Оптимизация потребления природного газа путем перераспределения тепловой нагрузки между котельными ОАО «МОЭК» и ТЭЦ ОАО «Мосэнерго»

О. А. Алаева, руководитель Управления информационно-аналитических систем для инженерных коммуникаций ОАО «Объединение “ВНИПИэнергопром”»

Одной из последних разработок ВНИПИэнергопром является проект оптимизации потребления природного газа путем перераспределения тепловой нагрузки между котельными ОАО «Московская объединенная энергетическая компания» (ОАО «МОЭК») и ТЭЦ ОАО «Мосэнерго» в неотопительные периоды, который был выполнен согласно Постановлению Правительства Москвы от 11 декабря 2007 года № 1078-ПП «О Концепции городской целевой программы “Энергосбережение в г. Москве на 2009–2013 годы и на перспективу до 2020 года” и о первоочередных мероприятиях на 2008 год».

Актуальность настоящей работы обусловлена проблемой дефицита природного газа в Москве. Для обеспечения социально-экономического развития города требуются дополнительные энергоресурсы, прежде всего газ, доля которого в топливно-энергетическом балансе столицы уже сейчас составляет около 92 %. Неэффективные режимы тепловой загрузки источников теплофикации и их зоны действия приводят к ухудшению показателей их технической и экономической эффективности, завышенному потреблению топлива.

Очевидные результаты по экономии топлива и снижению негативного влияния на окружающую среду при перераспределении тепловых нагрузок в неотопительные периоды от котельных на ТЭЦ 15–20 лет назад не ставились под сомнение, и схемы теплоснабжения большинства городов проектировались уже с учетом данных решений. Однако отсутствие единой политики по развитию энергосистем городов, ведомственная разобщенность между энергоснабжающими предприятиями, переход к рыночным отношениям привели к хаотичному развитию систем теплоснабжения городов, где вопросы ресурсосбережения страны стоят далеко не на первом месте.

Ввиду того, что данная проблема существует не только в Москве, но и во многих других крупных городах нашей страны, будет полезен московский опыт в решении задачи перевода нагрузки с котельных на ТЭЦ. Приведем поэтапное описание данного проекта.

Система теплоснабжения Москвы

В настоящее время в организации теплоснабжения потребителей Москвы участвуют три основных компании: ОАО «Мосэнерго», ОАО «Московская теплосетевая компания» (ОАО «МТК») и ОАО «МОЭК». Двенадцать ТЭЦ «Мосэнерго» вырабатывают тепловую и электрическую энергию, магистральные тепловые сети ОАО «МТК» транспортируют тепло до потребителей, присоединенных к магистральным сетям, и до центральных тепловых пунктов (ЦТП) ОАО «МОЭК», также ОАО «МОЭК» вырабатывает и транспортирует по своим сетям тепловую энергию от 70 районных и квартальных станций. Более наглядно структура выработки и транспорта тепловой энергии представлена на рис. 1 и 2.

Рисунок 1. Установленная мощность энергоисточников, Гкал/ч

Рисунок 2. Протяженность тепловых сетей Москвы, км

Методология проекта

Для выполнения данной работы систему теплоснабжения Москвы условно разделили на зоны теплоснабжения, за основу были взяты существующие зоны действия ТЭЦ «Мосэнерго» и прилегающие к ним зоны теплоснабжения источников ОАО «МОЭК».

На первом этапе работ выполнялся анализ существующих режимов работы тепловых сетей от каждого энергоисточника ОАО «Мосэнерго» и ОАО «МОЭК» в летние периоды. Опираясь на многолетний опыт по оптимизации гидравлических режимов систем теплоснабжения, а также разработке перспективных схем теплоснабжения городов, в качестве основного инструментария для анализа существующих гидравлических режимов была созданная актуализированная информационно-расчетная модель системы теплоснабжения Москвы.

Таким образом, на момент завершения первого этапа работ была разработана модель существующего состояния системы теплоснабжения, от которого следовало отталкиваться при построении сценариев перераспределения нагрузок. Модель текущего состояния системы теплоснабжения позволила свести балансы тепловой энергии и расходов теплоносителя по источникам, районам и кадастровым кварталам, определить зоны избытка тепловой энергии, проанализировать существующие гидравлические режимы. В качестве результатов работы на рис. 3 приведены отчеты и справки, сформированные электронной моделью.

Рисунок 3 (подробнее)   Графическое представление результатов работы электронной модели

Основной задачей второго этапа стала разработка возможных вариантов перераспределения нагрузок с учетом оптимальных режимов загрузки ТЭЦ. Моделируя состояния запорно-регулирующей арматуры в существующих граничных тепловых камерах ОАО «МОЭК» и ОАО «МТК», были просчитаны возможные варианты перераспределения нагрузок. При моделировании рассматривалась возможность не только переключения нагрузок между зонами сетей ОАО «МОЭК» и ОАО «МТК», но и анализировалась возможность перераспределения нагрузок между существующими зонами ТЭЦ с целью оптимальной загрузки наиболее энергоэффективного оборудования. Кроме того, при разработке программы переключений необходимо учитывать графики ремонтов оборудования на энергоисточниках, а также плановые гидравлические испытания на тепловых сетях. В случае отсутствия гидравлической связности между сетями ОАО «МОЭК» и ОАО «МТК» также определялась целесообразность строительства перемычек исходя из величины тепловой нагрузки переключаемой зоны теплоснабжения.

При расчете диаметров перемычек тепловых сетей и места их строительства между зонами теплоснабжения анализировалась существующая надежность системы теплоснабжения, для чего рассчитывались гидравлические режимы работы тепловых сетей не только в летний, но и в отопительный периоды.

На третьем этапе работ были созданы варианты перераспределения тепловой нагрузки на краткосрочную и долгосрочную перспективу до 2020 года. В качестве исходных данных по перспективному развитию города использовались данные ГУП «НИиПИ Генплана г. Москвы», ОАО «Городской кадастр» в части прогнозов приростов тепловых нагрузок по каждому округу, административному району, кадастровому кварталу – с разбивкой по годам. В качестве исходных данных по планируемым к вводу объектам тепловых сетей и источников энергоснабжения использовались данные постановлений правительства Москвы, а также теплоснабжающих и энергогенерирующих компаний. Кроме того, анализировались существующие проекты реконструкции и перекладки магистральных тепловых сетей.

В части технологии разработки моделей перспективного развития был использован специализированный инструментарий по созданию модельных баз на основе информационного описания существующего состояния. В процессе выполнение данного этапа были разработаны несколько десятков вариантов развития системы теплоснабжения, просчитаны сотни вариантов перераспределения тепловых нагрузок между станциями, промоделированы сценарии ввода новых генерирующих мощностей. Таким образом сформировались оптимальные варианты загрузки теплофикационных мощностей ТЭЦ на рассматриваемые периоды по критериям качества теплоснабжения, надежности и максимальной экономии топлива. По итогам, всего в летние периоды целесообразно переключать на ТЭЦ тепловые нагрузки от 27 РТС и КТС ОАО «МОЭК», суммарная фактическая нагрузка ГВС которых составляет порядка 360 Гкал/ч.

Результатом первых трех этапов работ стала программа мероприятий для реализации разработанных режимов перераспределения тепловой нагрузки между РТС, КТС ОАО «МОЭК» и ТЭЦ ОАО «Мосэнерго» в летние периоды на 2008, 2010, 2015 и 2020 годы с оценкой затрат на их реализацию. В основу программы легли мероприятия по установке реверсивных приборов учета в тепловых камерах на границе балансового разграничения ОАО «МОЭК» и ОАО «МТК», а также мероприятия по реконструкции и строительству перемычек тепловых сетей. Кроме того, были разработаны режимные карты работы тепловых сетей ОАО «МТК» с учетом переключения нагрузок, программа мероприятий по переключениям на тепловых сетях с учетом гидравлических испытаний.

Параллельно разработке программы мероприятий рассчитывалась экономия топлива за счет оптимизации режимов загрузки оборудования ТЭЦ. Прогнозируемая суммарная годовая экономия потребления природного газа рассматриваемых источников с учетом разработанных режимов перераспределения тепловой нагрузки между РТС, КТС ОАО «МОЭК» и ТЭЦ ОАО «Мосэнерго» в летние периоды составит 200–250 тыс. м³.

Динамика увеличения экономии топлива за счет прироста тепловых нагрузок и реализации программы мероприятий до 2020 года представлена на рис. 4.

Рисунок 4. Экономия топлива при внедрении мероприятий

Однако для реализации переключений тепловых нагрузок необходимо разработать не только программу мероприятий, обосновывающую целесообразность реализации проекта в части экономии топлива, но и решить вопрос компенсации экономических ущербов предприятиям, которые теряют прибыль. Поэтому на завершающем этапе был выполнен расчет экономических эффектов ОАО «Мосэнерго», ОАО «МТК», ОАО «МОЭК», достигаемых за счет перераспределения тепловой нагрузки. Для корректного выполнения данного этапа работ ВНИПИэнергопром была предложена методика оценки изменения затрат и доходов ОАО «МОЭК», ОАО «Мосэнерго» и ОАО «МТК» при переключении тепловой нагрузки. Согласно данной методики:

• для ОАО «МОЭК» прибыль будет зависеть только от изменения затрат, доходная часть останется без изменения. При расчете принято, что постоянные затраты остаются на прежнем уровне (сохраняется фонд оплаты труда, общехозяйственные расходы и т. д.), а изменяются только переменные затраты, т. е. затраты на топливо, воду, консервацию оборудования и прочее;
• для ОАО «Мосэнерго» доходная часть изменится за счет продажи дополнительного объема тепловой энергии, уменьшения себестоимости выработки электрической энергии, а затратная часть увеличится за счет повышения объема потребляемого топлива и затрат на электроэнергию на отпуск тепловой энергии в сеть;
• для ОАО «МТК» доходная часть изменится за счет реализации дополнительного объема тепловой энергии, передаваемой по сетям от источников ОАО «Мосэнерго» до распределительных сетей ОАО «МОЭК».

По итогам расчетов по данной методике было определено, что ОАО «МОЭК» в результате всех разработанных решений будет иметь убытки, а ОАО «Мосэнерго» и ОАО «МТК» – дополнительную прибыль, при этом общий экономический эффект по всем зонам теплоснабжения получился положительным. Единственным легитимным способом компенсации ущербов является учет данных переключений при утверждении тарифов энергоснабжающим предприятиям на следующий регулируемый период. Таким образом, результаты расчетов были согласованы со всеми участниками процесса перераспределений и переданы Региональной энергетической комиссии г. Москвы с целью реализации данного проекта в летний период 2010 года. По итогам осуществления данного проекта будет выполнен анализ фактических эффектов.

Полученный результат по экономии потребления природного газа с учетом разработанных режимов перераспределения тепловой нагрузки между РТС, КТС ОАО «МОЭК» и ТЭЦ ОАО «Мосэнерго» в летние периоды невелик, но при этом и сроки окупаемости мероприятий на их реализацию не превышают трех лет.

Основной потенциал экономии газа при оптимизации загрузки ТЭЦ приходится на переключения в зимний период, когда тепловая нагрузка переключаемых зон значительно превышает нагрузку ГВС в летний период. По предварительным расчетам, переключение тепловой нагрузки от РТС и КТС ОАО «МОЭК» на ТЭЦ «Мосэнерго» и организация работы энергоисточников в пиковых режимах в зимние периоды позволят сэкономить до 700 тыс. м³ в год.

Однако необходимо понимать, что реализация переключений в отопительные периоды требует глубокой проработки не только в части гидравлических режимов, но и вопросов надежности, пересмотра аварийных режимов. Привлечение специализированных независимых организаций к выполнению данных проектов позволит определить не только все возможные риски при их реализации, но и инвестиционную привлекательность разработанных проектов.