000 м³.

Основные результаты расчета зависимости удельных затрат жизненного цикла (долл. США/Гкал) от теплоплотности района застройки для рассматриваемых систем теплоснабжения при различных ценах на природный газ высокого давления представлены в табл. 1 и иллюстрированы рис. 1.

Ориентировочная зависимость теплоплотности района жилой застройки от преобладающей этажности, полученная на основе обработки данных по характерным районам жилой застройки населенных пунктов Украины, представлена в табл. 2.

Анализируя полученные результаты расчетов, следует отметить, что при значениях теплоплотности 0,13 МВт/га и выше, что соответствует преобладающей этажности, равной или большей 3 (рис. 1 б), реконструированные СЦТ выигрывают по экономическим характеристикам у систем индивидуального теплоснабжения при любых ценах на природный газ, и с увеличением цены на него эффективность СЦТ растет (рис. 1а). Это объясняется тем, что КПД крупных котельных, даже с учетом потерь в тепловых сетях (напомним, что в расчете учитывались современные тепловые сети с потерями около 4−6%), выше, чем у котла автономной системы теплоснабжения. Это вполне согласуется с результатами технико-экономических сопоставлений, выполненных специалистами-фундаторами существующих СЦТ Границы равноэкономичности СИТ с ТА и СЦТ (верхняя кривая) и СИТ с КК и СЦТ (нижняя кривая) в зависимости от теплоплотности района при различных ценах на природный газ высокого давления представлены на рис. 2.

Сравнение систем индивидуального теплоснабжения (рис. 2) с комбинированным котлом, обеспечивающим отопление и горячее водоснабжение квартир, и с отопительным котлом и тепловым аккумулятором горячего водоснабжения в условиях малоэтажной застройки (рис. 2) приводит к следующим результатам.

При высоких ценах на природный газ (350 долл. США/1000 м³ и выше) системы с комбинированным котлом эффективнее систем с тепловым аккумулятором, а при более низких ценах на природный газ более экономичны системы с тепловым аккумулятором.

При цене на природный газ 350 долл. США/1000 м³ экономическая эффективность СИТ с ТА и СИТ с КК выравнивается, и их стоит использовать при преобладающей этажности 1, при этом системы СИТ с ТА эффективнее использовать при ценах на природный газ ниже 350 долл. США/1000 м³ (300… 120 долл. США/1000 м³ — для преобладающей этажности, равной или меньшей 2; 120 долл. США/1000 м³ и ниже для преобладающей этажности, равной или меньшей 3), а при ценах на природный газ выше 350 долл. США/1000 м³ более эффективно использовать СИТ с КК (350−400 долл. США/1000 м³ — для преобладающей этажности, равной 1).

Хотя различия себестоимости тепла от СИТ с ТА и СИТ с КК в диапазоне изменения цен на газ от 150 до 400 долл. США/1000 м³ составляют от 10 до 1% (табл. 1), на выбор той или иной системы в домах малоэтажной застройки будут влиять другие, неэкономические факторы.

Здесь следует отметить, что в системах комбинированного теплоснабжения на отопление в условиях всех регионов Украины достаточно около 4 кВт установленной тепловой мощности, а на отопление с одновременным горячим водоснабжением требуемая установленная мощность составляет 24 кВт. При этом большую часть времени суток и года комбинированные котлы должны работать на пониженных нагрузках в тяжелом повторно-кратковременном режиме с низкой продолжительностью включения [19]. Это сокращает срок их жизненного цикла с 25 до 10−15 лет, что также учитывалось при проведении расчетов.

Вопросы, связанные с рассмотрением экономичности систем теплоснабжения с использованием домовых и квартальных котельных, СИТ и СЦТ на основе котлов с конденсацией выхлопа, низкотемпературных систем индивидуального теплоснабжения, не затрагивались в данной статье как требующие отдельного рассмотрения.

В проведенных расчетах и анализе бралась во внимание только одна сторона проблемы — экономическая, но есть еще экологическая, связанная с уровнем приземных концентраций вредных веществ, которые для поквартирных систем по сравнению с СЦТ увеличиваются в 20 раз [3]. Есть также и энергетическая сторона проблемы, а именно то, что поквартирные системы теплоснабжения не способствуют развитию когенерационных систем теплоснабжения в жилищно-коммунальном секторе.

В этой связи следует отметить, что в промышленно-развитых странах мира уклон сделан в сторону развития СЦТ (конечно, на современных типах оборудования в отличие от подавляющего большинства украинских СЦТ, требующих существенной модернизации) благодаря целому ряду их преимуществ по сравнению с системами децентрализованного теплоснабжения [20].

Выводы

• 1. Основным фактором, определяющим целесообразность применения тех или иных систем теплоснабжения, является плотность населения данного населенного пункта и площадь его селитебной территории.
• 2. В населенных пунктах с плотностью населения от 0,8 до 1,6 тыс./км², что соответствует 1−3 этажной жилой застройке, экономически целесообразно применение индивидуального теплоснабжения на базе поквартирных генераторов тепла.
• 3. При больших плотностях населения, начиная с этажности застройки 3 и выше, экономически и экологически целесообразно применение систем централизованного теплоснабжения.

• 1. Малиновський Б. Скльки коштуе тепло: [Электронный ресурс]. http://www.dt.ua/2000/2675/64 113.
• 2. Щуровский В. А. Применение показателя стоимости жизненного цикла ГТУ // Газотурбинные технологии. 2002. № 5. С. 30−31.
• 3. Чистович А. С. Экологическая оценка степени централизации-децентрализации теплоснабжения при сжигании газа // Теплоэнергоэффективные технологии. 2003. № 3. С. 31−36.
• 4. Волкова Е. А., Панкрушина Г. Г., Шульгина B.C. Эффективность некрупных коммунально-бытовых ТЭЦ и рациональные области их применения // Электрические станции. 2010. № 7. С. 2−10.
• 5. Волкова Е. А., Макарова А. С., Хоршев А. А. Исследование эффективности развития теплофикации в России // Изв. Рос. акад. наук. Энергетика. 2010.-№ 4.-С. 95−110.
• 6. Норми та вказ! вки про нормування витрат палива та теплово'1 енергпна опалення житлових та громадських споруд, а також на господарськ! потреби в УкреИш. КТМ — 204 Укран 244−94. /Затверджено наказом Держкомунгоспу Укра. н! № 24 в! д 14.12.2003 р. 617 с.
• 7. Соколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети. М.: Энергия, 1975. 376 с.
• 8. Статистичний щорiчник Укран за 2005р! к / Держкомстат УкраЫ За ред. Осауленка О. Г. К.: Консультант, 2006. 575 с.
• 9. Постанова НКРЕ в! д 13.07.2010 № 812 «Про затвердження роздрiбних ц! н на природний газ, що використовуеться для потреб населения».
• 10. ИонинА.А. Газоснабжение. М.: Стройиздат, 1989. 439 с.
• 11. Соколов Е. Я., Побегаева Г. А. Определение материальной характеристики тепловых сетей // Изв. Вузов СССР. Энергетика. 1984. № 7. С. 87−90.
• 12. Соколов Е. Я., Побегаева Г. А. Метод определения материальной характеристики и протяженности тепловой сети в пределах площади застройки района теплоснабжения // Изв. Вузов СССР. Энергетика. 1985. № 3. С. 63−68.
• 13. Тихомиров А. К. Теплоснабжение района города. Хабаровск: Изд. Тихоокеанского гос. ун-та, 2006. 135 с.
• 14. Техническое задание на разработку инвестиционной программы муниципального унитарного предприятия «Теплосеть» по развитию системы теплоснабжения города Ставрополя на 2006;2009 годы: Приложение к Решению Ставропольской городской Думы от 28 июня 2006 года. № 57.
• 15. Корсунский В. Х., Корсунский И. В. Экономические аспекты проблемы реконструкции систем теплоснабжения // Мат. конф. «Системы теплоснабжения. Современные решения». 16−18 мая 2006 г. НП «Российское теплоснабжение».
• 16. Скоробогаткина М. Центральное и автономное отопление// Коммунальный комплекс России. 2006. № 9. С. 48−51.
• 17. Семенов В. Г., Разоренов Р. Н. Децентрализованное теплоснабжение на примере г. Смоленска: [Электронный ресурс]. // http://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon/php?id=90.
• 18. Автономные или централизованные системы отопления и теплоснабжения — проблемы выбора: [Электронный ресурс]. //www.cogeneration.ru/tech_real/stirling.html.
• 19. Баб! н М.е., Григор’ев Р.В., Дубовський С. В., Левчук А. П. Р! чна ефективнють використання палива! ндив!дуальними газовими котлами // Проблеми загально. енергетики. 2010. Вип. 3 (23). С. 34−40.
• 20. Дубовський С. В. Стан та тенденцц розвитку теплопостачання кран центрально. европи // Комунальна теплоенергетика Украни: стан, проблеми, шляхи модернзации. К., 2007. Т. 2. С. 659−702.