История взлетов и падений теплофикации России

А. Б. Богданов, главный технолог СибКОТЭС

На Алтае на Колывано-Воскресенских заводах  23 мая 1766 года  был произведен пуск первой паровой машины, созданной Иваном Ивановичем Ползуновым (1728–1766). Три месяца машина успешно проработала, но после смерти И. И. Ползунова не нашлось людей, которые могли бы поддержать его идею «...огонь слугою к машинам склонить...». Российская академия наук, состоявшая преимущественно из иностранцев, предала забвению дело великого русского теплотехника, и машина первооткрывателя была разрушена. Работа Ползунова почти на столетие опередила русскую действительность. Гибель машины Ползунова и погребение в пыли архивов всех достигнутых им результатов характерны для того времени, когда совершенно игнорировались великие творческие изобретения русского народа в области техники.

А между тем спустя 28 лет, в 1794 году, на прядильной фабрике в Манчестере появилась двухцилиндровая паровая машина, воспроизводившая изобретение И. И. Ползунова. Создателем ее был Фальк, видевший машину Ползунова и описавший ее в печати. Машина, построенная Фальком по проекту Ползунова, работала более 30 лет, что подтверждает обоснованность предложений И. И. Ползунова.

В 1883 году площадь храма Христа (где сейчас заложен Дворец Советов) освещается от первой электростанции Алексеева на Лубянском пассаже в Москве, где установлены три паровых машины по 76 л. с. Заложена сеть в 45 дуговых ламп и 220 ламп накаливания.

В 1888 году в Петербурге запущены первые три центральные электростанции на р. Фонтанке (3 машины суммарной мощностью 202 кВт) и Мойке (3 машины суммарной мощностью 221 кВт). Давление пара составляло 5 ата. Электростанции располагались на плавучих баржах, на реках, т. к. требовалось много воды для охлаждения. На тот момент КПД производства электроэнергии равнялся 3 %, т. е. потери тепла в окружающую среду и в р. Фонтанку составляли 97 %.

Отметим, что производство электроэнергии – это очень дорогое удовольствие, и низкий КПД производства электроэнергии – проблема всех времен и народов.

С самого начала развития теплоэнергетики и до настоящего времени ведется поиск решения задачи отвода отработанного тепла на электростанциях. И если в 1888 году приходилось сбрасывать в окружающую среду до 97 % энергии от сожженного топлива, то в градирнях самых современных ГРЭС выбрасывается до 60 % тепла.

Огромный сброс тепла влечет за собой необходимость использования больших объемов охлаждающей воды для электроэнергетики, как 120 лет назад, так и в настоящее время. В отличие от западных стран, в России имеется уникальная возможность использовать отводимое тепло при производстве электроэнергии для отопления домов. Но наличие такой технологической возможности сопровождается отсутствием энергетической политики, учитывающей холод как уникальную особенность российского климата, и монополизмом электроэнергетики, что не позволяет ею воспользоваться в полной мере. Рассмотрим, почему сложилась данная ситуация.

1903 год является годом создания российского централизованного теплоснабжения. Под руководством инженера А. К. Павловского и профессора В. В. Дмитриева паровым отоплением оборудовано 13 корпусов Петербургской городской детской больницы с подачей отработанного пара от местной электростанции.

25 ноября 1924 года стало датой основания теплофикации в России. Под руководством профессора В. В. Дмитриева 3-я Петроградская ГЭС на р. Фонтанке переоборудована в ТЭЦ, производящую как тепловую, так и электрическую энергию, позволяя резко увеличить КПД по использованию топлива (с 3–5 до 50 %).

Для лучшего понимания сформулируем, что такое электрификация и теплофикация.

Электрификация – производство, распределение и сбыт электрической энергии, произведенной на ГРЭС, ГЭС, АЭС и ТЭЦ в соответствии с потребностью электрической энергии области, региона, страны. Главной технической особенностью электрификации является производство электрической энергии с потерей огромного количества отработанного тепла. Так, по годовым показателям работы РАО «ЕЭС России» за 2004 год, КПД использования топлива для конденсационной энергии ГРЭС составил не выше 34,6 %. Оставшиеся 65,4 % тепла по-прежнему уходит в окружающую среду. За электрификацией, как правило, стоят федеральные структуры, мощнейшие собственники объектов бывшего РАО «ЕЭС России» – ТГК, ФЭС, НОРЭМ и т. д. Это обученные специалисты, главная цель которых – обеспечение получения прибыли за счет надежного электроснабжения платежеспособного потребителя. Теплоснабжение – это второстепенная задача, решаемая попутно и воспринимаемая как полезное приложение.

Теплофикация – производство тепловой и электрической энергии в едином технологическом процессе комбинированного производства. Принципиальной отличительной способностью теплофикации является производство комбинированной тепловой и электрической энергии на базе теплового потребления без сброса тепла в окружающую среду. Главной отличительной особенностью теплофикации является значительный, более чем в два раза, рост КПД полезного использования топлива до уровня 78–82 %. Потери тепла в окружающую среду составляют 18–22 % против 65 % на ГРЭС. Применение принципа неразрывности производства и потребления тепловой и электрической энергии показывает, что весь экономический эффект от комбинированного производства должен относиться только к тепловому потребителю, что отражается в снижении расхода топлива на тепло в 4–5 раз, что не скажешь про самые лучшие котельные.

За теплофикацией как основным источником централизованного теплоснабжения стоят разрозненные силы субъектов федерации, регионального и муниципального масштаба, главной задачей которых является обеспечение населения теплом, не обращая должного внимания на возможность снижения тарифов на тепловую энергию. Их деятельность, как правило, не опирается на законодательную нормативную базу, они не обладают узкоспециализированными знаниями в вопросах экономики энергии и используют в своей работе законы, нормативные документы и методические указания, разработанные с точки зрения эффективного обеспечения электроэнергией.

В 1931 году в России создана первая в мире «Генеральная схема теплофикации города Москвы».

Это был первый документ, определяющий системный подход в развитии теплоэнергетики и теплофикации. Стране нужна экономная энергетика, развивающаяся на научно обоснованных принципах.

Теплофикация приносит огромную, двукратную экономию топлива. В СССР в 1924–1950 годы продолжался спор о распределении средств, полученных от огромной экономии топлива: либо потребителям электрической энергии, либо потребителям тепловой энергии. Кто достоин получать выгоду от комбинированного производства тепловой и электрической энергии на ТЭЦ?

В январе 1950 года было принято Решение Комиссии Энергетического института АН СССР и секции теплофикации МОНИТОЭ об отрицательном отношении к попыткам непосредственного «термодинамического» обоснования того или иного способа экономии топлива между видами полученной энергии. Комиссией указано, что «…технико-экономические показатели степени энергетического совершенства ТЭЦ должны соответствовать требованиям государственного планирования, в полной мере отражать народнохозяйственную выгодность комбинированного производства тепловой и электрической энергии и тем самым стимулировать его развитие. Они должны быть доступными пониманию широких кругов работников электростанций и заводских работников и позволять применение простой системы отчетности во всех ее звеньях...». Вопросы о распределении затрат и расходах топлива на ТЭЦ между электрической и тепловой энергией не были решены и спустя сорок лет, что подтверждает [1] .

Итак, беда, аналогичная учению Лысенко¹  в сельском хозяйстве, и непризнания Н. С. Хрущевым кибернетики нанесли непоправимый урон советской и особенно сильно российской энергетике. Отказавшись от научно обоснованного эксергетического метода, игнорировав в экономических расчетах принцип неразрывности производства и потребления энергии, политическое руководство СССР 10 января 1950 года навязало к нормативному применению доступный для понимания «физический» метод. И если во времена Госплана СССР это решение хотя и тормозило, но не останавливало развитие теплофикации, то с переходом на якобы рыночную энергетику нанесен долговременный ущерб топливосберегающей теплоэнергетике России.

В 1955 году происходит повсеместное внедрение температурного графика тепловых сетей 150/70 °С, который в корне определил техническую политику развития централизованного теплоснабжения. График позволял совместить комбинированное производство тепловой и электрической энергии на ТЭЦ и раздельное теплоснабжение от пиковых котельных. До 1992 года, пока существовал народный и партийный контроль за содержанием тепловых сетей и систем потребления тепла, температурный график пытались выдерживать. Однако с приходом так называемых рыночных отношений график стал массово не исполняться, и за последние 15 лет системы теплоснабжения работают с температурой не выше 100–110 °С, не обеспечивая экономичную нагрузку теплофикационных систем.

С 1992 года в стране изменился общественный строй. Вместо плановой экономики, определяемой принципом «всем за счет всех», произведен переход к так называемой рыночной экономике, действующей по принципу «что не запрещено законом, то разрешено». С потерей государственного управления эффективностью топливоиспользования произошла передача политического субсидирования потребителей электроэнергии за счет тепловых потребителей. Опыт старых энергетиков-теплофикаторов, оценивающих комбинированное производство энергии в условиях русских холодов, не был востребован, а новое поколение менеджеров, не владея фундаментальными знаниями формирования затрат в теплоэнергетике, сосредоточили свое внимание только на вопросах развития электроэнергетики. Региональные власти тоже, не имея фундаментальных знаний в вопросах производства комбинированной энергии, не имея государственной программы топливосбережения, не смогли создать эффективную политику топливоиспользования в регионе.

В 1993–1996 годах произошел массовый отказ тепловых потребителей Москвы от теплоснабжения от ТЭЦ с последующим переходом на собственные котельные. Чтобы удержать тепловых потребителей, в 1995 году РАО «ЕЭС России» пришлось выполнить частичную корректировку существующего «физического» метода. Из 100 % экономии топлива примерно одна пятая часть экономии топлива была возвращена в пользу тепловых потребителей, но четыре пятых частей по-прежнему уходило в пользу потребителей электрической энергии.

22 декабря 2000 года состоялся пуск ГТГУ-450 на Северо-Западной ТЭЦ в Санкт-Петербурге (КПД = 53 %). За счет применения бинарного цикла в парогазовой установке эффективность использования топлива повышается в 1,25 раза, с 40 до 53 %. Однако из-за отсутствия государственного управления эффективностью топливоиспользования, приведшей к неготовности передачи тепловых нагрузок, до настоящего времени ПГУ-450 работает в конденсационном режиме и не использует эффект теплофикации с КПД = 85 %. Цена несвоевременного принятия политических решений обходится жителям Санкт Петербурга в потерю 32 % топлива.

В июне 2008 года было официально объявлено о прекращении деятельности федеральной монополии РАО «ЕЭС России» и переводе российской электроэнергетики на рыночные отношения. Монополия как будто ушла, а методика перекрестного субсидирования осталась.

В практике в подавляющем большинстве случаев экономические расчеты показателей производства и потребления энергии осуществляются именно через вторичные показатели – через расход энергии, необходимый для конечного потребления. Однако расчеты сложных теплоэнергетических систем, состоящих из разнохарактерных видов производства и потребления энергии, там, где применяются комбинированные системы – теплофикация с применением теоретического эквивалента топлива – приводят к недостоверным результатам, достигающим 3–5-кратного искажения значения от фактических расходов первичной энергии, как видно из [2].

Задачи, решаемые негласными правилами игры в российской энергетике

Как было сказано выше, начало 1950 года стало началом «лысенковщины в энергетике» , когда было принято политическое решение о применении «физического» метода распределения топлива на тепловую и электрическую энергию. Данное негласное правило политической игры обеспечивает перекрестное субсидирование электроэнергетики топливом за счет потребителей тепла и отбросило энергосберегающую политику России на многие десятилетия назад. Политическая задача, которая решалась с применением «физического» метода, заключалась в том, чтобы показать эффективность социалистической экономики в сравнении с капиталистической. Небольшой период времени это решение выглядело как очень эффективное, хотя, по сути, оно было чисто политическим. В долгосрочном периоде времени анализ, основанный на искаженных показателях, утвержденный государственными надзорными органами, привел к неминуемому вытеснению энергосберегающих технологий в целом по России.

С переходом на так называемые рыночные отношения негласные правила игры продолжали обеспечивать снижение стоимости только электрической энергии. Это привело к тому, что в целом по России и особенно по Москве пошло массовое отключение тепловых потребителей от ТЭЦ, и началось строительство собственных котельных. Вынужденное решение регулирующих органов в 1995 году о частичном (до 20 %) возврате эффекта для тепловых потребителей несколько притормозило, но не остановило процесс котельнизации России. Сформулируем цели, которые ставились при принятии того или иного решения.

Рисунок. Удельный расход топлива на производство электроэнергии в СССР в сравнении с зарубежными странами

Политическая задача 1952–1992 годов – быть впереди планеты всей

В политической и экономической борьбе социализма и капитализма СССР соревновался в вопросах развития электроэнергетики. Студентам в институте наглядно доказывали, что советская электроэнергетика является лидером по экономичности производства электрической энергии. Так, в 1970 году СССР занимает третье место (366 г/кВт•ч) по расходу топлива на производство одного киловатт-часа энергии, уступая Франции – 338 г/кВт•ч и США – 363 г/кВт и опережая ФРГ – 370 г/кВт•ч (рисунок). В 1975 году выходит на второе место: Франция – 333 г/кВт•ч, СССР – 340 г/кВт•ч, ФРГ – 341 г/кВт•ч, США – 370 г/кВт•ч. А в 1980 году СССР вышел на удельный расход 327 г/кВт•ч – негласные правила игры в энергетику позволили одержать победу в политической борьбе социализма против всех. И студенты старательно повторяли на экзаменах эти политические постулаты, поскольку как же не верить, ведь существует официальная отчетность. И только спустя 25 лет очень немногие позволили себе разобраться в сути перекрестного субсидирования топливом в политической борьбе в электроэнергетике.

Организационная задача 1952–1992 годов – обеспечить снижение долевого вклада Минэнерго СССР

В советское время Госплан СССР определял энергетическую политику страны. Он вел топливный и энергетический баланс страны, отвечал за рациональное использование топлива в целом по стране. Исполнительными органами, непосредственно проводящими топливную политику, были, во-первых, министерство энергетики, отвечающее прежде всего за развитие электроэнергетики в целом по стране, и, во-вторых, региональные органы власти, области, отвечающие за развитие теплоэнергетического комплекса на местах.

Минэнерго СССР несло конкретную ответственность за развитие электрической части энергетического комплекса страны: строительство объектов электроэнергетики, таких как системные линии электропередач, строительство ГЭС, ГРЭС и электрической части ТЭЦ. Использование «физического» метода распределения топлива осуществлял Минэнерго, т. к. благодаря этому методу размер долевого вклада в строительство ТЭЦ определялся пропорционально топливной составляющей на электроэнергию и соответственно был меньшим для Минэнерго.

Регионы (области) несли ответственность за обеспечение регионов топливом и теплом. При этом долевой вклад региона (области) в строительство тепловой части ТЭЦ согласно методу был большим.

Задача политического субсидирования настоящего времени

 В условиях разделения собственности произошло дальнейшее разделение сфер влияния. При этом произошла потеря идеологии, контроля и управления топливосбережением в России. Ранее единый топливно-энергетический комплекс России, управляемый Госпланом, разделился на две части. С одной стороны, выделилась федеральная, монопольно развитая электроэнергетика, основной задачей которой является развитие электроэнергетического комплекса страны. С другой стороны, остался затратный теплоэнергетический комплекс города, области, отвечающий за обеспечение теплоснабжение потребителей.

При отсутствии эффективного топливосберегающего законодательства каждый субъект в так называемых рыночных условиях вынужден самостоятельно принимать решения о строительстве энергетических мощностей, не соизмеряясь с общественной ценностью своего решения. В условиях неприятия фундаментальных знаний по экономике комбинированного производства мощности и энергии нужно длительное время, десятилетия, чтобы убедиться в правоте или ошибочности принятых решений.

Не осознав суть и объемы перекрестного субсидирования в теплоэнергетике России, в новом приказе Минэнерго РФ от 30.12.2008 года № 323² по умолчанию унаследованны монопольные решения по перекрестному субсидированию потребителей электроэнергетики за счет потребителей тепла, заложенные в аналогичных приказах Минпромэнерго РФ (от 04.10.2005 года № 268) и РАО «ЕЭС России».

Основные задачи перекрестного субсидирования в условиях отсутствия эффективного энергосберегающего законодательства и неэффективности действий регулирующих, надзирающих и антимонопольных органов:

• обеспечение приоритетного развития электроэнергетики и федеральных ГРЭС за счет региональных потребителей тепловой энергии от ТЭЦ;
• снижение стоимости электроэнергии на рынке энергии для крупнейших оптовых покупателей электроэнергии, не участвующих в технологии комбинированного производства тепловой и электрической энергии (железная дорога, алюминиевая промышленность и т. д.).

Для сравнения покажем действия казахстанских регулирующих органов, которые в отличие от российских давно осознали ошибочность существующей методики распределения топлива и еще в 2005 году приняли решение о разработке новой методики, отвечающей рыночным условиям. Так, приказ Агентства по регулированию естественных монополий Казахстана о создании рабочей группы в целях реализации плана мероприятий по реализации Программы совершенствования тарифной политики субъектов естественных монополий на 2002–2004 годы содержит следующий пункт: «Рабочей группе, в срок до 1 сентября 2005 года, внести на утверждение проект “Методики разделения доходов, затрат и задействованных активов при комбинированной выработке тепловой и электрической энергии” с целью поддержания на рынке электрической энергии ее конкурентоспособности».

Какова же цена бездействия регулирующих органов России? Непринятие регулирующими органами мер по устранению перекрестного субсидирования ведет к непрерывному росту тарифов на тепловую и электрическую энергию. Размер экономии топлива, который в виде сбросного тепла можно использовать для теплоснабжения населения при комбинированном способе тепло- и электроснабжения потребителей, составляет для современных:

• ГРЭС и ТЭЦ, работающих в конденсационных режимах, не менее 49–55 %;
• котельных не менее 75–81 %;
• конденсационных парогазовых установок ПТУ не менее 25 %.

Что же необходимо сделать по достойному возрождению теплофикации России, по устранению основ перекрестного субсидирования, по исключению монопольных преимуществ потребителей электроэнергии над потребителями тепловой энергии, по внедрению новейших, неведомых для российского энергетического менеджмента технологий, таких как тепловые насосы, тепловые аккумуляторы ТЭЦ, тепловые аккумуляторы домовые, низкотемпературное отопление и т. д., и не повторять ошибок, аналогичных непризнанию изобретения Ползунова в 1760-х годах.

Для начала следует Российской академии наук признать ошибочность согласования в 1950 году «физического» метода. Законодательно признать теплофикацию самым эффективным технологическим решением, адекватно отражающим условия уникального климата России. Затем антимонопольному комитету РФ, Федеральной службе по тарифам, Минэнерго, опираясь на опыт Германии, Дании, Казахстана, следует создать рабочую группу по подготовке рекомендаций для разработки:

• проекта «Закона о теплоснабжении и теплофикации»;
• «3 + 5 принципов»³ топливосберегающей политики и их применению;
• проекта инструкции о порядке расчета издержек и о порядке оценки объемов перекрестного субсидирования в теплоэнергетике.

Литература

1. Бродянский, В. М. Письмо в редакцию [Текст] / В. М. Бродянский // Теплоэнергетика. – 1992. – № 9. – С. 62–63.

2. Янтовский, Е. И. Потоки энергии и эксергии [Текст] / Е. И. Янтовский. – М.: Наука, 1988. – 144 с.

Расчеты сложных теплоэнергетических систем, состоящих из разнохарактерных видов производства и потребления энергии, там, где применяются комбинированные системы – теплофикация с применением теоретического эквивалента топлива – приводят к недостоверным результатам, достигающим 3–5-кратного искажения значения от фактических расходов первичной энергии.

¹ Исторически известно об огромном уроне, нанесенном нашему обществу в 1930–1960 годах от так называемого научного учения Лысенко в сельском хозяйстве: отрицание научных подходов по внедрению концепции наследственности, изменчивости и видоизменении. Шельмование советских ученых, имеющих свою точку зрения, отбросило назад на многие годы отечественную науку. После 1960-х годов учение Лысенко было развенчано, и генетика заняла свое достойное место. Проблема энергосберегающей энергетики остается и до настоящего времени. Дополнительную информацию об ущербе от «лысенковщины в энергетике» можно найти на сайте: www.exergy.narod.ru.

² Приказом Минэнерго РФ от 30.12.2008 года № 323 утверждена «Инструкция по организации в Минэнерго России работы по расчету и обоснованию нормативов удельного расхода топлива на отпущенную электрическую и тепловую энергию от тепловых электрических станций и котельных».

³ В дополнение к трем принципам западного ценообразования коммунального энергетического монополиста – удовлетворение спроса; сведение к минимуму производственных затрат и продажа по маргинальной цене, – российскому законодателю, формирующему принципы тарифного и нагрузочного менеджмента на энергетическую продукцию, необходимо учесть еще пять дополнительных принципов: 1) потребление энергии первично, производство энергии вторично; 2) потребление и производство энергии неразрывно во времени; 3) потребление и производство неразрывно в пространстве; 4) на конкурентный рынок предоставляется не один, а два вида энергетической продукции – энергия и мощность; 5) на конкурентном рынке не должно быть скрытого перекрестного субсидирования одних потребителей за счет других. Подробнее об этом читайте на www.exergy.narod.ru.