       
Закрытое акционерное общество Инженерный центр
«Энергетика города»
УДК 620.9 Общая энергетика
«Согласовано»
|
«Утверждаю»
|
Генеральный директор ЗАО Инженерный центр «Энергетика города»
__________________ Н.Т. Павлова
|
Заместитель Министра
энергетики Российской Федерации
________________ А.Ю. Инюцын
|
«____» _____________ 2014 г.
|
«____» _____________ 2014 г.
|
ОТЧЁТ
о выполнении научно-исследовательской работы
«Анализ практики применения пониженных температурных графиков в теплоснабжении в зарубежных странах и оценка перспектив использования в системах теплоснабжения, включающих источники комбинированной выработки электрической и тепловой энергии, режимов с пониженными температурными графиками в целях повышения энергоэффективности и качества предоставляемых услуг по теплоснабжению»
Москва, 2014 г.
Список исполнителей
-
Ответственный исполнитель, к.т.н.
|
|
А.Н. Давыдов
|
Исполнители:
|
|
|
Главный специалист
|
|
С.В. Пагин
|
Главный специалист, д.т.н., профессор, лауреат Государственной премии РФ
|
|
Г.В. Томаров
|
Главный специалист, к.т.н., доцент, лауреат Государственной премии РФ
|
|
А.А. Шипков
|
Главный специалист
|
|
Е.А. Бузоверов
|
Инженер 1 категории
|
|
Н.В. Певчева
|
Реферат
«Анализ практики применения пониженных температурных графиков в теплоснабжении в зарубежных странах и оценка перспектив использования в системах теплоснабжения, включающих источники комбинированной выработки электрической и тепловой энергии, режимов с пониженными температурными графиками в целях повышения энергоэффективности и качества предоставляемых услуг по теплоснабжению» является отчётом о выполнении научно-исследовательской работы, выполняемой на основании Договора № 13/0412.0923400.244/15/231 между Минэнерго России и ЗАО «Энергетика города».
В качестве исходной информации при выполнении анализа использованы отмеченные в литературе основные тенденции в развитии централизованного теплоснабжения в странах с сопоставимыми с Россией климатическими условиями и уровнем технологического развития, а также имеющийся практический опыт функционирования таких систем в России.
Переход на пониженный температурный график рассмотрен в качестве одного из основных элементов модернизации систем теплоснабжения, в одном ряду с переходом на закрытые независимые системы теплоснабжения, на качественно-количественное регулирование, на автоматизацию систем потребления тепловой энергии у потребителей.
Предложена методика оценки инвестиционных проектов по переходу на низкотемпературные графики, с помощью которой проведён оценочный расчетный анализ совокупного возможного экономического, экологического и иных эффектов от использования пониженных температурных графиков в теплоснабжении, в том числе с учетом возможности повышения качества теплоснабжения, анализ необходимого объема инвестиций.
Введение
Исторически сложившаяся во время становления и многолетнего функционирования в Советском Союзе система централизованного теплоснабжения основывалась на централизованной плановой экономике. Технический облик, структура и параметры создаваемых систем теплоснабжения, в том числе единый директивно устанавливаемый температурный график 150/70 0С, определялся государством как оптимальный при существовавшем соотношении стоимости топлива и капитальных вложений в строительство объектов теплоснабжения – теплоисточников, тепловых сетей и теплопотребляющих систем потребителей.
В условиях перехода к рыночной экономике с изменением систем собственности, управления и развития новых технологий у хозяйствующих субъектов возникли объективные мотивации к пересмотру температурного графика в сторону его понижения до величин, сравнимых с действующими многообразными температурными графиками в системах централизованного теплоснабжения и теплофикации на Западе.
Теплоисточники, в особенности основанные на когенерации, заинтересованы в повышении эффективности при пониженном графике за счет дополнительной выработки электроэнергии на тепловом потреблении.
Тепловые сети – в сокращении тепловых потерь, повышении надёжности и долговечности теплопроводов за счет применения пластиковых предизолированных труб.
Потребители – в улучшении условий комфорта, надёжности, экономичности и управляемости внутридомовых систем отопления и горячего водоснабжения.
Государство отразило эту тенденцию в Законе «О теплоснабжении» и последующих нормативных актах, сняв среди прочих и это директивное установление и определив, что температурный график принимается в схеме теплоснабжения, определяющей перспективное развитие на период 15-20 лет каждого муниципального образования - исходя из местных условий.
Многолетний зарубежный и начальный российский опыт показывает, что переход к пониженному температурному графику связан с долгосрочной системной модернизацией сложившейся системы теплоснабжения и включает проведение мероприятий по переводу систем на независимую закрытую схему и комплексную автоматизацию систем генерации, транспорта, потребления тепловой энергии, что даёт положительный синергетический эффект только в совокупности.
В отчёте приведены результаты анализа данного вопроса, предложены подходы экономического анализа и нормативного регулирования повышения эффективности систем централизованного теплоснабжения за счет перехода на пониженный температурный график.
Содержание
Введение
|
4
|
1. Анализ основных тенденций в области теплоснабжения. Анализ пределов эффективного использования технологии пониженного температурного графика.
|
6
|
2. Анализ мер государственной политики зарубежных стран, направленных на выбор оптимального температурного режима при проектировании и модернизации систем теплоснабжения
|
13
|
3. Анализ возможности и целесообразности применения пониженных температурных графиков в теплоснабжении для использования в условиях России
|
34
|
4. Анализ совокупного возможного экономического, экологического и иных эффектов от использования пониженных температурных графиков в теплоснабжении
|
51
|
5. Методика оценки инвестиционных проектов по переходу на низкотемпературные графики.
|
75
|
6. Нормативные требования в области теплоснабжения к пониженному температурному графику. Предложения по перечню и содержанию мер государственной политики, направленных на стимулирование масштабного внедрения систем теплоснабжения, работающих на пониженных температурных графиках
|
90
|
7. Типовые технические решения, использующие пониженные температурные графики. Примеры технического решения по созданию системы централизованного теплоснабжения, использующего пониженные температурные графики, на основе применения геотермальных энерготехнологий.
|
92
|
8. Дополнительные материалы по результатам замечаний и предложений, поступивших при обсуждении результатов НИР
|
147
|
8.1. Пояснительная записка. Расчёт дополнительных эффектов при переходе с температурного графика 150ºС/70ºС (вторичный контур 95ºС/70ºС) на температурный график 120ºС/40ºС (вторичный контур 80ºС/40ºС).
|
147
|
8.2. Пояснительная записка. Предложения по порядку и этапам перехода на пониженные температурные графики в условиях России.
|
157
|
8.3. Пояснительная записка. Анализ существующих нормативных требований и актов технического регулирования в области теплоснабжения, препятствующих внедрению пониженных температурных графиков.
|
162
|
8.4. Пояснительная записка. О зарубежном опыте применения пониженных температурных графиков в централизованных системах теплоснабжения.
|
167
|
8.5. Предложение о включении «Методики расчета затрат и эффектов при переходе систем централизованного теплоснабжения на пониженные температурные графики» в состав «Методических рекомендаций по разработке схем теплоснабжения», утверждённых совместным приказом Минэнерго России и Минрегиона России от 29.12.2012 № 565/667.
|
170
|
8.6. Сводная аналитическая записка Предложение по переходу на пониженные температурные графики регулирования в системах централизованного теплоснабжения.
|
182
|
Заключение
|
197
|
1. Анализ основных тенденций в области теплоснабжения, а также зарубежного опыта применения пониженных температурных графиков в теплоснабжении стран с сопоставимыми климатическими условиями и с сопоставимым уровнем технологического развития. Оценка перспектив данного направления с учетом общих тенденций развития теплоснабжения
За последние 30 лет в мире потребление тепла от ТЭЦ и крупных котельных существенно опережало рост потребления первичной энергии. Производство тепла выросло с 578 до 862 млн. Гкал, или на 49%, при росте потребления первичной энергии только на 5%. В странах Европы рост был еще более динамичным - 71%. В Китае производство тепловой энергии выросло с 349 млн. Гкал в 2000 г. до 547 млн. Гкал в 2005 г. или на 57%, что несколько быстрее общего роста энергопотребления (50%). Быстро расширяется зона централизованного теплоснабжения за счет быстрого роста как количества больших городов, так и их размера. В планах Германии на перспективу до 2030 г. заложено снижение потребление тепловой энергии на 29% при существенной перестройке ее топливного баланса в пользу биомассы, теплоутилизации и геотермальной энергии.
Во многих странах новых членах Европейского Союза - Польше, Чехии, Венгрии, Литве, а также в Восточной Германии - после резкого падения потребления тепловой энергии в 1990-2000 гг. оно стабилизировалось или продолжало очень медленно сокращаться в 2000-2005 гг. То есть тенденция, проявившаяся в России довольно универсальна для этой группы стран.
Доля тепловой энергии в конечном потреблении энергии выросла, но во многих странах все еще остается низкой. В Италии она равна только 2%, а в Исландии - 87%. В Швеции доля централизованного теплоснабжения от всего энергопотребления на цели отопления в жилых зданиях и в сфере услуг выросла с 25% в 1980 г. до 54% в 2006.
Доля ТЭЦ в выработке тепловой энергии в Европе выросла с 60 до 70%. В отдельных странах эта доля варьирует от 9% в США до 50% в Дании. Во многих странах Европейского Союза приняты законодательные акты стимулирующие выработку тепловой энергии на ТЭЦ.
Развитие ТЭЦ считается важной составляющей энергетических стратегий и реализации национальных планов по выполнению обязательств по Киотскому протоколу. В Европейском Союзе поставлена задача довести долю выработки электроэнергии на ТЭЦ до 18% в 2010 г. Для стимулирования развития ТЭЦ японское правительство предоставляет субсидии, налоговые льготы, разработало процедуры упрощающие лицензирование ТЭЦ и сдачу их в эксплуатацию, и продажу избытка электроэнергии в сеть, или третьей стороне. Такая же схема используется в Южной Корее. Субсидии предоставляет также Дания. В США, разработана «дорожная карта» по стимулированию развития ТЭЦ. Поставлена задача увеличить мощность ТЭЦ страны с 85 ГВт в 2007 г. до 92 ГВт к 2020 г. Тарифы н электроэнергию отпускаемую от ТЭЦ субсидируются в Дании, Германии, Канаде, Чехии, Венгрии, Латвии, Литве и др. странах.
Зона эффективности больших централизованных систем теплоснабжения существенно сократилась, созданы благоприятные условия для развитие распределенной (малой) энергетики. Распределенная генерация - производство электроэнергии вне зоны централизованного электроснабжения на установках, способных работать как автономно, так и параллельно с сетью. В системах с раздельным производством электрический и тепловой энергии (РПЭиТ) на газе появилась возможность доводить коэффициент полезного использования топлива (КПИТ) до 85%, что резко ограничивает преимущества совместной выработки электрической и тепловой энергии и накладывает жесткие ограничения на максимальный уровень потерь в сетях централизованных систем теплоснабжения (рисунок 1.1). Эффективность выработки электроэнергии на комбинированном цикле на газе повысилась до 57-60%, а эффективность выработки тепловой энергии на газовых котельных по низшей теплотворной способности - до 100% и выше. В итоге выгоды централизованного теплоснабжения по сравнению с распределенным (децентрализованным теплоснабжением с широким использованием мини- и микро-ТЭЦ все чаще подвергаются сомнению).
По мере роста цен на газ при существенно более медленном удорожании электроэнергии экономические преимущества ТЭЦ также существенно снижаются.
ТЭЦ, особенно мини-ТЭЦ работают преимущественно на газе. Поэтом удорожание газа влечет за собой как повышение стоимости как тепловой, так и электрической энергии, что может приводить в потере части рыночной ниши при конкуренции с не газовыми электростанциями.
Рисунок 1.1 - Анализ соотношений КПИТ в системах с совместной и раздельной (РПЭиТ) выработкой тепловой и электрической энергии и эффективности выработки электроэнергии
Существенно снижается средняя единичная мощность устанавливаемых ТЭЦ без потери экономической или энергетической эффективности, что позволяет захватывать новые рыночные ниши - энергоснабжение крупных зданий, или небольших групп зданий. Предлагается следующая классификация ТЭЦ по мощности: большие ТЭЦ - с мощностью свыше 40 МВТ; средние ТЭЦ - с мощностью свыше от 15 до 40 МВТ; малые ТЭЦ - с мощностью свыше от 2 до 15 МВТ; мини ТЭЦ - с мощностью от 500 кВт до 2 МВТ и микро ТЭЦ - с мощностью менее 500 кВт. Микро ТЭЦ создаются на основе газовых турбин, газовых двигателей, в т.ч. с использованием цикла Миллера в диапазонах мощностей от 10 кВт до 10 МВт. В Дании прекращено субсидирование строительства ТЭЦ мощностью выше 25 МВт. В Нью-Йорке средняя мощность устанавливаемой ТЭЦ снизилась с 2 МВт в 1980 г. до 0,3 МВт в 2006 г. Микро-ТЭЦ устанавливаются в жилых зданиях и офисных комплексах с КПИТ достигающим и превышающим 85%. Прогресс в развитии технологии топливных элементов снимет в значительной степени экологические ограничения на использование других видов топлива (помимо газа) в системах децентрализованного теплоснабжения. Закон, принятый в Германии в 2002 г., стимулирует строительство ТЭЦ на топливных элементах.
Системы централизованного теплоснабжения, все больше превращаются в системы централизованного теплоснабжения и охлаждения. Довольно динамично развивается рынок использования тепла для целей охлаждения через процессы абсорбции. Это позволяется существенно повысить загрузку оборудования ТЭЦ по теплофикационному циклу и получить дополнительные выгоды от когенерации. Мини-ТЭЦ и микро-ТЭЦ все в большей мере используются для целей отопления, ГВС и кондиционирования зданий, что существенно расширяет рынок ТЭЦ и продолжительность их загрузки по теплофикационному циклу.
Развитие и повышение эффективности работы систем централизованного теплоснабжения все больше используется для «срезания» пика электрической нагрузки. Это важно как для летнего максимума при использовании систем централизованного охлаждения, так и для зимнего, когда при понижении температуры резко растет потребление электроэнергии на цели отопления.
Системы централизованного теплоснабжения позволяют довольно быстро менять структуру топлива используемого для генерации тепловой энергии. Во многих странах произошли заметные изменения в структуре топливного баланса теплоэнергетики. В Швеции в 1973 г. на долю мазута приходилось более 90%, а в 2005 г. - только 7%. Мазут был вытеснен биомассой (35% в 2005 г.), сжиганием мусора (11%); газом (9%); тепловыми насосами (11%); углем (4%); прочими топливами (7%). Мощность источников тепла, использующих биомассу В Швеции удваивается каждые 10 лет В итоге удельная эмиссия СО2 на единицу вырабатываемого тепла снизилась там в 19802005 гг. в 4 раза. Такая перестройка топливного баланса теплоэнергетики Швеции позволила существенно повысить энергетическую безопасность страны и стабилизировать цены на тепло на фоне резкого роста цен на нефть. В Дании запрещено электроотопление и проводится политика к полному исключению из топливного баланса систем теплоснабжения угля и мазута. В Германии доля природного газа в топливном балансе теплоэнергетики равна 40%, а угля и лигнита - 50%. В Польше на долю угля приходится 94%.
Во многих странах (Дания, Финляндия, Германия, Чехия, Латвия, Литва, Эстония и др.) в последние 10 лет успешно развивался процесс муниципального энергетического планирования, в рамках которого определялись зоны централизованного и децентрализованного теплоснабжения с разделением зон действия тепловых и газовых сетей с обязательным присоединением к тепловым сетям в зонах централизованного теплоснабжения.
В системы теплоснабжения все больше внедряются механизмы конкуренции. В ряде стран (Дания, Польша, Венгрия, Латвия) при закупке тепловой энергии от внешних источников требуется в первую очередь приобретать ее от источника с наименьшим тарифом. Все больше стран, в которых тарифы на тепло не регулируются (Финляндия, Канада, Германия, Швеция, Великобритания). В Латвии выделено три подсистемы: генерация тепла, распределение и термическая конверсия (ЦТП И ИТП). Последняя сфера деятельности не регулируется, собственник мот отдать ее в обслуживание любой компании.
Растет доля частных систем теплоснабжения. Во многих странах постепенно меняется структура собственности в системах теплоснабжения. Например, в Швеции доля муниципальной собственности снизилась с о 100% в 1990 г. до 62% в 2002 г. Но все же основная часть систем теплоснабжения находится в муниципальной или кооперативной (Дания) собственности. Для их обслуживания все больше привлекаются частные компании в рамках развития частно-государственного партнерства.
Нет единой тенденции в отношении выделении отдельных видов бизнеса в системах теплоснабжения. Во многих странах (Германия, Дания, Финляндия, Голландия, Румыния, Швеция, Швейцария, США и др.) услуги теплоснабжения эффективно предоставляют комплексные коммунальные муниципальные компании. Вопрос эффективности их работы - это больше вопрос «правил рынка», чем формы собственности, или масштабов обслуживания.
Системы теплоснабжения превращаются в интеллектуальные системы. Все шире применяется интеллектуальное управление источниками, сетями, локальная интеграция распределенной генерации на источниках, присоединенных к электрическим и тепловым сетям общего пользования в так называемые «виртуальные электростанции» позволяющая совместно управлять режимами объединенных децентрализованных источников,
Активно разрабатывается и реализуется специальная государственная политика в области развития систем теплоснабжения и ТЭЦ выведенная на уровень национальных стратегий. Во многих странах в приняты законы по развитию теплоснабжения и ускорению развития ТЭЦ: Дания, Венгрия, Германия, Литва, Польша, Эстония, Южная Корея, Япония. В других странах политика в области теплоснабжения оформляется решения правительства (Польша, Чехия, Латвия, США. В этих нормативных и стратегических документах отражаются аспекты технической, энергетической, экономической, приватизационной, природоохранной, жилищной и социальной политики.
В настоящее время энергетические предприятия (ТЭЦ, котельные, мусоросжигательные станции и др.) стран Северной Европы поставляют приблизительно 100 ТВт·ч в год теплоты для отопления и горячего водоснабжения. Это превышает 35% рынка тепла для отопления и горячего водоснабжения в этих странах. Наиболее эффективным и прибыльным централизованное теплоснабжение оказывается в регионах с высоким удельным энергопотреблением.
Для успешной работы системы централизованного теплоснабжения необходим как рынок сбыта, так и «дешевый местный источник энергии», которым может быть теплота, вырабатываемая вместе с электричеством (Дания и Финляндия), геотермальная энергия (Исландия), сбросное тепло мусоросжигательных заводов (Норвегия) или комбинация различных источников энергии (Швеция).
Дания имеет большой опыт и традиции в использовании централизованного теплоснабжения и благоприятные условия для его развития с использованием ТЭЦ. Так, 80% населения страны проживает в городских зонах, страна отличается высоким годовым потреблением тепловой энергии и продолжительным отопительным сезоном, практически все крупные электростанции расположены в непосредственной близости к основным городам. Вследствие этого централизованное теплоснабжение является наиболее распространенным источником тепла. Системы централизованного теплоснабжения существуют в более чем 450 городах.
Начиная с 1973 года Дания достигла значительного успеха в реализации энергетических программ. Принятые в 1979 и 1990 годах законы о теплоснабжении позволили увеличить долю теплоты, производимой в системах централизованного теплоснабжения при комбинированной выработке тепловой и электрической энергии, с 33 до 64%. За счет возобновляемой энергии обеспечивается 20% централизованного теплоснабжения, сжигания отходов – 10%, сжигания биомассы – 9%, промышленных отходов теплоты – 1%. Всего лишь 16% теплоты централизованных систем производится при сжигании органического топлива на водогрейных котельных (нефти – 1%, природного газа– 11%, угля – 4%).
Столица Дании Копенгаген использует комбинированную выработку тепловой и электрической энергии на протяжении более 50 лет. С 1986 по 1990 гг. в Копенгагене были созданы 2 транспортные системы теплопередачи мощностью 26 тыс. ТДж/год, что эквивалентно потребности в тепле примерно 325 тыс. семей. К системе ценрализованного теплоснабжения были подключены 45 пиковых и резервных станций, в основном реконструированных котельных (к 2009 году их число планируется увеличить до 50); 9 различных установок, обеспечивающих базовую нагрузку, в их числе 4 мусоросжигательных завода и 4 ТЭЦ, работающих на жидком топливе, угле или природном газе. Температурный график всех теплосетей составляет 120/50°С при рабочем давлении теплоносителя 2,5 МПа.
|
