Системный резерв

 

Гашо Евгений, эксперт Аналитического центра при Правительстве РФ, доцент Московского энергетического института 

Степанова Мария, эксперт Академии стандартизации, метрологии и сертификации (Уральский филиал) 

 

Чтобы решить проблему энергонеэффективности России, необходимо разработать сквозную систему мероприятий по всей цепочке: генерация - распределение - потребление и учесть региональные особенности

Беспокойство в обществе, вызванное ситуацией в жилищно-коммунальном хозяйстве, непрерывно возрастает. О том, что инфраструктура дырявая и требует модернизации, каждый знает из повседневного опыта. Потребности отрасли в инвестициях правительство оценило в 9 трлн рублей. При этом никто не верит, что тарифы останутся в заданных пределах; вводится социальная норма на электричество, поговаривают уже и о нормах на тепло. Каждая присылаемая платежка, каждый выпуск новостей только добавляют нервозности.

Почему у нас столько проблем с энергетикой? Почему, несмотря на заоблачные тарифы, подключиться к сетям практически невозможно, а их надежность падает?

Советский энергетический уклад

Говоря о низкой энергоэффективности, прежде всего надо понять, что у нас она вызвана совсем другими причинами, чем в странах, на которые мы привыкли оглядываться. Сначала коротко расскажем, как росла и развивалась наша энергетика, какие резервы были положены в основу комплекса: источники - сети - потребление.

Создание городов и концентрация в них людей - прямое следствие сурового климата и обусловленной этим низкой производительности сельского хозяйства (80% нашей территории относится к климатически неблагоприятным зонам). Централизация проживания дает возможность экономить на отоплении, и чем севернее, тем больше экономия на отоплении. При переходе от коттеджей к четырех-пятиэтажным зданиям удельный расход тепла снижается в 4-5 раз. Это первый теплоэнергетический резерв, реализованный в ходе послевоенного восстановления экономики и роста городов в 1960-1970-е годы.

 

Следующий эффект - теплофикация (или когенерация), то есть совместная выработка тепла и электроэнергии на одном источнике. Она дает экономию еще 25-30% топлива. А ведь из одной тонны топлива на человека в год в России лишь 20% приходится на потребление в виде электроэнергии, 80% - это тепло и горячая вода. В большинстве стран, с которыми мы привыкли себя сравнивать, все ровно наоборот, каждый житель там в быту потребляет электроэнергии в 5-7 раз больше, чем россиянин. Поэтому у нас такие мощные теплофикационные турбины на ТЭЦ, такие «толстые» и разветвленные сети.

Поскольку тепла нам нужно было гораздо больше, чем электроэнергии, советская инженерная школа создала мощные и эффективные паровые турбины для ТЭЦ с суммарным КПД под 80%, которые и послужили основой энергетики быстро растущих городов, особенно в Сибири. А потому, что тепла было больше именно от паротурбинных ТЭЦ, производство газовых турбин развивалось не столь интенсивно.

И наконец, третьим эффектом, заложенным при строительстве наших городов с их инфраструктурой, было дотирование промышленностью сектора ЖКХ сбросным технологическим теплом, паром с промышленных ТЭЦ, вторичными энергоресурсами. Ровный годовой график потребления означал постоянную загрузку турбин, стабильные расходы воды, ровные гидравлические режимы, то есть эффективность.

Такой технологический уклад энергетики прекрасно справился с задачей десятикратного (!) роста нагрузки при массовом строительстве и восстановлении городов в послевоенные годы, суммарный эффект экономии топлива ежегодно достигал 25-30 млн тонн условного топлива. А это потребление всех московских ТЭЦ.

Генерим перерасход

Теперь все изменилось: мы хотим жить в малоэтажных домах, часть промышленности рухнула, другая в нынешних экономических условиях воспринимает отопление жилых кварталов как обузу. Совокупный энергетический эффект теплофикации в крупных городах «приватизирован» по многим карманам. Та же промышленность, не желая мириться с ростом тарифа при снижающемся качестве, строит собственную генерацию, что еще больше ухудшает показатели ТЭЦ, и это бременем ложится на оставшихся потребителей. Все это и привело к резкому снижению энергетической эффективности в городах, а с усложнением взаимосвязей субъектов и недостатком инвестиций - к износу оборудования, росту аварийности.

Дальше еще хуже: многие ТЭЦ не получают «входной билет» на рынок: они «неконкурентоспособны», не проходят эту странную процедуру - «конкурентный отбор мощности», потому что имеют вот эту тепловую привязку. Закроем? Нет проблем! Только чтобы были отопление и горячая вода, нужно оперативно построить новую котельную: четыре котла КВГМ-100 (один - резервный) вместо одной турбины Т-175. И надо будет как минимум на треть больше топлива, чем потребляла снесенная ТЭЦ, а о тарифах мы даже не заикаемся, меньше чем о 1500 рублей за гигакалорию в московском регионе говорить уже неприлично.

Нам зачастую возражают, что хваленую эффективность теплофикации съедают потери в тепловых сетях, которые в ряде городов как раз и составляют 30%. Но намного проще (и дешевле) переложить сети, чем строить новый источник. А там, где сети все же худо-бедно перекладывают (и таких городов уже немало), потери резко падают - до 7-8 и даже до 1,5%. Где-то в тепловых сетях хуже, чем в электрических, где-то наоборот. Главное, нет общей картины, все сильно различается, и это тоже следствие последних перемен и износа оборудования.

Ну и последний сектор - потребление, он в фокусе энергосберегательной госполитики. Можно услышать заявления, что наши дома хуже немецких в три раза, а тепла мы потребляем в два-три раза больше, чем финны и шведы.

Безнаказанно делать такие смелые заявления можно было десять - пятнадцать лет назад, когда счетчики тепла были наперечет. Сейчас их десятки и сотни тысяч, уже есть соответствующие базы данных, энергопаспорта, по которым можно наглядно сравнить самые разные показатели: для Москвы, Белгорода, Екатеринбурга*. Вот лишь некоторые выводы.

Тепла с поправкой на климат в России потребляется не в несколько раз, а всего на 25-35% больше, чем в конкурирующих странах, а вот электроэнергии - меньше в пять-семь раз. Кто не верит, пусть возьмет в руки карандаш, запишет показания по электроэнергии своей квартиры, узнает расход тепла на общедомовом счетчике, разделит его на долю своей квартиры. И попросит детей найти в интернете цифры потребления тепла и электроэнергии жителями в Эстонии, Германии, Норвегии, США. Попутно еще можно обнаружить забавный факт, что одни только насосы для домашних бассейнов в США потребляют электроэнергии чуть больше, чем все электроплиты для приготовления пищи на территории бывшего СССР.

Приборы учета тепла однозначно свидетельствуют: наши дома «хуже» западных не в два-три раза, а в среднем на 30-45% (и это с «перетопами»). Тем более тогда удивляет размер платы наших потребителей за тепло - она составляет совсем не 60-70% «экономически обоснованной», а уже давно 250-300%. Даже при «экономически обоснованной» цене за одну гигакалорию в 1200-1300 рублей плата за отопление 50-метровой квартиры для средней зимы в Центральной России должна бы составлять от 6 до 10 тыс. рублей в год, посчитайте сами... или 500-900 рублей в месяц.

Аналогично с электроэнергией: о каком «перекрестном субсидировании» можно говорить при себестоимости электроэнергии около рубля и розничной цене населению в три-четыре раза выше? Окупаемость утепления домов (ограждающих конструкций) совсем не так очевидна, как принято считать: она превышает 25-35 лет. Стены практически неэффективно утеплять выше «дореволюционного» коэффициента термического сопротивления R = 1,1-1,5 К . м2/Вт.

Подведем итоги. Прежних резервов нет, резервы растворились в новых условиях, а частично приватизированы, и все это вместе с нерасчетными режимами работы генерирует перерасход энергии в объеме 37-40 млн тонн у. т. (по самым скромным оценкам).

Далеко до эффективности

Совершенно обоснованно усилия государства были направлены на повышение энергоэффективности экономики - оно нужно как воздух. Вот только эффект от принимаемых мер пока не так велик, как хотелось бы.

В фокусе внимания были оснащение приборами учета, энергообследования. Больше бюджетная сфера и регионы, меньше - промышленность. Делаются шаги по формированию правового поля для повышения энергоэффективности в многоквартирных домах, однако до создания прозрачных и реально работающих процедур еще далеко. Более чем за четыре года были достижения и неудачи, но важны координация и последовательность. Возможности и стимулы законов не получают развития в подзаконных актах. Правила игры меняются слишком часто, инвесторы дезориентированы.

Все это не раз и не два обсуждалось в экспертном сообществе, сформулированы и проблемы, и рекомендации. Целый ряд особенностей и сложностей имеет место в реформе теплоснабжения, в том числе в разработке схем теплоснабжения городов и поселений. А это необходимый этап для планомерного развития и принятия решений об эффективных вложениях, важнейший компонент модернизации городской инфраструктуры. Но увы, подавляющее большинство схем теплоснабжения, которые как раз и должны послужить задаче выявления резервов, выполнены неудовлетворительно.

В схемах нет адекватного анализа основных элементов и систем теплоснабжения в целом, не выявлены ключевые проблемы их функционирования и развития, нет балансов поставок тепловой энергии, балансов мощности (в том числе с учетом собственных нужд источников, потерь тепловой энергии).

Нет оценки перспективных энергетических нагрузок по основным территориальным кустам, в том числе с привязкой к магистральным (или распределительным) тепловым сетям. Не выполнены оценки надежности теплоснабжения в соответствии с требуемыми нормативными документами, нет оценок тарифных последствий модернизации теплоисточников, тепловых сетей, насосных станций. А это значит, что неэффективность консервируется. И предлагаемый бизнесом тарифный механизм «альтернативной котельной» ничего не даст без увязки с конкретной ситуацией в городах и схемными решениями.

Тупик? Не совсем, просто надо попытаться посмотреть на ситуацию комплексно, по всей цепочке: генерация - сети - потребление с учетом местных особенностей.

Без универсальной модели

Рассмотрим три региональных кейса, в каком-то смысле модельных: Воркуту, Краснодарский край и Москву.

Воркута, северная столица угольщиков. Знаменитое Воркутинское кольцо из поселков и шахт сокращается: часть производств закрыта, совокупная энергетическая нагрузка промузла упала. Для оптимизации загрузки мощностей поселок Комсомольский выселяется в Воргашор, самый крупный поселок, в котором много пустых квартир; поселок Северный тоже выселяется.

Ситуация в городе специфическая, и выдвигаются особые требования к надежности и энергоэффективности систем энергоснабжения. Особенность источников была такова, что город развивался на маленькой ТЭЦ-1 с 1940-1950-х годов. Потом была построена, уже вдали от города, более мощная и современная ТЭЦ-2, которая сейчас обслуживает Воргашор и промзону. Впоследствии для того, чтобы отводить тепловую нагрузку от ТЭЦ-1, была построена водогрейная котельная, работавшая в то время на недорогом мазутном топливе с Ухтинского завода. Сейчас неожиданно (!) мазут оказался дорогим. Первая ТЭЦ полностью загружена, резерв невелик, а вот на ТЭЦ-2, относительно новой, резерв тепловой мощности достаточно большой, она практически перешла на неэффективный конденсационный режим, давая отопление поселкам Северный, Воргашор и частям промзоны.

Таким образом, колоссальная, в три раза превосходящая требуемую, мощность энергоисточников рисует совершенно другую проблему для сокращающегося города - проблему избыточной структуры и, соответственно, неэффективности. Если жители городов Центральной России получают свою тонну условного топлива в год на тепло и освещение своих домов с издержками преобразования примерно 0,3 тонны, то жители Воркуты за свои две тонны, которые обусловлены климатом, вынуждены дополнительно тратить на преобразование 2,5 тонны. И конечно, платить за это.

Очень любопытная ситуация в домах. Системы отопления оказались сильно забиты и зашлакованы: вода плохо отдает тепло, насосы работают с перегрузкой, качая ее в два - два с половиной раза больше. Если в крупных городах - Воронеже, Перми, Москве - мы тратим 1 кВт·ч на то, чтобы поднять 1 куб. м воды и донести его до потребителя, то в Воркуте - в 3-3,2 раза больше.

Вот так причудливо сплелись в единый клубок проблемы на источнике, в сетях и у потребителей. Что же можно сделать?

Комплекс достаточно простых мер - промывка и модернизация отопительных систем зданий вкупе с поэтапной наладкой гидравлических режимов, современным частотным регулированием насосов - возвращает систему теплоснабжения в номинальный режим, позволяет в обозримое время перевести в пиковый режим самый дорогой теплоисточник - мазутную котельную. Ну а для полной загрузки ТЭЦ-2 КЭС-холдинг проектирует трубопровод к городу. Примечательно, что бизнес-структура начала кропотливо уточнять тепловые нагрузки потребителей с сопутствующей оптимизацией режимов, прекрасно понимая, что любая неэффективность по дороге от источника к батареям - это потерянный доход.

А вот Краснодарский край, южный регион. Здесь ситуация совершенно противоположная. Более 50% населения проживает в поселках, в небольших городах численностью до 25 тыс. человек, на них приходится значительная доля суммарного газопотребления региона (30-35%). Централизованное снабжение только в трети городов: Сочи, Краснодаре, Ейске, Кропоткине, Новороссийске. Важно, что почти две трети электроэнергии край еще недавно импортировал. Основной рост нагрузки происходит за счет Краснодара, а также Сочи, Туапсе и Новороссийска.

В курортной зоне наблюдается существенный дефицит надежного бесперебойного электроснабжения. В отдельных населенных пунктах электричества нет по пять - десять часов в сутки, местные жители переходят на дизельные генераторы, что существенно ухудшает экологическую ситуацию в рекреационной зоне. Большая зависимость от электроэнергии и топлива и очень сильная распределенность приводят к различного рода ограничениям, доминантам, которые, собственно, и определили приоритеты энергетической политики региона.

Без увеличения поставок электроэнергии будет серьезно ограничено развитие стратегических отраслей края (туризм, торговля и др.). Важная особенность многих южных регионов - наличие очень разных муниципальных образований. Например, маленькие города, в которых централизованного теплоснабжения почти нет, а отопление происходит за счет небольших котельных или индивидуальных газовых котлов. В таких городках проживает 51% населения края. Понятно, что главное здесь - эффективное газоснабжение для жизнеобеспечения: приготовления пищи, отопления, горячего водоснабжения.

Вместе с тем регион имеет серьезные возможности использования возобновляемых источников энергии: гелиоколлекторы для нагрева воды, достаточный ветровой поток, существенный потенциал геотермальной энергетики, мини-ГЭС. В силу распределенности проживания именно такие установки могут помочь рядовым потребителям существенно разгрузить централизованные сети от пиковых нагрузок во время летнего сезона. Пилотные проекты в поселке Розовом, Анапе, Апшеронске, самом Краснодаре помогут понять бизнес-модель для их широкого тиражирования в дальнейшем.

И наконец, Москва. Какую энергетическую стратегию необходимо избрать самому большому холодному мегаполису планеты? Считалось, что для поступательного развития города необходимо увеличить мощности ТЭЦ и котельных практически в полтора раза. Но это совершенно немыслимо по экологическим, техническим и многим другим соображениям. Как быть?

Специалистам Всероссийского научно-исследовательского проектного института энергетической промышленности (ВНИПИэнергопром) удалось разработать три увязанных документа: Генеральную схему теплоснабжения, программу новой генерации города и целевую программу энергосбережения до 2020 года.

Резервы повышения эффективности оказались и на источниках, и в сетях, и у потребителей. Их поэтапная реализация позволит городу, не останавливая развития, ограничиться ростом мощностей не более чем на 10%. Но самое главное, такой результат возможен лишь при одновременной и согласованной реализации программ повышения эффективности во всех секторах экономики и в полном цикле производства, распределения потребления энергоресурсов.

На графике 2 показан суммарный расход топлива, который необходим городу при сохранении всех программ строительства (жилого и нежилого фондов) и при полном выполнении программ строительства новых мощностей (всех крупных блоков, ПГУ и всех мелких источников, предусмотренных программами развития энергокомпаний). Таким образом, вместо 30 млрд куб. м газа на цели энергетики необходимо 45 миллиардов. Такое количество топлива не пропустит существующая газовая сеть.

Первая стратегия - изменение структуры покрытия тепловой нагрузки, то есть схемные решения; вторая - замещение паротурбинных блоков парогазовыми с повышением эффективности; третья - повышение эффективности сетевого хозяйства; четвертая - энергосбережение на конечном потреблении.

Совокупное внедрение четырех стратегий позволит сохранить текущий уровень потребления газа - 33-34 млрд куб. м, а при сохранении текущего темпа роста ВРП это позволит снизить энергоемкость ВРП на 40%. Поэтому именно о комплексной политике необходимо вести речь при разработке программ энергосбережения, которая предусматривала бы набор технических мер, изменения в нормативах, лимитах потребления, законодательной базе.

Все не так страшно

Даже беглый обзор разных регионов страны показывает: нет простых ответов. Зато есть набор необходимых шагов и схем выбора оптимальных решений. В первую очередь это аудит, балансы по всем энергоносителям, оценка резервов повышения эффективности и потенциала энергосбережения.

Роль государственного регулирования заключается во взаимной увязке принимаемых мер. Держа в голове адресатов и основных выгодоприобретателей - промышленность, бюджетную сферу, города, регионы, многоквартирные дома и так далее, - мы получим одну классификацию мероприятий. По различным тематическим блокам (теплоснабжение, энергоаудит, энергосервис, тарифное регулирование и проч.) - другую. А классифицировать их надо, потому что сегодня эти меры зачастую разрозненны и общую картину увидеть трудно.

И в любой классификации есть образующие, базовые элементы. Их цепочка сегодня для государственной политики энергоэффективности выглядит так: информация, энергопланирование, создание мотивации. Без понимания ситуации и основных проблем (информация) нельзя выбрать решение (энергопланирование), а это, в свою очередь, непростой процесс, но и этого будет недостаточно, пока все, кто вовлечен, не будут заинтересованы в экономии энергии, не сделают энергоэффективность нормальной ежедневной практикой.

Понять, что происходит в реальности (из статистики, энергопаспортов, данных приборов учета, что тоже требует определенных усилий), корректно сравнить - значит создать основу для проведения любых дальнейших мероприятий. Далее путем геоинформационных систем (ГИС), справочников лучших доступных технологий можно дать предприятиям, энергосервисным компаниям, ресурсникам, целым отраслям ряд востребованных инструментов: бенчмаркинг, нормирование, типовые методики (в том числе по измерению и верификации потребления топливно-энергетических ресурсов и достигнутой экономии; по планированию на основе жизненного цикла и проч.).

Что нужно дальше? Собрать потребности регионов: несколько месяцев работы. Прикинуть полтора десятка инжиниринговых схем и решений по разным типологическим задачам климата, ресурсов, графика энергопотребностей. Это еще месяца три. Потом раскидать заказы на 140-150 тыс. агрегатов по отечественным заводам и ближнему зарубежью. В качестве пилотного можно попробовать обкатать зарубежное оборудование - если выдержит наш климат и нагрузки.          

*В сети есть показания тепловых счетчиков нового микрорайона Академический в Екатеринбурге. Поделите их годовые показания на площадь квартир и зданий, и вы с удивлением увидите, что это лучше европейских нормативов середины 2000-х годов.

График 1 Разница в объемах поставленной и оплаченной тепловой энергии микрорайона

 

График 2 Зависимость расхода топлива от энергосбережения

 

График 3 Распределение некоторых регионов РФ по удельной энергоемкости ВРП

 

Карта энергообеспечения городского округа Воркута 

 

 

 

«Эксперт» №10 (889) , 03 мар 2014, 00:00, http://expert.ru/expert/2014/10/sistemnyij-rezerv/ 

 

Наши работы:

Методология IFC an image подробнее...


Справочный документ по наилучшим доступным технологиям обеспечения энергоэффективности an image подробнее...


Благодарственное письмо
Департамента ТЭК
Краснодарского края

Дмитрий Медведев, Президент РФ:

“«… Энергоэффективность - настолько злободневная и в то же время тяжёлая для нас тема, что практически все направления работы по этой теме следует признать весьма и весьма необходимыми...»”

Немного юмора