Новые подходы к возрождению теплофикации

В. Ф. Гершкович, канд. техн. наук, руководитель Центра энергосбережения КиевЗНИИЭП, лауреат премии НП «АВОК» «Медаль имени М. И. Гримитлина»

В последние годы мода на газовое отопление если и не прошла вовсе, то перестала быть всеобщей. Многие начали осознавать, что по газопроводу в дом может прийти только газ, который по мере ежегодного удорожания становится все менее привлекательным топливом, в то время как по теплопроводам будет подаваться тепловая энергия, которая может быть получена как побочный продукт при выработке электроэнергии. И не только газ, но и уголь, мазут, торф, мусор, сухостой лесов, древесные отходы и отходы сельскохозяйственного производства могут сжигаться в топках котлов при централизованном теплоснабжении.

В то же время, не вызывает сомнений тот факт, что существующие системы теплоснабжения требуют модернизации. Теплофикацию нужно возрождать на новом технологическом уровне. Это понимают все, и в надежде ускорить процесс возрождения многие обращаются к опыту европейских стран.

1. Европейский опыт… Всегда ли он приемлем?

Системы централизованного теплоснабжения развивались у нас на научной основе, которая создавалась тогда, когда ни в Европе, ни в Америке эта техника, хотя и была известна, практически не применялась. На протяжении нескольких десятилетий техника теплофикации развивалась у нас изолированно, без заимствования опыта других стран, где такого опыта в то время вообще не было. Поэтому не нужно удивляться тому, что западные тепловые сети и тепловые пункты, которые начали развиваться сравнительно недавно, существенно отличаются от тех, что уже давно работают в наших городах.

Но значит ли это, что в процессе реконструкции или модернизации существующих систем теплоснабжения мы должны теперь слепо копировать западные технические решения?

Мировой опыт бесценен там, где речь идет о новых материалах или о современном эффективном оборудовании, созданном на базе высоких технологий. В то же время, отечественная техника централизованного теплоснабжения включает в себя серию концептуальных подходов, которые, отличаясь от соответствующих западных подходов, превосходят их по своей эффективности. Было бы ошибкой менять проверенные практикой концептуальные решения [1, 2] только из-за того, что они не соответствуют западным образцам.

Вот только некоторые признаки, которые характерны, в основном, для отечественных систем:

• совмещенное производство тепловой и электрической энергии на ряде ТЭЦ, тепловые мощности которых превосходят мощности крупнейших европейских когенерационных установок;
• качественное регулирование на источниках теплоснабжения;
• разветвленная и чрезвычайно нагруженная тепловая сеть, характеризующаяся высокими давлениями в магистралях;
• высокий температурный перепад в трубопроводах;
• применение надежных водоструйных насосов, исключающих использование электрической энергии для циркуляции теплоносителя в системах отопления;
• двухступенчатый подогрев воды в теплообменниках горячего водоснабжения.

На Западе не используют или почти не используют эти прогрессивные технические приемы, там о них просто не знают, а западные специалисты, рассматривая ситуацию в сфере теплоснабжения, начисто игнорируют наш положительный опыт, не желают его изучать и рекомендуют нам применять только то, что им хорошо известно.

В сущности, следовало бы признать, что западные системы, называемые district heating (районное отопление), и отечественные системы централизованного теплоснабжения – это совершенно разные технические системы, имеющие лишь некоторые общие признаки.

Новый концептуальный подход к реконструкции систем теплоснабжения должен состоять в том, чтобы, изучая и применяя новейшие западные технологии энергосбережения в области теплоснабжения, опираться, в основном, на собственный положительный опыт, основанный на достижениях отечественной теплотехнической науки [3].

2. Погодное регулирование было у нас всегда

Основной энергосберегающий процесс, применяющийся в тепловых пунктах зданий, обеспечивает погодное регулирование. Сущность этого процесса состоит в том, чтобы поддерживать температуру подаваемой в радиаторы воды в соответствии с погодой: чем холоднее на улице, тем горячей должен быть теплоноситель.

В отличие от стран Европы, где погодное регулирование практически появилось лишь в процессе ликвидации последствий энергетического кризиса 1970-х годов, что совпало по времени с широким внедрением микропроцессорной техники, у нас погодное регулирование существовало с первых лет развития систем централизованного теплоснабжения. Центральное качественное регулирование и так называемый температурный график тепловой сети как средство воплощения качественного регулирования – это и есть главные признаки погодного регулирования.

К сожалению, в последние годы температурный график тепловой сети во многих городах не выдерживается, а при недостаточной температуре теплоносителя никакие импортные приборы не смогут реально обеспечить погодное регулирование. Нужно возродить систему центрального качественного регулирования, то есть ту самую систему, которая была изначально заложена в проекты всех наших источников теплоснабжения, тепловых сетей и систем отопления.

Возрождение системы должно сопровождаться внесением в нее некоторых новых признаков, отвечающих современным тенденциям технического развития.

Признак первый. Для каждой тепловой сети, работающей с обычными для наших городов параметрами 150–70 °С, должна быть установлена реально достижимая наивысшая температура, которая должна поддерживаться во время сильных морозов.

Существующие теплосети практически не способны подавать воду с температурой 150 °С, и это, кажется, уже никем не оспаривается. Реальный уровень низкой эксплуатационной надежности теплотрасс рождает у специалистов множество идей, связанных с намерениями обеспечить удовлетворительное теплоснабжение при температурах теплоносителя, отличающихся от расчетных. Одна из этих идей предполагает строительство пиковых котельных, приближенных к районам потребления тепловой энергии. Эту теоретически безупречную идею можно было бы только приветствовать, если бы ее практическая реализация не наталкивалась на совершенно непреодолимые препятствия.

Нашими исследованиями доказано, что температурный график, адекватный реальным потребностям отопительных систем, присоединенных к киевской тепловой сети, может быть срезан на уровне 115 °С и срезка эта должна быть плавной [4]. Никаких проблем для потребителей не возникнет, если высшая температура будет установлена на более низком уровне, потому что теплопотери помещений всегда рассчитывались с учетом примерно однократного в час воздухообмена, то есть практически при открытых форточках, а во время сильных морозов форточки не открывают, чтобы не простудиться. Вместе с тем, верхняя граница срезки температурного графика, технически обоснованная и заблаговременно объявленная, должна непременно выдерживаться, чтобы исключить нарекания на недостаточное отопление.

Киевские тепловые сети уже два отопительных сезона работают по предложенному нами адекватному температурному графику, обеспечивая при этом совершенно удовлетворительное [5] качество теплоснабжения при существенной экономии топлива.

Признак второй. Низшую температуру в подающем трубопроводе тепловой сети целесообразно понизить с 70 до 60 °С.

Практически понижение низшей температуры теплоносителя уже произошло, однако оно пока не узаконено и не обосновано должным образом. Обычно центральное качественное регулирование заканчивается в так называемой точке излома температурного графика при температурах наружного воздуха 1–5 °С. В точке излома температура теплоносителя составляет 70 °С, и при температуре ниже этого значения вода в системе горячего водоснабжения будет недостаточно горячей. В результате весной и осенью, когда на улице 5 °С и выше, в домах при отсутствии местных регуляторов становится жарко. Этого допускать не следовало бы.

Несмотря на то, что водоподогреватели горячего водоснабжения были рассчитаны на температуру теплоносителя 70 °С, нужно учитывать, что такая высокая температура нужна лишь в период пиковых нагрузок, который продолжается в течение 1–2 часов в сутки. В остальное время суток было бы довольно и 60 °С. Что касается пиковых расходов горячей воды, то после установки в большинстве квартир водосчетчиков эти расходы заметно уменьшились, и в этих условиях потребитель едва ли заметит, что температура воды перед его смесителем в часы «пик» будет на несколько градусов ниже проектного уровня. К тому же, старые водоподогреватели постепенно будут заменяться новыми, более эффективными, и при их подборе нужно исходить из реальной температуры теплоносителя.

Понижение минимальной температуры в подающем трубопроводе до 60 °С уменьшит потери тепла в теплотрассах и позволит поднять точку излома температурного графика на 5–6 °С, что сведет к минимуму проблемы избыточного отопления в переходный период.

Признак третий. Если прежде качественное регулирование было единственным инструментом контроля параметров тепловой сети, то теперь к нему нужно добавить систему центрального количественного регулирования, способного реагировать на изменения расходов теплоносителя, обусловленные местным регулированием. Это означает, что электроприводы сетевых насосов должны управляться автоматически с использованием преобразователей частоты.

Признак четвертый. Должен быть установлен порядок, обеспечивающий обязательный и постоянный контроль температурного графика тепловой сети со стороны органов местного самоуправления, потому что в условиях рынка, когда теплосчетчики будут стоять у каждого абонента, теплоснабжающей организации станет выгодно, особенно во время относительно теплой погоды, завышать график, чтобы продать больше тепловой энергии. Температурный график должен поддерживаться автоматически при надлежащем административном контроле.

Рациональный температурный график, поддерживаемый на источнике теплоснабжения, должен служить основой погодного регулирования систем теплоснабжения. Вместе с тем это не исключает необходимости оборудования каждого теплового пункта приборами местного регулирования.

3. Элеваторы еще послужат

Несмотря на пришествие ведущих западных компаний на внутренний рынок теплоснабжения, в нашей коммунальной теплоэнергетике пока ничего не изменилось к лучшему. Даже щедро инвестируемые киевские новостройки, на оснащение которых закупается западная энергосберегающая техника, далеко не всегда используют эту технику в полной мере. Что касается основного фонда жилых и общественных зданий, которыми застроены все наши города и рабочие поселки, то свежий ветер технического прогресса до сих пор не проявил себя там ни легким бризом, ни слабым дуновением.

Нет никакой надежды на то, что эффективное теплоснабжение существующих зданий может быть даже в перспективе ближайших десятилетий обеспечено с помощью приборов автоматики европейского производства. Каждый из этих приборов вполне совершенен, но для того чтобы система отопления, оснащенная комплексом европейских приборов, работала эффективно, нужна европейская система отопления. Должен быть насос в теплопункте, хотя в большинстве наших домов сегодня нет ни насосов, ни теплопунктов в полном значении этого понятия. Там есть только элеватор.

Элеватору порой приписывают недостатки, которые ему не свойственны. Принято считать, что у элеватора низкий КПД, и это было бы справедливо, если бы для его работы необходимо было бы расходовать энергию. На самом деле для смешения используют имеющуюся в трубопроводах теплоснабжения разность давлений. Если бы не элеватор, то пришлось бы дросселировать поток теплоносителя, а дросселирование, как известно, это чистая потеря энергии. Поэтому применительно к тепловым вводам элеватор – это не насос с низким КПД, а устройство для вторичного использования энергии, затраченной на привод циркуляционных насосов ТЭЦ или районной котельной.

Элеватор – это очень простое, надежное и непритязательное в эксплуатации устройство, и единственным его недостатком является неспособность обеспечить пропорциональное регулирование.

Этот недостаток устраняется, если вместо пропорционального регулирования применить регулирование позиционное. Технические средства, реализующие позиционное регулирование, не требуют применения сложной и дорогой техники. В тепловых пунктах зданий не нужны циркуляционные насосы, требующие постоянного электропитания, существующие элеваторы могут остаться на своих местах, а стоимость исполнительных механизмов позиционного типа существенно ниже стоимости пропорциональных регулирующих клапанов.

Наш опыт [6] применения отечественных позиционных регуляторов, реализующих регулирование пропусками в инерционных системах водяного отопления, подтвердил их высокую эффективность. Они оказались способными обеспечить не только погодное регулирование, но и программное уменьшение теплового потока в ночное время. Снижать теплопотребление в определенные часы возможно только местными регуляторами, настроенными соответственно назначению каждого здания. Температурный график здесь бессилен, и программное уменьшение теплового потока остается главной задачей регулирования в тепловых пунктах зданий.

Реконструкция тепловых пунктов жилых зданий массового строительства прошлых лет с использованием позиционных регуляторов, не требуя крупных инвестиций, позволит реально сократить потребление тепловой энергии системами централизованного теплоснабжения.

4. Не тарифом единым…

Система отопления, присоединенная к тепловой сети, например в Париже, автоматически включается при понижении температуры наружного воздуха до 15,5 °С. Система отопления, присоединенная к киевской тепловой сети, включается осенью вручную только после того, как будет издано соответствующее распоряжение городской администрации, подобно тому, как солдаты переходят на зимнюю форму одежды исключительно по приказу начальника гарнизона.

Столь анахроничный подход к решению вопроса о начале отопительного периода вызывает много нареканий со стороны владельцев современных зданий, готовых платить любые деньги за комфорт, соответствующий классу этих зданий, и можно только удивляться тому, что теплоснабжающие организации до сих пор не берут этих денег. Достаточно установить порядок, при котором тепловая энергия, расходуемая в системах отопления до официального начала отопительного периода и после его окончания, станет отпускаться потребителю по двойному тарифу, и прибыли теплоснабжающих организаций начнут расти.

Это лишь один из примеров того, как можно было бы увеличить прибыльность теплофикации и создать необходимый для ее модернизации инвестиционный фонд, не требуя бюджетных ассигнований и не повышая тарифы для населения.

Дополнительную прибыль можно было бы также получить, установив повышенную плату за потребление сверхнормативной тепловой энергии в коммерческих зданиях, владельцы которых игнорируют возможности автоматического регулирования или готовы сознательно платить за повышенный температурный режим в помещениях.

Но, пожалуй, наибольшую прибыль могли бы получить теплоснабжающие организации, если бы им было дозволено продавать или сдавать в аренду принадлежащие им здания центральных тепловых пунктов (ЦТП). Наш успешный опыт [7] подтвердил возможность реконструкции тепловых пунктов с установкой в зданиях компактных современных отечественных теплообменников и регуляторов, что позволяет освободить площади ЦТП, имеющиеся повсеместно в городах, для торговли или для отдыха граждан. Такая реконструкция могла бы выполняться за счет новых владельцев или арендаторов помещений ЦТП по проектам, разработанным в рамках программы модернизации систем теплоснабжения.

Эксплуатационные расходы теплоснабжающих организаций обычно компенсируются платежами потребителей, величина которых регулируется тарифами, постоянно растущими вместе с ростом цен на топливо. Закладывать в тарифы для населения, и без того достаточно высокие, все затраты на модернизацию системы теплоснабжения – задача неблагодарная и, возможно, бесполезная, потому что вместе с тарифом возрастут и неплатежи. Поэтому было бы целесообразно, основываясь на имеющемся опыте, разработать четкую систему привлечения денежных средств отдельных потребителей и коммерческих структур, одновременно создавая стимулы и технические средства для рационального использования тепловой энергии.

Выводы

1. Техническая модернизация систем централизованного теплоснабжения должна базироваться на развитии концептуальных принципов, заложенных в основу отечественных систем. Нужно осторожно относиться к рекомендациям западных экспертов в тех случаях, когда они игнорируют эти принципы или противоречат им.

2. Основой погодного регулирования систем централизованного теплоснабжения является температурный график тепловой сети. Этот график нужно непременно соблюдать с учетом новых признаков, отвечающих современным тенденциям технического развития.

3. Тепловые пункты зданий массовой застройки прошлых лет целесообразно модернизировать с использованием позиционных регуляторов, чтобы сохранить в них элеваторы.

4. Для того чтобы программа модернизации систем теплоснабжения начала реализовываться, нужно создать инвестиционный фонд. Имеется достаточно способов создания такого фонда без привлечения бюджетных средств и дополнительного повышения тарифов для населения.

Литература

1. Чистович С. А. Технологические схемы систем теплофикации, теплоснабжения и отопления // АВОК. – 2007. – № 7.

2. Ливчак В. И. Что ждет Россию в будущем – котельные в каждом доме или все-таки централизованное теплоснабжение на базе теплофикации? // АВОК. – 2008. – № 2.

3. Ливчак В. И. И все-таки централизованное теплоснабжение на базе теплофикации! // Энергосбережение. – 2008. – № 2.

4. Гершкович В. Ф. 150… Норма или перебор? Размышления о параметрах теплоносителя // Энергосбережение в зданиях. – 2004 – № 3 (№ 22).

5. Гершкович В. Ф. Работа теплосети по графику с аргументированной срезкой // Энергосбережение в зданиях. – 2007. – № 4 (№ 35).

6. Гершкович В. Ф. Ключ к полномасштабному энергосбережению в украинской коммунальной энергетике // Энергосбережение в зданиях. – 2005. – № 1 (№ 24).

7. Гершкович В. Ф. Опыт эффективной реконструкции теплового пункта общественного здания. // Энергосбережение в зданиях. – 2001. – № 1 (№ 12).