Решение проблем теплоснабжения города Днепропетровска. Комплексный подход.

1. Существующее положение.

Сегодняшняя ситуация с теплоснабжением города близка к катастрофической. Большая часть города лишена централизованного горячего водоснабжения, котельные и теплотрассы находятся в предаварийном состоянии. Кроме того, повышение цен на природный газ в ближайшем будущем вызовет многократное повышение цен на отопление и горячее водоснабжение, а, учитывая ситуацию на мировом рынке природного газа, можно предположить, что через несколько лет днепропетровцу со средним достатком придётся платить за отопление большую часть своей зарплаты.

2. Наиболее часто предлагаемые схемы энергосбережения.

В таком положении необходимо срочно найти выход из создавшегося кризиса. При этом необходимо учитывать финансовую ограниченность городского бюджета. Наиболее часто предлагаются следующие подходы к решению проблемы:

• Децентрализация теплоснабжения. Речь идёт о создании вместо существующей сети районных котельных более плотной сети локальных (например, крышных) котельных, каждая из которых обеспечивает теплом один дом. Иногда предлагается даже поквартирная установка газовых котлов. Такой подход позволяет существенно снизить потери тепла при его транспортировке от котельной потребителю, он вполне применим при строительстве нового жилья. К недостаткам широкого внедрения этого подхода для существующего жилого фонда следует отнести высокие капитальные затраты связанные с полной реорганизацией системы отопления (до 1 млрд. грн. в масштабе всего города), а также сохраняющаяся зависимость цен на тепло от цен на газ.
• Использование возобновляемых источников энергии. К возобновляемым источникам тепла в сфере теплоснабжения относится, прежде всего, солнечная энергия. К его преимуществам относится возможность теплоснабжения без затрат энергии. К недостаткам – очень высокая стоимость подобных систем. Использование солнечной энергии возможно в частном секторе, включая современные элитные особняки, однако не может решить проблему массового теплоснабжения.
• Использование альтернативных видов топлива. К альтернативным видам топлива обычно относят биомассу (отходы сельскохозяйственного, пищевого и деревообрабатывающего производства), биогаз (получаемый из городских мусорных свалок или фекальных сельскохозяйственных стоков) и биодизель (получаемый из рапсового или любого другого растительного масла). При всех преимуществах указанных видов топлива биогаз и биомасса в полной мере могут обеспечить теплоснабжение только сельской местности и соответствующих предприятий. Для крупного города этого совершенно недостаточно. Что же касается биодизеля, то широкомасштабное его производство требует реорганизации сельского хозяйства и очень крупных капитальных вложений. В любом случае, даже при его широкомасштабном производстве, биодизель способен лишь дополнить жидкое топливо для транспорта.
• Тепловые насосы. Принцип действия теплового насоса состоит в использовании для отопления низкотемпературного тепла окружающей среды – земли, воды, воздуха. При этом тепловой насос затрачивает электроэнергию в количестве втрое - вчетверо меньшем производимого тепла. Основным недостатком теплового насоса является черезвычайно высокая цена – стоимость тепловых насосов в количестве необходимом для отопления Днепропетровска вдвое превосходит годовой бюджет города. Кроме того, существенным препятствием для их использования является ценовая политика украинских энергопоставляющих предприятий – цена на электроэнергию растет одновременно с ценой на газ, сохраняя соотношение, при котором использование электроэнергии, даже в тепловых насосах, тепловых насосах остаётся невыгодным.
• Когенерационные технологии. Когенерационными называются технологии, осуществляющие одновременную выработку тепла и электроэнергии. Сюда относятся традиционные ТЭЦ, где для теплоснабжения используется отработанный пар паровых турбин и более современные газотурбинные установки, где за газовой турбиной устанавливается специальный теплоутилизатор. Основным их преимуществом является то, что в них достигается очень высокий (до 90%) коэффициент использования тепловой энергии топлива, что позволяет существенно уменьшить отпускную цену производимых тепла и электроэнергии. Однако строительство новых когенерационных установок ограничено их высокой стоимостью.

3. Предлагаемая схема.

Практически все вышеупомянутые подходы к решению проблемы теплоснабжения города обладают существенными недостатками.

В качестве альтернативы описанным схемам мы предлагаем комплексную систему теплоснабжения города основанную на утилизации избытков тепла промышленных предприятий. Дело в том, что в городе находятся как предприятия обладающие излишками вторичного тепла (мусоросжигательный завод, предприятия металлургической промышленности и др.), так и предприятия когенерационного производства электроэнергии, теплопроизводящая способность которых используется далеко не в полной мере (Приднепровская ГРЭС, заводские ТЭЦ).

Использование вторичного тепла по своему энергосберегающему эффекту сопоставимо разве что с использованием солнечной энергии при значительно меньших капитальных затратах.

Потенциал вторичного тепла указанных предприятий вполне сопоставим с потребностью города в тепле на горячее водоснабжение и отопление в среднезимнем режиме.

Таким образом, тепла, пригодного для утилизации достаточно для удовлетворения потребностей города в горячей воде и в отоплении за исключением особенно холодных зимних дней.

При этом могут быть составлены и региональные балансы тепла. Так, тепло от сжигания мусора на Днепропетровском мусоросжигательном заводе, которое сегодня просто уходит в атмосферу, может обеспечить жителей жилмассива «Западный» круглогодичной горячей водой и надёжным отоплением.

В связи с вышесказанным предлагается следующая схема реконструкции системы теплоснабжения города: от источников утилизируемого тепла к существующим районным котельным прокладываются теплотрассы, в районных котельных устанавливается дополнительное теплообменное оборудование, далее горячая вода для ГВС и отопления доставляется к потребителям по существующим сетям. Котельное оборудование включается только при пиковых нагрузках.

4. Экономическая оценка.

Как показано выше, благодаря внедрению вышеприведённой схемы будет утилизировано до 1000 МВт бросового тепла, что обеспечит экономию газа свыше 500 млн. м3 в год. Согласно последним Российско-Украинским договорённостям цена поставляемого в Украину газа составит 180 долларов за тысячу м3. С учётом транспортировки газа по Украине цена для потребителей составит не менее 200 долларов за тысячу м3. Таким образом, годовая экономия составит не менее 80 миллионов долларов (или свыше 400 млн. гривен – более половины городского бюджета за 2005 год).

Оценка необходимых капитальных затрат, разумеется, требует более глубоких проработок, включая разработку рациональной схемы распределения утилизируемого тепла по регионам города и технико-экономическое обоснование прокладки новых теплотрасс и установки дополнительного теплообменного оборудования. Однако, учитывая, что для предлагаемой реконструкции требуются в качестве материалов лишь трубы различных диаметров и стандартное теплообменное оборудование можно предположить, что затраты не превысят 250  300 миллионов гривен. Таким образом, затраты окупятся менее чем за один год, после чего система будет приносить чистую экономию в размере более 400 миллионов гривен в год.

Стартовые капзатраты могут быть многократно уменьшены при разработке программы поэтапного проведения работ. Такая программа должна обеспечить поэтапный ввод элементов системы, а также строгий учёт и целевое использование сэкономленных средств.

Например, прокладка теплотрассы от мусоросжигательного завода к районной котельной жилмассива «Западный» окупится в течение нескольких месяцев, средства сэкономленные в течении двух следующих месяцев будут достаточными для продолжения строительства в других районах. Таким образом, необходимые свободные средства для начала осуществления программы составят не более 10 миллионов гривен.

Кроме того, проблемы изыскания финансовых средств для осуществления предложенных мероприятий можно решить путём привлечения заинтересованных предприятий города.

5. Дополнительные преимущества предложенной схемы

Помимо очевидных экономических преимуществ предложенной схемы существует ряд дополнительных преимуществ также черезвычайно важных для города:

1. Стабильность системы – при создании единой системы теплоснабжения включающей производителей и потребителей тепла мы получаем двойную систему защиты от внештатных отключений теплопроизводителей. В случае отключения мелких теплопроизводителей становится возможным перенести нагрузку на другие предприятия. В случае крупных аварий влекущих за собой отключение крупных производителей тепла либо большого числа мелких всёгда возможно включение теплогенерирующих мощностей существующих котельных.

2. Экологичность – благодаря существенному уменьшению потреблению городом пригодного газа уменьшается выбросы парниковых газов СО2 и NOx. С другой стороны, благодаря утилизации бросового тепла предприятий города уменьшается тепловое загрязнение Днепра и атмосферы.

3. Социально-политические преимущества – независимость цен на тепло от внешнеполитической и внешнеэкономической конъюнктуры.

4. Стратегические преимущества – оплата городом утилизационного тепла уменьшает себестоимость продукции произведённой в Днепропетровске, как следствие городские предприятия становятся более инвестиционно привлекательными, что будет способствовать экономическому росту города.

6. Выводы

С учётом всего вышеизложенного, становится очевидным, что наиболее эффективными технологиями энергосбережения являются утилизация бросового тепла и когенерация. В сложившейся экономической ситуации наиболее рациональным подходом к решению проблем теплоснабжения города представляется наиболее полное использование существующих когенерационных мощностей и утилизационного потенциала городских предприятий.

Безусловно, подробный экономический анализ предложенной схемы требует дополнительных специальных исследований и расчётов. Также дополнительной проработки требует схема финансирования предстоящих капвложений и распределения ожидаемой экономии.

Однако, на наш взгляд, приведённые укрупнённые оценки доказывают перспективность и высокую экономическую эффективность описанного подхода.

М. Я. Якобсон, начальник отдела энергосбережения института «Гипромашобогащение»

А. М. Якобсон, начальник отдела энергосбережения инженерного центра «Вестас».

Апрель 2008 г.