Переход на системы теплоснабжения четвёртого поколения отложен в долгий ящик

Директива Евросоюза по развитию возобновляемой энергетики (EU Renewable Energy Directive), принятая в 2009 году, законодательно закрепляет для странучастников ориентир по сокращению выбросов парниковых газов в атмосферу на 20 % к 2020 году. Для обеспечения услуг бесперебойного отопления и ГВС за счёт возобновляемых источников целесообразно укрупнение единичных мощностей и создание взаимосвязанных централизованных систем, отличающихся взаимным резервированием, способностью удовлетворять суточные и сезонные пики потребления и обслуживаемых специалистами [1]. Такие системы называются «системами централизованного теплои холодоснабжения четвёртого поколения». В мире работает множество систем централизованного теплоснабжения, которые можно отнести к этой категории. По отдельности мероприятия, характерные для систем централизованного теплоснабжения нового поколения, не раз попадали в сферу внимания отечественных специалистов, однако в комплексе, с учётом взаимосвязанного эффекта они, как правило, не рассматриваются.

К сожалению, пока специалисты компаний, занимающихся монтажом систем ОВиК, в основном не имеют опыта работы с низкотемпературными системами отопления, предполагающими полный отказ от привычных радиаторов в пользу стеновых панелей и систем вида «тёплый пол». Если говорить о практической реализации инновационных идей, то проектировщики незнакомы с работой систем, где потребляется тепловая энергия от двух и более источников, а оборудование по утилизации низкопотенциальной теплоты до сих пор остаётся редкостью в регионах нашей страны.

19 февраля 2019 года в Москве состоялся круглый стол, на котором обсуждались промежуточные итоги прохождения отопительного сезона 2018–2019. Минстрой и Министерство энергетики указывали на свои границы ответственности и искали виновных в произошедших в целом по России в январе 2019 года 22 крупных авариях на тепловых сетях.

В этом контексте отметим, что в странах Европейского союза поставлены совершенно другие приоритеты. Директива Евросоюза по развитию возобновляемой энергетики, упомянутая выше, подразумевает, что для обеспечения услуг бесперебойного отопления и ГВС за счёт ВИЭ целесообразно укрупнение единичных мощностей и создание взаимосвязанных централизованных систем, отличающихся взаимным резервированием, способностью удовлетворять суточные и сезонные пики потребления и обслуживаемых специалистами. Очевидно, что доля централизованного теплоснабжения в среднем по европейским странам пока невелика и не превышает 10 %, однако в некоторых странах (например, Дании) она уже достигает 60 %.

Потому специалисты и говорят о четвёртом поколении систем централизованного теплои холодоснабжения [2]. Его характерными чертами являются:

• тепловые сети, работающие при сниженных температурных графиках, что позволяет уменьшить толщину теплоизоляционного слоя;
• покрытие максимальных нагрузок на системы отопления, ГВС и вентиляции за счёт местных источников тепловой и электрической энергии, устанавливаемых в каждом здании;
• снижение потребления тепловой энергии путём улучшения ограждающих конструкций, автоматизированных систем управления и регулирования;
• эффективные накопители тепловой энергии, устанавливаемые как на источнике, так и у потребителей;
• использование бросового тепла датацентров, метрополитенов, холодильных машин и гидроресурсов.

Отбор воды на нужды горячего водоснабжения по открытой схеме, столь распространённый на территории России, в таких системах не может быть предусмотрен. Одна из первых систем централизованного теплоснабжения, где все эти принципы в какой-то степени были реализованы, уже более десяти лет находится в работе в небольшом городе Люструп датской коммуны Орхус (область Центральная Ютландия).

Потребители подключались к данной системе в несколько этапов: первоначальные 122 энергоэффективных дома в 2008 году, 40 домостроений в 2010-м и ещё 32 — в 2011 году. Удельная тепловая нагрузка упомянутых 40 построек доходит до рекордно низких 40 кВт/м² при общей отапливаемой площади в 4115 м². Для их подключения была смонтирована тепловая сеть протяжённостью порядка 800 м, работающая по температурному графику 55/25 °C. Для изготовления применялись гибкие трубопроводы в двухтрубном исполнении несущих труб небольшого диаметра (подающий и обратный трубопроводы в едином теплоизоляционном слое и общем защитном кожухе), а для компенсации значительных потерь напора по длине у каждого потребителя устанавливались циркуляционные насосы с частотно-регулируемым приводом (ЧРП), фото 1.

Проблемы, связанные с обеспечением минимально допустимой температуры ГВС и покрытия пиковых нагрузок, решаются путём установки (также у потребителей) дополнительного теплообменного оборудования и баков-аккумуляторов горячей воды.

Очевидна сложность, возникающая с повышенными относительно систем с более традиционными расчётными разностями температур расходами сетевой воды, которая решается за счёт распределённой генерации, снижения тепловых нагрузок и новых алгоритмов управлениями ими.

Отстающими в плане развития систем централизованного теплоснабжения являются США. В северных штатах в среднем 74 % от общего потребления энергоресурсов жилыми здания тратится на нужды отопления и горячего водоснабжения, по коммерческой недвижимости цифры скромнее — 42 %.

Технико-экономический анализ показывает перспективность строительства источников теплоснабжения комбинированной выработки, использующих в качестве топлива биомассу даже несмотря на более высокие капитальные и эксплуатационные затраты. Такие результаты анализа достигаются за счёт на порядок меньшей стоимости в пересчёте на 1 МВт·ч полученной энергии ($ 7,5 против $ 20–35 для ТЭЦ, работающих на природном газе), а также за счёт налоговых и прочих послаблений. Кроме того, в горных регионах со значительными перепадами высот строительство газопроводов требует высоких затрат и дорогостоящего оборудования (фото 2).

В целом в мире работает множество систем централизованного теплоснабжения, о которых можно судить как о принадлежащих к четвёртому поколению. В городе Кыршехире (Турция) эксплуатация системы, работающей по температурному графику 57/38 °C, стартовала ещё в 1995 году. Полезный отпуск тепловой энергии от неё достигает 33,6 ГДж в год. Тепловая сеть с рекордными параметрами, соответствующими категории ультранизкотемпературных (то есть 39/31 °C), находится в канадском городе Окотоксе. Там ежегодно с коллекторов теплоисточника выходит порядка 2,7 ГДж, а суммарное потребление абонентов не опускается ниже 2,5 ГДж, следовательно, потери тепловой энергии не превышают завидные для отечественных городов 10 %.

Средние значения температур холодного периода года, по данным многолетних наблюдений, в этом канадском городе вполне соответствуют аналогичным температурам в большинстве населённых пунктов средней полосы Российской Федерации. Расчётная температура наружного воздуха для проектирования систем отопления в Окотоксе равна 4 °C, однако следует сразу оговориться о невозможности сравнения подобных величин, принятых в отечественной строительной климатологии и зарубежных нормативных документах из-за разных подходов к их вычислению и применению.

По отдельности перечисленные выше мероприятия, характерные для нового поколения систем централизованного теплоснабжения, не раз попадали во внимание отечественных авторов и обозревались на страницах российской отраслевой прессы [3–5], однако в комплексе, с учётом взаимосвязанного эффекта, они, как правило, не рассматриваются.

Как и другие решения, пришедшие к нам из-за границы — например, трубопроводы полной заводской готовности в пенополиуретановой (ППУ) теплоизоляции, автоматизированные тепловые пункты (фото 3), — рано или поздно перечисленные выше инновации найдут широкое применение и в отечественных теплоснабжающих организациях.

К сожалению, пока специалисты компаний, занимающихся монтажом систем отопления, ГВС, вентиляции и кондициониования воздуха, в основном не имеют опыта работы с низкотемпературными системами отопления, предполагающими полный отказ от привычных радиаторов в пользу стеновых панелей и систем вида «тёплый пол».

Аграрным областям России мог бы быть интересен опыт США в плане развития объектов малой энергетики, где в качестве топлива используются отходы сельского хозяйства; в энергодефицитных округах выходом из ситуации может стать энергетическое растениеводство.

Говоря о практической реализации инновационных идей, следует отметить, что проектировщики незнакомы с работой систем, где потребляется тепловая энергия от двух и более источников, а оборудование по утилизации низкопотенциальной теплоты в регионах до сих пор остаётся редкостью [6]. Сложные системы автоматизации технологических процессов, лежащие в основе подобных концептов, отечественной промышленностью почти не производятся, а срок службы уже установленных систем часто не превышает нескольких лет по причине неправильных действий эксплуатационного персонала (фото 4).

Доля тепловых насосов, пластинчатых теплообменников, солнечных коллекторов и циркуляционных насосов с ЧРП, произведённых за рубежом, велика, что определяет цену на рынке и делает её подверженной валютным рискам. Ограниченный объём реконструкции тепловых пунктов со стороны управляющих компаний затрудняет рост и развитие специализированных энергосервисных организаций, целенаправленным финансированием программ автоматизации никто не занимается. Реализация предусмотренного Федеральным законом от 27 июля 2010 года №190-ФЗ «О теплоснабжении» до 2022 года повсеместного перехода абонентов на закрытую схему потребления горячей воды идёт крайне низкими темпами и вряд ли будет закончена в срок.

Даже относительно малозатратный, но интересный для профильных фирм-поставщиков оборудования и услуг, а также специалистов, обслуживающих инженерные системы, процесс затягивается, поэтому на данном этапе развития вряд ли есть смысл говорить о продвижении идей предоставления материальных и других льгот на внедрение современных систем централизованного теплоснабжения четвёртого поколения.