Перспективы развития систем отопления
Перспектива развития отопительных систем и оборудования в основном связана с двумя направлениями решения проблемы:
совершенствование оборудования и систем централизованного теплоснабжения;
развитие автономного отопления.
Перспективы развития централизованного отопления будут определяться совершенствованием схем в направлении их оптимизации, повышения качества строительно-монтажных и ремонтных работ, надежности оборудования, снижения непроизводительных потерь теплоносителя и тепла. Старение основного оборудования существующих тепловых сетей, где уже сейчас, как правило, более половины превысило амортизационный срок эксплуатации, потребует существенных капитальных затрат уже в ближайшие 2–3 года. Это понизит инвестиционную привлекательность объектов централизованного теплоснабжения и потребует разработки программ поддержки со стороны государства. Эффективность этого направления развития систем отопления также будет зависеть от уровня платежеспособности потребителей и объема поступающих средств.
Перераспределение топливных ресурсов на постсоветском пространстве также поставило перед мощными городскими ТЭЦ ряд проблем, связанных с переходом на непроектное топливо. Причем не всегда в качестве альтернативного топлива можно применять природный газ.
Во-первых, из-за ограничения его поставок, и, во-вторых, из-за эксплуатационных затруднений, связанных с переводом пылеугольных котлов на природный газ. Простая замена топливосжигающих устройств — пылеугольных горелок на газовые горелки без соответствующего конструктивного оформления газового и пароводяного трактов котлов — может привести к потере тепловой мощности, снижению КПД и надежности теплоснабжения.
С другой стороны, мощные теплоисточники в составе централизованных систем теплоснабжения достаточно хорошо приспособлены к размещению в них установок комбинированной выработки электроэнергии и тепла, не только на базе парогенераторов, но и на базе водогрейных котельных агрегатов. Отечественные производители турбинного оборудования могут поставлять паровые турбины малой мощности от 250 кВт до 3 МВт. Это существенно расширяет сектор производителей электроэнергии и создает конкурентную среду традиционно-монополизированной сфере производства электроэнергии. Как показывают расчеты, для условий котельной Пермского ЦБК с двумя котлами ГМ–50–1, установка двух противодавленческих турбин Р–6–35/3 суммарной мощностью 12 МВт позволяет на 75% покрыть потребность комбината в электроэнергии по цене в 2,5. 3,0 раза ниже, чем в энергосистеме. Значительный интерес также представляет ГТУ-ТЭЦ и ДВС-ТЭЦ, КПД которых можно довести до 90%.
При создании благоприятного инвестиционного климата возможно создание через 2–3 года конкурентного рынка тепловой и электроэнергии, вырабатываемого независимыми поставщиками, в том числе — акционерной формы собственности. При этом выиграет тот, кто предложит наиболее благоприятные условия для потребителя по ценам и уровню оказываемых услуг. Производитель, применяющий неэффективные энергозатратные способы производства энергии, будет неизбежно вытеснен с рынка. Останутся те, кто предложит потребителю наиболее выгодные условия и высокую надежность теплоснабжения.
Очевидно, централизованное отопление будет прежде всего затрагивать коммунальное жилье, бюджетную сферу и небольшие предприятия, расположенные в городской черте. Крупные предприятия, равно как и отдаленные, будут устанавливать собственные автономные котельные, а потребляющим большое количество электроэнергии на технологические цели будет выгоднее применять когенерационные установки с комбинированным производством тепла и электроэнергии как более рентабельные: выше коэффициент использования топлива и, соответственно, меньше себестоимость тепла и электроэнергии.
Со временем, с повышением цены на газ, переходом к труднодоступным месторождениям и ужесточением экологического законодательства, ограничивающего выбросы СО, СО2 и других продуктов сгорания, будет увеличиваться, при поддержке государства, доля использования в энергетике альтернативных возобновляемых экологически чистых топливных ресурсов: биомассы, биогаза, энергии солнца, ветра и т.д. Ввиду существенных затрат на подобное оборудование, альтернативные источники энергии будут применяться в основном в качестве вспомогательных для централизованного энергоснабжения или на крупных предприятиях.
В сфере автономного отопления индивидуального жилья и небольших предприятий преимущество будет отдано экономичным многофункциональным системам, использующим в качестве топлива прежде всего природный газ, так как в обозримой перспективе (15–20 лет) это будет наиболее дешевый и удобный в использовании вид топлива. В регионах, имеющих избыток генерируемой электроэнергии, и, соответственно, низкие тарифы на электроэнергию, будут применяться многофункциональные климатические установки на электроэнергии, в том числе имеющие в своем составе тепловые насосы.
Многофункциональность подразумевает прежде всего не только отопление помещений, горячее и холодное водоснабжение, но и климатизацию помещений, подразумевающую подготовку воздуха: обновление, очистку, поддержание необходимого уровня влажности. Это будет тем более актуально, чем более теплозащитными свойствами (а значит и большей герметичностью) будут обладать ограждающие конструкции возводимых зданий, а также, чем менее будет соответствовать окружающий воздух экологическим стандартам.
Для решения этой задачи все большее применение будут находить комбинированные установки воздушного отопления и подготовки воздуха (вентиляции и кондиционирования) как наиболее экономичные и позволяющие одной системой решить задачу создания микроклимата помещений. При этом вода будет использоваться только для целей непосредственно холодного и горячего водоснабжения. Сейчас этот вид отопления применяется в основном для помещений больших объемов: складов, производственных помещений, сервисных центров, спортивных и концертных залов. Но уже наметилась тенденция все более широкого применения воздушного отопления для комфортабельных помещений офисов и индивидуального жилья, вследствие высоких требований к качеству воздуха.
В прогнозируемой перспективе доля систем воздушного отопления в инженерных системах зданий должна существенно увеличиться за счет вытеснения водяного отопления там, где это более выгодно с точки зрения создания качественной воздушной среды. Говоря о перспективных технологиях в отоплении производственных помещений нельзя не упомянуть такой прогрессивный вид отопления, как лучистое с использованием инфракрасных излучателей. И, часто, лучистое отопление приводят в качестве альтернативного водяному и воздушному, забывая при этом, что проблема качества воздуха в этом случае не решается. В любом случае необходимо устанавливать приточно-вытяжную систему вентиляции, с подогревом приточного воздуха, которая является видоизмененной версией системы воздушного отопления. То есть, в итоге, мы имеем две параллельные системы с соответствующим уровнем затрат как на приобретение и установку, так и на обслуживание.
В еще более отдаленной перспективе потребление газа на цели отопления для индивидуальных домов и мелких предприятий должно свестись к минимуму, и, скорее всего, будет заменено на экологически чистые установки на электричестве, генерируемом альтернативными способами, упоминавшимися выше. В этом все большую роль играют требования безопасности в связи с достаточно высокой степенью риска, связанного с опасностью взрывов и пожаров при эксплуатации газоиспользующего оборудования на подобных объектах. Отличительными чертами отопительного оборудования будущего также будут высокий уровень автоматизации и регулирования с элементами искусственного интеллекта устанавливающий в каждый момент времени оптимальный режим отопления с учетом тепловыделений от людей и бытовых приборов, метеорологической обстановки, времени суток и позволяющий сократить потребление энергии до минимума. Повсеместно будет утилизироваться тепло бытовых и промышленных стоков. Эффективность использования энергии будут повышать устройства рекуперации и регенерации вытяжного воздуха, которые являются частью вышеупомянутых систем воздушного отопления.
Вот некоторые, и далеко не все, перспективы отопления, которые, на наш взгляд, будут иметь место в обозримом будущем. Хочется добавить, что этот материал является лишь личной версией авторов, и отражает их взгляд на данную проблему.
Состояние и перспективы развтия теплоснабжения в России
(по материалам доклада на международном семинаре «Проблемы теплофикации в странах с переходной экономикой», проходившем в Москве 23 марта 2004 года)
Теплоснабжение, несмотря на высокую социальную, экономическую и энергетическую значимость, остается совершенно не скоординированной частью топливно-энергетического комплекса России. Критическая ситуация в теплоснабжении страны требует согласованного решения энергетических, экономических и организационных проблем.
Обеспечение тепловых нужд России далеко выходит за пределы отраслевой энергетической задачи. Неэффективное теплоснабжение привело к огромному перерасходу энергетических, материальных и финансовых ресурсов, сделало неэкономичной теплофикацию, стало препятствием в проведении реформы ЖКХ. Сбои в обеспечении теплом регулярно становятся зимой для многих жителей страны физическим и моральным страданием.
В России производится свыше 2 млрд Гкал тепла (таблица) и на это расходуется более 400 млн т. у. т. (включая расход топлива на электроэнергию, идущую на перекачку теплоносителя в системе централизованного теплоснабжения (СЦТ) и работу котельных), или около 43 % всех первичных энергоресурсов, использованных в 2000 году внутри страны. Производство тепла по сравнению с 1990 годом снизилось примерно на 20 % из-за сокращения его расхода на производственно-технологические нужды при одновременном росте потребления тепла населением и социальной сферой.
В СЦТ, где производится 71,5 % всего тепла в стране, на котельные приходится свыше 49 %, а на тепловые электростанции – около 45 %. Остальное тепло поступает от прочих источников (АЭС, электробойлерных и др.). В децентрализованном секторе снабжения (28,5 % производства тепла) доля котельных составляет примерно 1/3, а различных автономных теплогенераторов – 2/3.
Теплоснабжение – самый энергоемкий, но и самый энергорасточительный сегмент национальной экономики – сегодня находится в критическом состоянии на всех этапах от потребления до производства тепла.
Главными потребителями тепла в СЦТ общего пользования являются 73 % населения и основная часть социальной сферы страны. Их доля в конечном потреблении тепла составляет 53 %. В секторе децентрализованного теплоснабжения на население и социальную сферу приходится 78,6 %. Таким образом, теплоснабжение – социально значимый сегмент в энергетическом комплексе России. Именно этот фактор должен быть определяющим при выборе решений о совершенствовании и развитии теплоснабжения.
Одна из основных причин сложившегося негативного положения состоит в проявлении отдаленных последствий государственного решения об улучшении жилищных условий граждан, принятого в конце 50-х годов ХХ века. Оно было осуществлено за счет быстрого строительства зданий со сниженными тепловыми характеристиками и рассредоточенным расположением домов на свободных территориях в городах. За 1950–1995 годы жилищный фонд России вырос в 6,2 раза. Это позволило во многом решить острые жилищные вопросы того периода.
Но, как следствие, произошел огромный рост потерь тепла в зданиях. Для всего жилищного фонда, построенного до 1995 года, характерные потери тепла в 3 раза более высокие, чем установленные в 2001 году Строительными нормами и правилами для новых зданий. Одновременно массово сооружались СЦТ с плохо изолированными протяженными теплотрассами, что удорожало их эксплуатацию и сокращало срок службы. Сегодня трубопроводы требуют замены уже через 6–8 лет (срок эксплуатации должен составлять 20–25 лет при нормальных конструкции и эксплуатации).
Принятое в 50-х годах решение основывалось на дешевизне энергоресурсов в стране. Предполагалось, что срок жизни теплорасточительных домов не превысит 25 лет. Однако такие здания сегодня составляют большую часть жилищного фонда городов. В современных условиях, когда потери тепла и цена энергии многократно выросли, они стали энергетически и экономически неэффективными.
В перспективе доля населения и социальной сферы в структуре потребления тепла будет увеличиваться как за счет роста строительства жилых домов и общественных зданий, так и из-за перехода экономически устойчивых структур к теплоснабжению зданий от собственных источников и отказа от СЦТ общего пользования. Эта тенденция уже получает все большее распространение. В результате в СЦТ общего пользования экономическая нагрузка постоянно переносится на социальных потребителей тепла.
Население с учетом льгот и компенсаций уже оплачивает 82 % услуг ЖКХ, а без них – 52 % [1]. Основная часть оплаты приходится на энергетическое обслуживание жилищ. Роль оплаты тепла населением в перспективе будет постоянно возрастать как источник средств для обеспечения функционирования и развития теплоснабжения.
При этом следует иметь в виду, что максимально допустимая доля платы граждан за все жилищно-коммунальные услуги в совокупном семейном доходе не может превышать 22 % [2], а ее предел установлен на уровне 25 % [3]. Поэтому прямое повышение тарифов и цен на энергию для населения жестко ограничено.
Дальнейшее увеличение денежных поступлений от населения для финансирования будет прямо зависеть от уровня и темпов роста благосостояния граждан страны. Именно с этим фактором будут связаны надежность работы и устойчивость развития теплоснабжения. Однако сегодня большая часть российских семей не может из своего бюджета полностью оплатить поставляемые им объемы тепла, которые необходимы для нормальной жизнедеятельности.
Этот разрыв между требуемым и возможным для населения уровнями оплаты возник не в результате реформы экономики страны и ее ЖКХ, а достался населению России в наследство от социальной политики, которая проводилась в Советском Союзе. Как отмечено в [4], по обеспеченности общей жилой площадью в расчете на одного человека, развитию водопровода, канализации, электро- и теплоснабжения Россия имеет показатели стран с высокими душевыми доходами. В то же время среднедушевой доход жителей России продолжает соответствовать доходам населения стран с уровнем жизни ниже среднемирового значения, что характерно для стран, в которых нет такой развитой социальной инфраструктуры, как в России.
В этих условиях лишать услуг ЖКХ семьи, которые не способны полностью их оплачивать, социально недопустимо, да и в большинстве случаев технически невозможно. Опережающе поднять цены на тепло и другие жилищно-коммунальные услуги до бездотационного уровня – это значит нарастить нищету в стране с относительно бедным населением. В обоих случаях теплоснабжающие организации не выиграют, а лишатся части спроса и доходов. В системе теплоснабжения населения, как и в целом в сфере услуг, в наибольшей степени обострились противоречия между социальными и экономическими целями реформы ЖКХ.
Доля тепла в ежемесячной оплате населением услуг ЖКХ в отопительный период достигает 60–70 % [5]. Это главный компонент коммунальных платежей. Однако жители практически не могут контролировать реальное потребление тепла в отдельной квартире из-за конструктивных особенностей систем подачи тепла в дома и отсутствия приборов контроля и учета в подавляющей части жилищного фонда страны. Население оплачивает отопление и горячую воду, как правило, не прямо за 1 Гкал подведенного тепла, а по нормам расхода, которые устанавливаются местными органами власти в каждом субъекте Федерации.
Обоснованность этих норм, периодичность их пересмотра, соответствие федеральным методикам расчета не публикуются и, следовательно, не могут проверяться социальными потребителями. Здесь явное нарушение Закона о правах потребителя, который должен иметь возможность контролировать объем и качество предоставляемых ему услуг. Показателен прецедент, когда на основе судебных решений жилищно-коммунальные услуги длительно не оплачиваются из-за несоответствия нормативным требованиям [6].
Порядок в учете и контроле количества и качества тепла, которое расходует население, отсутствует. Поэтому одной из первоочередных задач теплоснабжения должно стать наведение порядка в нормативных расходах тепла на отопление (в соответствии с теплотехническими и другими характеристиками жилых зданий) и горячее водоснабжение (на основе объективно определенных санитарно-гигиенических данных).
Невозможность эффективно управлять режимами в разветвленных СЦТ крупных городов в соответствии с реальным спросом отдельных потребителей, их разрегулированность и большая тепловая инерционность приводят к существенным деформациям в поставках и оплате тепла населением. Натурные замеры, проведенные в домах Москвы в отопительный сезон 2001–2002 годов, обнаружили впечатляющие расхождения.
Необходимое, поставленное и оплаченное тепло, Гкал/год (%), для отопления жилого здания, Москва, 2001–2002 годы
Так, в соответствии с [7] на рис. 1 приведено соотношение необходимого, поставленного и оплаченного тепла для отопления жилого дома в Москве. Для нормального отопления необходимо было затратить 100 относительных единиц тепла, в действительности из СЦТ была избыточно поставлена 151 единица, а жители по установленным нормам оплатили 322 единицы. При этом из-за более позднего, чем было необходимо, включения отопления осенью и более раннего отключения его весной жители в эти периоды явно компенсировали недостаток тепла, обогревая свои квартиры электрическими приборами.
Очевидно, что плата населения за тепло никак не связана с объемом и качеством его теплообеспечения. В результате несоответствия объема и режима поставляемого тепла его необходимому количеству возникает целый ряд негативных последствий:
— население переплачивает за ненужное ему тепло и расходует дополнительные средства на электроэнергию для обогрева квартир;
— из местных и федерального бюджетов оплачиваются ненужное тепло и дополнительная электроэнергия, которую расходует население, имеющее льготы;
— завоз лишнего топлива в город перегружает транспортные коммуникации;
— ухудшается экология городов из-за дополнительных выбросов и отходов теплоснабжающих установок.
Выполненный анализ в части российского жилищного фонда и социальной сферы, которые получают тепло от СЦТ общего пользования, показал, что имеются существенные расхождения между нормативным и фактическим теплоснабжением и его оплатой. Так, согласно нормативам потребление тепла на указанные цели в 2000 году должно было составить 805 млн Гкал (рис. 2). Однако по данным отчетного энергобаланса населению и социальной сфере было отпущено всего 663 млн Гкал, что на 142 млн Гкал, или на 17,6 %, ниже нормативного значения. При этом 203 млн Гкал составляют потери тепла в СЦТ. Эквиваленты расходов и потерь тепла в пересчете на первичные энергоресурсы (млн т. у. т.) даны на рис. 2 в скобках.
Нормативное и фактическое потребление тепла населением и социальной сферой от систем централизованного теплоснабжения в 2000 году (расход первичных энергоресурсов на его производство)
Недопоставка тепла возникает как из-за аварийных отключений теплоснабжения в ряде населенных пунктов страны, так и из-за широко практикуемой теплоснабжающими организациями установки температуры теплоносителя ниже значений, которые требуются для обеспечения ее нормативно установленного уровня в жилых помещениях. Тем не менее оплата этого непоставленного тепла, как правило, взимается с социальных потребителей, т. к. у них массово отсутствуют приборы теплового учета и контроля.
Население, компенсируя недостаток за счет вынужденного электрического обогрева своих квартир, несет дополнительные расходы. Имеющиеся наблюдения показывают, что в городах в периоды, когда снижается температура в квартирах населения, расход электроэнергии возрастает на 30–35 %.
В трубопроводах систем централизованного теплоснабжения потери достигли почти 31 % произведенного в 2000 году тепла (таблица). Это эквивалентно годовому перерасходу первичных энергоресурсов более 80 млн т. у. т.
Таблица Сводный баланс тепла России в 2000 году (округленная оценка) | ||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||