Разработка научных основ развития региональной теплоэнергетики и энергосбережения в условиях перехода к рыночной экономике

Актуальность работы. Теплоэнергетика занимает одно из ведущих мест среди отраслей экономики. Из общего расходуемого топливного ресурса около 60% расходуется в теплоэнергетике.

В условиях развивающейся рыночной экономики, когда резко возросли цены на топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) и энергоносители, особую актуальность приобрел вопрос — какова же стратегия развития теплоэнергетики как в целом в России, так и в любом ее регионе, имеющем свои специфические особенности.

Процесс структурной перестройки для Сибирского региона, насыщенного большой долей производств ВПК, идет трудно. Находясь в кризисном состоянии, при снижении потребления тепловой и электрической энергии энергоемкость ВВП за годы реформы выросла на 40% /2/. Это вызывает прогрессирующую деградацию эффективности энергетики.

В новых условиях хозяйствования нарушены принципы комплексного подхода к развитию и управлению энергетикой страны, ее отдельных регионов, а интересы новых крупных энергетических компаний в сформированных субъектах хозяйствования не совпадают с интересами населения Сибири в области эффективного производства и использования ТЭР.

Разноведомственная подчиненность теплоисточников различных форм собственности без отработанной структуры управления теплоснабжением города, без оперативного управления оптимизацией работы систем теплоснабжения приводит к значительному перерасходу топлива в регионе и напряжению городского бюджета.

Актуальность рассматриваемой проблемы очевидна, когда далеко не используются выгоды от комбинированного производства электрической и тепловой энергии, как и в равной степени — сдерживание развития «малой» энергетики с использованием энергосберегающих технологий.

К тому же усложнились межтерриториальные топливно-энергетические связи внутри России, утрачены прежние источники и механизмы финансирования, нарушена определенная управляемость в энергетической отрасли.

Выходом из создавшегося положения может явиться поиск и разработка новых подходов на основе рыночной концепции: разумное сочетание современных способов финансирования теплосберегающих проектов и создание конкуренции на рынке теплои энергосбережения.

В энергонедостаточных регионах, к числу которых относится и Омский, весьма актуальной становится разработка концепции реконструкции и ввода новых объектов — ТЭЦ и котельных — с использованием энергосберегающих технологий и ориентированных на местный рынок.

Накопившиеся проблемы в теплоэнергетике требуют изменения организационной схемы ее управления, а пока на региональном уровне нет единого органа, который бы занимался комплексным рассмотрением технологических, финансовых и организационных вопросов теплоэнергетики предприятий различных форм собственности.

Значительный вклад в развитие различных сторон рассматриваемой проблемы внесли такие видные ученые, как Бутаков И. Н., Баскаков А. П., Во-ропай Н.И., Громов Н. К., Зингер Н. М., Мелентьев Л. А., Меренков А. П., По-пырин Л.С., Санеев Б. Г., Сеннова Е. В., Смирнов И. А., Соколов Е. Я., Хрилев Л. С., Шубин Е. П. и др.

Целью настоящего исследования является создание научных основ, экспериментальное обобщение и решение комплексной народнохозяйственной проблемы, ставящей целью повышение эффективности и надежности функционирования систем теплоснабжения и в целом теплоэнергетики региона в условиях переходного периода к рыночной экономике.

Основные задачи диссертационной работы:

1) определение зоны эффективного использования комбинированного способа производства электрической и тепловой энергии в теплофикационных системах регионального уровня, разработка математических моделей;

2) разработка научных и технико-экономических основ совершенствования систем теплоснабжения путем создания ТЭЦ малой мощности при реконструкции промышленно-отопительных котельных на базе существующих и перспективных тепловых нагрузок;

3) научное прогнозирование и исследование тенденций приоритетов в совершенствовании систем теплоснабжения, стратегии развития теплоэнергетики крупного города (региона) в условиях развивающейся рыночной экономики;

4) разработка методики определения технико-экономических показателей, себестоимости и тарифа на отпускаемую тепловую энергию от про-мышленно-отопительной котельной, на отпускаемую электрическую и тепловую энергию реконструируемой котельной в ТЭЦ малой мощности в системах централизованного теплоснабжения.

Связь с тематикой научно-исследовательских работ. Диссертационная работа выполнялась в соответствии с Федеральным законом РФ от 03.04.96 № 28-ФЗ «Об энергосбережении», планами научно-исследовательских работ кафедры «Теплоэнергетика» Омского государственного университета путей сообщения, а также областной программой «Основные направления ресурсосбережения в Омской области на 1999;2000 гг.» .

Научная новизна диссертации состоит в создании научно-практических основ повышения эффективности топливоиспользования и ре-сурсоэнергосбережения в регионе. В работе получены следующие основные результаты:

1) разработан комплексный подход к управлению теплоэнергетикой и оптимизации структуры использования теплоисточников различных форм собственности с их технико-экономическими показателями, структуры топлива и конъюнктуры его цены, совершенствования системы теплоснабжения с ее оптимальной иерархической схемой построения (на примере Омского региона);

2) создана графоаналитическая модель определения зоны эффективного использования комбинированного и раздельного способов производства электрической и тепловой энергии в теплофикационных системах;

3) разработана концепция развития «малой» энергетики с распространением теплофикации на область средних и малых тепловых нагрузок путем реконструкции промышленно-отопительных котельных в ТЭЦ малой мощности с применением паротурбинных установок и газовых надстроек /4, 10/;

4) разработана математическая модель определения удельного расхода условного топлива на отпуск электроэнергии в зависимости от доли выработки электроэнергии на тепловом потреблении и экономии (перерасхода) топлива в энергосистеме при изменении структуры выработки электроэнергии /29, 30/;

5) разработана методика и программа на ПЭВМ определения технико-экономических показателей, себестоимости и тарифа на отпускаемую тепловую энергию от промышленно-отопительной котельной, а также на вырабатываемую электрическую и отпускаемую тепловую энергию от котельных, реконструируемых в ТЭЦ малой мощности /31,32/.

Практическая ценность и реализация результатов исследований состоит: в создании концепции стратегии развития теплоэнергетики региона, включенной в проект концепции стратегического развития города Омска /10, 38, 41/, в стратегические направления регионального развития Российской Федерации по Омской области /33/, в областную программу «Основные направления ресурсосбережения в Омской области на 1999;2000 гг.» — в выборе экономически обоснованного объема реконструкции любой ТЭЦ при различных вариантах в зависимости от энергетического коэффициента для данного района теплоснабжения /34/- в совершенствовании систем теплоснабжения крупных городов с их оптимальной иерархической схемой построения, более глубоком изучении и применении принципов их формирования: экономической целесообразности использования комбинированной и раздельной схем энергоснабженияв реализации концепции развития «малой» энергетики на основе реконструкции промышленно-отопительных котельных с превращением их в ТЭЦ малой мощности на муниципальных и промышленных предприятияхв использовании методики и программы на ПЭВМ «TERM» по определению технико-экономических показателей, себестоимости и тарифа на отпускаемую тепловую энергию от промышленно-отопительной котельнойв использовании разработанной методики и программы на ПЭВМ «TURBO» для определения технико-экономических показателей, себестоимости и тарифа на вырабатываемую электрическую и отпускаемую тепловую энергию от котельных, реконструируемых в ТЭЦ малой мощности. Положения, выносимые автором на защиту. Автор защищает:

1) научно-обоснованную стратегию развития теплоэнергетики на примере Омского энергодефицитного региона, как комплексной народнохозяйственной проблемы повышения эффективности и надежности функционирования систем теплоснабжения различных форм собственности в условиях переходного периода к рыночной экономике;

2) методологические основы определения зоны эффективного использования комбинированного способа производства электрической и тепловой энергии в централизованных системах теплоснабжения;

3) научные и технико-экономические основы совершенствования и развития ТЭЦ малой мощности на базе реконструируемых котельных с использованием энергосберегающих технологий по схеме паротурбинных установок (ПТУ) или газовых надстроек (ГТУ), или совместно обеих схем;

4) разработку методики и программ на ПЭВМ для определения технико-экономических показателей, себестоимости и тарифа на отпускаемую тепловую энергию промышленно-отопительными котельными, а также вырабатываемую электрическую энергию и отпускаемую тепловую энергию от ТЭЦ малой мощности в системах централизованного теплоснабжения.

Личный вклад автора определяется тем, что он, по существу излагаемых в диссертации вопросов, лично разрабатывал научные концепции по развитию «малой» энергетики применительно к конкретному региону, руководил творческими коллективами по выполнению научно-исследовательских работ, направленных на повышение эффективности топливоиспользования, реконструкцию и модернизацию объектов теплоэнергетики муниципальных и промышленных предприятий (ОАО «Омсктехуглерод», ОАО «Сибкриотех-ника», ОАО «Омскшина», ПО «Полет», ОАО «Сибзавод», ОАО «Омскстрой-материалы», АООТ «Релеро», котельные МПТСК п. «Береговой», Авиагородка, ЗАО «Омсккожа», объект «Козицкий» и др.). Исследования и выводы научно-практических основ повышения эффективности региональной теплоэнергетики изложены в монографиях, статьях в журналах и научных сборниках, по ряду объектов ведутся проектные разработки.

Автор лично разработал научные основы определения технико-экономических показателей для котельных, реконструируемых в ТЭЦ малой мощности.

Апробация работы. Результаты выполненных исследований и основные положения диссертации доложены автором на международных, Всесоюзных и Всероссийских конференцияхсеминарахнаучно-технических советах:

1) ученом совете Восточного отделения ВТИ им. Ф.Э. ДзержинскогоЧелябинск, 1964;

2) научно технической конференции Алма-Атинского энергетического института — 1976;

3) научно-техническом совете Западно-Сибирского отделения ВНИ-ПИэнергопром — Омск, 1992;

4) межрегиональной научно-практической конференции «Омский регион: исторический опыт, проблемы и пути экономического развития в современных условиях» — Омск, 1994;

5) научно-техническом семинаре (с участием представителей от Германии и Финляндии), проходившем в институте «Омскгражданпроект» по теме: «О новых подходах в вопросах теплоснабжения Омска и области в современных условиях». — Омск, 1996;

6) постоянно действующем международном семинаре: проблемы энергосбережения и рационального использования энергоресурсов в Сибирском регионе — Новосибирск, 1997;

7) научно-техническом семинаре, посвященном 100-летию Томского политехнического университета «Теплоэнергетика: экономичность, надежность, экология» — Томск, 1997;

8) П-й Международной научно-технической конференции: динамика систем, механизмов и машин — Омск, Омский гос. техн. ун-т, 1997;

9) научно-практической конференции в Омской государственной академии путей сообщения: энергосбережение на предприятиях ЗападноСибирской железной дороги — Омск, 1997;

10)Ш-й межвузовской научно-методической конференции в российском гос. техн. ун-те путей сообщения (РГОТУПС) — Москва, 1998;

11) межвузовской научно-технической конференции, посвященной 160-летию отечественных железных дорог и 100-летию железнодорожного образования в Сибири — Омск, 1998;

12)Ш-ем международном научно-практическом семинаре «Энергосбережение в регионе: проблемы и перспективы» — Омск, 1998;

13) научно-практической конференции в ОмГУПС «Ресурсосберегающие технологии на предприятиях Западно-Сибирской железной дороги». -Омск, 1999;

14) 1У-м международном научно-практическом семинаре «Энергосбережение в регионе: проблемы и перспективы» — Омск, 1999;

15) научно-практической конференции «Новосибирск на рубеже XXI века: перспективы развития и инвестиционные возможности» (секция «Стратегия энергетической безопасности Новосибирска») — Новосибирск, 23.09.99;

16) научно-практической конференции «Разработка стратегического плана развития г. Омска». — Омск, 1999;

17) Всероссийской научно-практической конференции «Стратегические направления регионального развития Российской Федерации». -Омск, 1999;

18) общеинститутском семинаре института теплофизики СО РАН под руководством академика В. Е. Накорякова «Региональная теплоэнергетика и энергосбережение в условиях рыночной экономики». — Новосибирск, 1999;

19) научно-технической конференции «Повышение эффективности то-пливоиспользования в стационарной теплоэнергетике на предприятиях железнодорожного транспорта.» — Москва, МПС, ВНИИЖТ, 2000;

20) научно-технической конференции, посвященной 100-летию высшего железнодорожного образования в Сибири и 70-летию ОмГУПСа, «Новые технологии — железнодорожному транспорту» — Омск, ОмГУПС, 2000;

21) научно-практической конференции «Современное состояние и перспективы развития энергетики Казахстана». — Экибастуз, Экибастузский инженерно-технический институт им. акад. Сатпаева К. И., 2001.

Публикации. Основное содержание выполненных исследований, научных и практических разработок, касающихся темы диссертации, изложено в 37 работах, в том числе: трех монографияходном изобретенииодном учебном пособии, рекомендованном УМО по образованию в области энергетики и электротехники в качестве учебного пособия для вузов по специальности «Промышленная теплоэнергетика» .

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Разработан комплексный подход к управлению и развитию региональной теплоэнергетики с учетом перехода к рыночной экономике, учитывающий наличие источников теплоснабжения различных форм собственности с их используемой структурой топлива и ценовой конъюнктурой.

2. Разработана методология алгоритма и графоаналитической модели для определения зоны эффективного использования комбинированного способа производства электрической и тепловой энергии в системах централизованного теплоснабжения.

3. Показана экономическая эффективность создания ТЭЦ малой мощности в муниципальной и промышленной теплоэнергетике на базе существующих и перспективных тепловых нагрузок с использованием паровых противодавленческих и других турбин малой мощности или газовых надстроекдана оценка получению дополнительной электрической мощности.

4. Разработаны технико-экономические обоснования реконструкции котельных в ТЭЦ малой мощности: муниципальных отопительных п. Береговой и п. Козицкий, промыпшенно-отопительных ГУЛ «Омсктрансмаш» и ОАО «Сибкрио-техника» .

К реализации принят проект и ведутся строительно-монтажные работы по реконструкции котельной ОАО «Омсктехуглерод» в ТЭЦ малой мощности с установкой двух турбоагрегатов мощностью по 6 МВт каждый.

5. Разработана математическая модель и алгоритм для определения удельного расхода условного топлива на отпуск электроэнергии в зависимости от доли выработки электроэнергии на тепловом потреблении, а также математическая модель определения экономии (перерасхода) топлива на ТЭЦ, в энергосистеме при изменении структуры выработки электроэнергии.

6. Обоснована необходимость сооружения Омской ТЭЦ-6 (с приданием ей статуса экспериментальной) не на природном газе, а на канско-ачинском угле в режиме с ЦКС. Полученные результаты могли бы лечь в основу стратегии перевода ТЭЦ-4 и ТЭЦ-5 на российские КАУ и решить проблему электробезопасности Омского региона.

7. Разработана рациональная система теплоснабжения г. Омска, которая имеет иерархическое построение, где в качестве П ступени при совместной работе с ТЭЦ могут быть использованы промыпшенно-отопительные котельные предприятий ОАО «Сибкриотехника», АООТ «Омскшина-Г', ОАО «Омсктехуглерод», ОАО «Сибзавод», МУП «Теплокоммунэнерго» (Герцена, 48) и др., выполняющие роль не только пиковых, но и регулировочных узлов преобразования параметров теплоносителя.

8. Изложены пути решения стратегии развития теплоэнергетики региона, а также системный подход к решению задачи эффективного использования энергоресурсов.

9. Разработана методика определения технико-экономических показателей, себестоимости и тарифа на отпускаемую тепловую энергию промыпшенно-отопительными котельными, а также программа «TERM» для производства расчетов на ПЭВМ.

10. Разработана методика определения технико-экономических показателей, себестоимости и тарифа на вырабатываемую электрическую и отпускаемую тепловую энергию от реконструируемой котельной в ТЭЦ малой мощности с возможностью расчетов на ПЭВМ по программе «TURBO» .

11. Выполнен анализ и сформулированы недостатки управления системами теплоснабжения и городского теплового хозяйства, изложены приоритеты энергической стратегии региона, в сильной степени зависящие от наличия и реализации программ по ресурсоэнбергосбережению.