Любая технологическая система, в том числе и система теплоснабжения, характеризуется своим жизненным циклом, основные этапы которого в общем виде можно сформулировать следующим образом: ❏постановка задачи; ❏разработка и согласование ТЗ и ТУ; o разработка ТЭО возможных вариантов решения задачи и их сравнительный анализ; ❏разработка проекта; ❏воплощение проекта; ❏промышленная эксплуатация; ❏модернизация, связанная с переходом на более современное оборудование и частичным изменением решаемых задач; ❏полная замена, связанная с выработкой жизненного ресурса оборудования, или с полным изменением решаемой задачи. В поддержании жизненного цикла системы принимают участие различные организации и предприятия, интересы которых могут быть различны и противоречивы. Однако в любом случае детерминантой всего жизненного цикла системы должны быть интересы конечного пользователя, т.е. тех, для кого она и создается. В предлагаемом вашему вниманию материале изложен авторский взгляд на некоторые вопросы обеспечения жизненного цикла системы теплоснабжения, сформированный на основе анализа известных вариантов их решения и личного опыта работы в данной сфере. Часть 1. Надо что-то делать (автономное теплоснабжение микрорайонов при комплексной застройке) Общий заголовок предлагаемой вашему вниманию статьи действительно имеет место. Пожалуй, ни в одной развитой стране мира нет такой системы теплоснабжения как в России. И связано это с целым рядом объективных и субъективных факторов, к числу которых можно отнести: ❏огромные просторы нашей Родины и особые климатические условия, связанные с суровым зимним периодом на большей части территории: продолжительность отопительного периода достигает девяти месяцев в году; ❏особенности исторической эволюции инфраструктуры больших и малых городов (включая системы энерго- и теплоснабжения), проходившей с 30-х до 80-х годов прошлого столетия в условиях глобальной централизации политической и экономической власти, когда принимаемые на всех уровнях, зачастую волюнтаристские решения, имели тенденцию к масштабности и укрупнению объектов энергетики. Для примера, вплоть до 50-х годов в России насчитывалось более 3000 действующих малых гидроэлектростанций построенных в основном в 30–40-х годах. К 1980 г. их осталось не больше сотни; ❏смена политического строя в стране, революционно изменившая экономические отношения в обществе и, на сегодняшний день, практически не затронувшая сферу коммунальных услуг. Сегодня становятся очевидными и требуют разрешения противоречия между реформируемыми отношениями субъектов в сфере снабжения теплом и структурой самой системы теплоснабжения. Не претендуя на всесторонний анализ реформирования структуры, остановимся на одном из направлений ее совершенствования — создании и внедрении децентрализованных систем на базе автономных источников тепла. Материалы, предлагаемые вашему вниманию, базируются на анализе известных решений по рассматриваемому вопросу и нашем совместном (ООО «Фирма МАГИ-Э» и ФГУП «СантехНИИпроект») практическом опыте проектирования, монтажа, пуско-наладки и эксплуатации автономных источников теплоснабжения. Сложившаяся к середине 90-х годов система теплового хозяйства страны характеризовалась тенденцией последних десятилетий к централизации теплоснабжения (до 80 % производимой тепловой энергии). В крупных городах России сформировались и эксплуатируются тепловые сети с радиусом теплоснабжения до 30 км, требующие периодического ремонта и замены. Постоянная тенденция к повышению стоимости отпускаемого тепла связана не только с повышением тарифов на газ и электроэнергию, но и с постоянно растущими потерями в теплосетях и затратами на их поддержание в рабочем состоянии. Последняя, отнюдь не малая составляющая, в условиях реформирования ЖКХ и перехода на 100 % оплату предоставляемых услуг ляжет целиком на плечи населения. Статистика ежегодных аварий на тепловых сетях и прогнозы специалистов МЧС по их дальнейшему увеличению подтверждают, что бремя это будет немалое. Неудовлетворительное качество централизованного теплоснабжения и явная тенденция к повышению стоимости отпускаемого тепла привели к развитию в последние годы систем автономного (децентрализованного) теплоснабжения, в том числе с источниками тепла, работающими на одного или нескольких потребителей без тепловых сетей или их минимальной длины. При этом существенно повышается коэффициент энергоэффективности, который при применении крышных котельных приближается к 0,93, а при применении поквартирного отопления (установка индивидуальных источников теплоты в квартире) приближается к 1, т.е. к КПД самого котла. Очевидно, что как у централизованного, так и децентрализованного теплоснабжения есть свои достоинства и недостатки, свои сторонники и противники. При рассмотрении этих вопросов будем ориентироваться в первую очередь на то, как они связаны с интересами конечных пользователей (жильцов, проживающих в своих квартирах, или владельцев предприятий), являющихся потребителями представляемых услуг по теплоснабжению. Конечный пользователь, «голосующий» за предоставленные ему товары и услуги своими кровными деньгами, в условиях рыночных отношений становится ключевой фигурой для любого вида деятельности, связанного с удовлетворением его (конечного пользователя) потребностей. Система теплоснабжения по отношению к конечному пользователю должна обеспечивать: ❏комфортность проживания и осуществление трудовой деятельности (для производственных помещений); ❏надежность, а точнее «живучесть» системы; ❏приемлемую для пользователей стоимость предоставляемых услуг. Что стоит за перечисленными свойствами системы теплоснабжения? Комфортность проживания должна предусматривать: ❏поддержание необходимого температурного режима в помещении вне зависимости от температуры наружного воздуха в холодное время года; ❏возможность индивидуальной подстройки температурного режима в конкретном помещении самим пользователем; ❏организационно-технические и технологические мероприятия, минимизи рующие технологические воздействия источников теплоснабжения на окружающую среду (вредные выбросы, вибрацию, шумы, возможность возгорания, взрыва и др.); ❏минимизацию сроков проведения профилактических работ, связанных с приостановкой выработки тепловой энергии. Надежность системы характеризуется: ❏бесперебойной и своевременной поставкой необходимого количества и соответствующего качества тепловой энергии; ❏минимизацией внешних воздействий на возможность выхода из строя системы теплоснабжения; ❏минимизацией времени восстановления вышедшей из строя системы теплоснабжения; ❏возможностью поддержания системы теплоснабжения в состоянии, не допускающем разрушения инженерно-технологических коммуникаций и оборудования в течение времени, необходимого для восстановления вышедших из строя внешних инженерных систем топливо-, электро- и водоснабжения. Нами перечислены только основные потребительские характеристики систем теплоснабжения. Необходимость их реализации частично находит отражение в соответствующих нормативных документах (ГОСТах, СНиПах, РД и др.) Стоимость предоставляемых услуг. Для конечного пользователя интегральной оценкой может являться цена, в которую выливаются предоставляемые услуги. Мы, в первую очередь, предлагаем рассмотреть те характеристики системы теплоснабжения, которые позволяют минимизировать затраты (цену) без ухудшения качества услуг. К таким характеристикам можно отнести: ❏использование энергоэффективных режимов работы оборудования, снижающих материальные и ресурсные затраты на производство и поставку тепловой энергии; ❏организацию системы автоматического мониторинга и управления технологическим процессом производства тепловой энергии, сводящей к минимуму влияние «человеческого фактора» на работу системы. Обеспечение перечисленных выше потребительских свойств системы в ряде случаев носит дополнительный, опционный характер, влияющий на общую стоимость системы. Например, к таким опциям можно отнести: ❏резервирование оборудования; ❏резервирование внешних коммуникаций; ❏возможность работы рядом стоящих АИТ, как на отдельную, так и общую нагрузку; ❏наличие мобильных источников теплоснабжения на период выхода из строя основного АИТ и др. Кроме того, есть некоторая инвариантная часть качества предоставляемых услуг, определяемая нормативными документами, обязательная для любой системы теплоснабжения. И, наконец, дополнительные требования к системе может выставить заказчик, ориентирующийся на ценовые возможности определенных категорий конечных пользователей. С учетом вышеизложенного, ценовой показатель правильнее рассматривать как соотношение цена-качество. Очевидно, что применение децентрализованных схем позволяет более гибко подстраивать этот показатель к интересам конечных пользователей. Для иллюстрации рассмотрим ряд примеров практической реализации автономных систем теплоснабжения. Проект «Куркино», реализованный в 1998–2001 гг., изначально предусматривал теплоснабжение всего микрорайона от автономных источников. В нем были использованы отдельно стоящие, пристроенные и крышные АИТ суммарной тепловой мощностью 240 МВт. По сути дела этот проект стал первым в России опытом крупномасштабного использования автономных систем теплоснабжения. В этом районе были опробованы разные принципы построения АИТ, разное оборудование, разные подходы к организации эксплуатации. Полученный четырехлетний опыт эксплуатации позволил набрать необходимую статистику по надежности и эффективности принятых схемных решений, проанализировать допущенные ошибки, сделать выводы об оптимизации проектных, строительных и монтажных решений. Приобретенный потенциал и опыт в решении этих вопросов позволил успешно выполнить полный комплекс работ по пяти крышным котельным в Салехарде общей мощностью 8 МВт. В 2003–2004 гг. всего за десять месяцев был выполнен полный комплекс работ «под ключ», начиная от постановки задачи, проектирования, поставки оборудования, монтажа, пусконаладки до сдачи всех котельных в промышленную эксплуатацию. Отопительный сезон 2004–2005 гг. все пять котельных отработали без замечаний. В 2004 г. ФГУП «СантехНИИпроект» по заказуНФ «Мособлстройкомплекс» разработал для «Первой ипотечной компании» концепцию и технико-экономическое обоснование (ТЭО) применения системы автономного теплоснабжения для микрорайона «Новокуркино». При разработке ТЭО были рассмотрены несколько вариантов выработки тепла для этого микрорайона. В микрорайоне предусмотрена жилая застройка высотными домами от 18 до 42 этажей общей жилой площадью 900 000 м2, строительство детских садов, школ, подземных гаражей, торговых центров, развлекательных заведений и других учреждений культбыта общей площадью около 600 000 м2. Разработанная концепция построения системы теплоснабжения микрорайона предусматривает использование в качестве источников тепла крышных котельных, расположенных на самых высоких секциях жилых домов (суммарной тепловой мощностью около 200 МВт). Для всех без исключения АИТ предлагаются к установке котлы, работающие при низком давлении газа, учитывающие специфику областного газоснабжения в зимний период (имеются в виду резкие перепады давления газа). Работа всех автономных источников теплоснабжения предусмотрена в автоматическом режиме без постоянно присутствующего обслуживающего персонала. Концепцией предусмотрена диспетчеризация всей системы теплоснабжения микрорайона с возможностью контроля и управления АИТ с удаленных диспетчерских пунктов. Для крышных АИТ предусмотрено использование газовых водотрубных котлов с низкой эмиссией содержания окислов азота (в пределах от 10 до 20 ррm). Эти меры позволят сохранить в чистоте воздушный бассейн вокруг и внутри микрорайона, что сделает его еще более привлекательным для потенциальных покупателей жилья (данная работа была проведена совместно с Институтом экологии города). Проведенные в ходе разработки ТЭО расчеты показали, что при использовании варианта автономного теплоснабжения по сравнению с централизованным: ❏на 26 % сокращается реальное годовое потребление газа для теплоснабжения микрорайона за счет использования нового высокоэффективного оборудования и сокращения непроизводственных потерь тепла при его транспортировке; ❏примерно в 2 раза снижаются расходы электроэнергии, необходимой для транспортировки теплоносителя от автономного источника тепла (АИТ) до потребителя, так как полностью ликвидируются магистральные тепловые сети общей протяженностью около 20 км; ❏в 5 раз снижается объем выбросов вредных веществ от источников тепла в атмосферу за счет применения более экологически чистых горелочных устройств, сокращения количества реально сжигаемого топлива, увеличения высоты точки выброса; ❏примерно в 2–3 раза снижается расход химочищенной воды для подпитки системы отопления за счет отсутствия потерь в магистральных тепловых сетях; ❏существенно сокращаются численность обслуживающего персонала и эксплуатационные расходы, а также значительно повышается надежность работы системы теплоснабжения за счет применения автоматизированной системы управления теплоснабжением с удаленными диспетчерскими пунктами. Помимо прямой экономической выгоды применение АИТ позволит решить еще целый ряд серьезных вопросов, повышающих уровень комфортности жителей микрорайона. В частности, как показал четырехлетний опыт эксплуатации крышных котельных района Куркино, летние перерывы теплоснабжения, связанные с необходимостью проведения профилактических и ремонтных работ на АИТ, составляют не более 3–5 дней. В переходные периоды, когда на улице в ночное время уже холодновато, а городские станции отопление еще не включают, автономные источники автоматически обеспечивают комфортные условия проживания жителям. И еще одно преимущество, особенно актуальное в наше неспокойное время. Рассредоточенная система автономных источников теплоснабжения наиболее «живучая» при форс-мажорных обстоятельствах, которые, как правило, приводят к локальному воздействию, не затрагивая всей системы в целом. Проведенные расчеты показали, что использование для теплоснабжения района квартальных котельных с эквивалентной тепловой мощностью при общей выделенной площади застройки в 870 000 м2, приведет к потери более 130 000 м2 жилья, что немаловажно при существующих ценах на землю в московском регионе. Однако использование автономных систем теплоснабжения не всегда дает нужный эффект. Это, в первую очередь, относится к районам массовой застройки, в которых требуется решить вопрос не только тепло-, но и энергоснабжения. В этих случаях наибольший эффект может дать использование ТЭЦ, или мини-ТЭЦ на которых технология выработки электроэнергии сопровождается одновременным производством тепловой энергии. В небольших городах с малой плотностью застройки более эффективным решением, по сравнению с АИТ, может оказаться использование поквартирного отопления. А в случае отсутствия газового топлива, лучший вариант — квартальные котельные, на которых проще решаются вопросы с химводоподготовкой и резервным топливом. Разумеется, индивидуально должен решаться вопрос о применении АИТ и в районах старой застройки, с уже сложившейся и успешно функционирующей системой теплоснабжения. С другой стороны, при реконструкции жилого фонда в этих районах и создании жилья повышенной комфортности, к системам теплоснабжения могут быть предъявлены особые, эксклюзивные требования, которые не могут быть удовлетворены централизованной системой теплоснабжения (например, бесперебойность теплоснабжения в течение всего года, охлаждение внутренних помещений с помощью абсорбционных установок, полная независимость жилья от внешних энергоресурсов и т.д.). Решение таких вопросов без использования АИТ крайне затруднительно. И еще несколько слов по поводу резервного топлива. Изначально вопрос возможности перевода источников теплоснабжения на резервные виды топлива был связан с сезонными колебаниями давления в газопроводах. В этих случаях по разработанному плану ряд предприятий переводится на резервный вид топлива. Требуемый эффект при этом достигается только при отключении от газопровода достаточно мощных потребителей. Механический перенос данного принципа на автономные источники теплоснабжения, единичная мощность которых ограничивается 3–5 МВт, а величина минимального рабочего давления газа на входе в котел составляет от 2 до 10 кПа, вряд ли правомерен. В любом случае вопрос поддержания баланса подаваемого и потребляемого газа в системе газоснабжения — вопрос общегосударственного масштаба, в решении которого должны участвовать, в том числе и финансовые, и федеральные, и городские структуры. На наш взгляд существует другая, более насущная постановка вопроса — обеспечение выживаемости людей и инженерных коммуникаций при авариях на магистральных газопроводах и в энергосистеме на период ликвидации причин и последствий этих аварий. Возможны, по крайней мере, три варианта решения этой проблемы: ❏создание запаса аварийного топлива, в качестве которого может быть использован сжиженный газ. За рубежом технологии использования сжиженного газа для автономных систем отопления жилых домов хорошо отработаны, в последние годы они используются и у нас в России при создании систем теплоснабжения коттеджей; ❏установка на автономных источниках тепла резервного электрокотла, обеспечивающего поддержание температуры в здании на уровне +10–14°С; ❏использование аварийных мобильных котельных, работающих на сжиженном газе. Такие котельные, оснащенные собственным электрогенератором и суточным запасом топлива, могут быть оперативно доставлены к месту аварии и подключены к системе теплоснабжения объекта. Если при этом в проекте АИТ заложить возможность подключения к системе теплоснабжения внешнего источника тепла, то время развертывания мобильной котельной сократится до минимума. Вариант подобной котельной — «Трубчанка-200», подготовленной к серийному выпуску на Трубчевском машиностроительном заводе (Брянская область), неоднократно экспонировался на выставках в Москве и Санкт-Петербурге и заслужил высокие оценки специалистов. Приведенные выше соображения и примеры показывают, что комплексное решение вопросов теплоснабжения с использованием АИТ позволяет в целом ряде случаев получить более высокие потребительские свойства предоставляемых конечным пользователям услуг. Это относится к созданию условий, обеспечивающих комфортное и экологически безопасное проживание, сочетающихся с надежностью и безопасностью работы системы теплоснабжения. При этом эти показатели могут быть получены при наилучшем соотношении цена/качество. В то же время пока рано говорить, что достигнуто общее взаимопонимание по данному вопросу в тех кругах, от решения которых зависит, как будут реализовываться и развиваться системы теплоснабжения в различных регионах России. В следующей статье мы попытаемся ответить на вопрос «Что делать?», чтобы не было искусственного торможения на пути более широкого применения АИТ. Продолжение статьи в следующем номере «С.О.К.».