Централизованное теплоснабжение

Говорят, что ребенка нельзя ставить в угол, - это порождает у него чувство тоски, безысходности и отнимает надежду на будущее. Получая платежки за тепловую энергию, значительная часть населения страны ощущают себя именно детьми, загнанными в угол.

Теплоснабжение - это социально чувствительная сфера. Счета за тепловую энергию серьезно омрачают жизнь многих семей. Более трети бюджета семьи на коммуналку (а это в основном тепловая энергия) - слишком много. Уровень цивилизованных стран - не более 7–10%.

Электроэнергию, воду, природный газ можно экономить, а вот тепловую энергию на отопление - все еще нет, поскольку контролировать и регулировать ее расход в отдельных квартирах большинства многоквартирных домов нечем.

Не позавидуешь и мэру города, у которого на хозяйстве огромная, явно устаревшая техническая система, стоимость модернизации которой в десятки раз превышает бюджет развития города. Где взять такие деньги? Решение этого вопроса требует длительной кропотливой работы с отечественными и международными финансовыми структурами.

Есть и более простой путь: выделить каждой семье по электрообогревателю или газовому котлу, немного модернизировать домовые системы электро-, газоснабжения, и проблема решена. А дальше: спасение утопающих - дело рук самих утопающих. В некоторых городах так и поступают. Только ведь и газ, и электроэнергия будут дорожать. На электроотопление даже при строгой экономии может не хватить и половины семейного бюджета.

Сворачивание систем централизованного теплоснабжения (СЦТ) вместо их модернизации с применением современных высокоэффективных технологий лишает нас перспективы получения тепловой энергии по приемлемой цене, а государство Украина - обеспечения энергетической независимости и безопасности.

Украинское теплоснабжение - это клубок проблем технического, технико-экономического, нормативно-правового, социального и финансового характера. Одни проблемы усиливают другие, те, в свою очередь, порождают третьи и в конечном итоге образуют замкнутый порочный круг. Примером может служить типичная цепочка причинно-следственных связей: потребителей не устраивает показатель цена/качество - они отключаются от СЦТ - объемы реализации тепловой энергии падают - экономические показатели предприятий теплоснабжения ухудшаются - необходимо повышать тариф - усиливается процесс отключения потребителей от СЦТ. Все, порочный круг замкнулся.

Еще одно противоречие: СЦТ создаются на десятилетия, а период между выборами представителей органов центральной и местных властей - не более пяти лет. Отсюда большой соблазн быстрых, внешне эффектных (но не эффективных) решений. Например, фрагментарная модернизация СЦТ, когда лакомый объект (больница, детсад, учебное заведение) отключают от городской системы, устанавливая там эффективный источник тепловой энергии, принадлежащий, как правило, частному владельцу, и рапортуя о высокой энергоэффективности. А отрицательные последствия для городской системы теплоснабжения в целом, связанные с недозагрузкой мощных тепловых источников города, при этом остаются за кадром. Таким образом, проблем много, но есть одна ключевая - низкая энергоэффективность существующих СЦТ.Чтобы решить эту проблему, необходимо срочное и активное вмешательство государства, о чем речь пойдет ниже.

Мы в числе лидеров, но позиции стремительно теряем

В области централизованногопроизводства тепловой энергии Украина традиционно принадлежит к числу стран-лидеров. В 1991 г. по объемам производства мы уступали лишь России. Однако в последние годы нас обогнали европейские соседи: Латвия, Эстония, Польша, не говоря уж о Дании - лидере по развитию централизованного теплоснабжения. Сейчас в нашей стране к СЦТ подсоединено около половины отапливаемой площади всех зданий. Еще пять лет назад этот показатель составлял 60%, а 30 лет назад - 63%, ровно столько, сколько сегодня в Дании.

Объемы выработки тепловой энергии в СЦТ снижаются стремительными темпами. За годы независимости в сфере централизованного теплоснабжения Украины нового создано слишком мало. То, что делается, - это попытка поддерживать старую систему в технически исправном состоянии. Но это плохо удается. Об этом красноречиво свидетельствуют потоки горячей воды на тротуарах и проваливающиеся под землю в начале отопительного сезона автомобили. Энергоэффективная модернизация отрасли централизованного теплоснабжения в у нас в стране еще по сути не начиналась. А Европа уже внедряет СЦТ четвертого поколения. Но об этом немного ниже. Пока же вернемся к украинским реалиям.

На смену мощным украинским СЦТ (киевская система по мощности занимает третье место в мире) приходят домовые, квартирные газовые и электрические котлы и бойлеры. Мы все больше и больше привязываемся к дорогостоящему природному газу, электроэнергии и теряем потенциальные возможности использования других, более дешевых, источников энергии. Надежность СЦТ, особенно трубопроводов, катастрофически снижается. Качество теплоснабжения мало кого устраивает. Что такое "недотопы", "перетопы", мучительное ожидание включения отопления в октябре, все пользователи централизованного теплоснабжения ощутили на себе. Памятники вождям социализма снесли, улицы переименовали, а вот модернизировать устаревшие, но честно отслужившие нам советские системы пока не успеваем.

Почему Европа развивает централизованное теплоснабжение

В 2010 г. в странах ЕС доля централизованного теплоснабжения составляла всего 10%, но планируется, что к 2030-му этот показатель вырастет до 30%, а к 2050 г. - до 50%. Почему в странах Евросоюза так активно развивают СЦТ? Причин несколько: диверсификация источников тепловой энергии, повышение энергетической независимости страны, возможность получения дешевой тепловой энергии, сокращение вредных выбросов. Уже сегодня доля традиционных газовых котлов в СЦТ европейских стран не превышает 20% (в Украине - около 60%). К 2050 г. доля таких котлов будет не более 10%.

Основные источники тепловой энергии - это комбинированная выработка электрической и тепловой энергии (когенерация), твердые бытовые отходы, биотопливо, солнечная энергия, геотермальная энергия, тепловая энергия морей, водоемов, городские канализационные стоки, вентиляционные выбросы, сбросная тепловая энергия промышленных предприятий. Диверсификация позволяет соскочить с газовой иглы, использовать собственные природные, сельскохозяйственные, промышленные ресурсы, реализовать принцип "отходы в энергию", повысить энергонезависимость и безопасность страны. В настоящее время в европейских странах, прежде всего в Дании, внедряются СЦТ четвертого поколения, характерными чертами которых являются: использование низкотемпературного теплоносителя, что позволяет полезно использовать городские тепловые выбросы; интеграция источников энергии в единую сеть; обеспечение доступа к интегрированной тепловой сети независимых поставщиков тепловой энергии; динамическое взаимодействие между поставщиками и потребителями тепловой энергии; активное участие СЦТ в регулировании электрических нагрузок энергетической системы; возможность быть составной частью интегрированных интеллектуальных систем, в том числе систем охлаждения; возможность обеспечения управляющих структур необходимой информацией для планирования затрат, режимов работы, стратегических инвестиций.

Отходы - в энергию

Систему централизованного теплоснабжения следует рассматривать не только как источник тепловой энергии, но и как городскую систему утилизации, с помощью которой можно преобразовать продукты жизнедеятельности человека в энергию. При этом одновременно решаются энергетическая и экологическая проблемы. Основными продуктами жизнедеятельности человека, неизбежно образующимися в каждом городе, являются твердые бытовые отходы, иловые осадки, а также теплая вода канализационных стоков. В совокупности они на 40% могут обеспечить город тепловой энергией на отопление, а если утеплить наши холодные здания, то и на 90%. К сожалению, в Украине в настоящее время работает только один мусоросжигательный завод (в Киеве), подающий тепловую энергию в СЦТ. Это направление необходимо развивать, применяя европейский опыт. В Европе 7% отходов используются для нужд теплоснабжения. В отдельных странах этот показатель существенно выше: в Швейцарии - 44%, Франции - 26, Швеции - 24%. Для теплоснабжения промышленных городов, таких как Запорожье, Мариуполь, Алчевск, должна использоваться сбросная тепловая энергия промышленных предприятий. Уже сегодня в Запорожье для приготовления горячей воды используется сбросная тепловая энергия металлургического комбината "Запорожсталь". Однако это лишь небольшая часть существующего потенциала сбросной тепловой энергии предприятия.

В рамках проекта USAID "Муниципальная энергетическая реформа в Украине" были проведены энергетические аудиты ряда городов - Киева, Запорожья, Одессы, Винницы, Львова, Чернигова, Белой Церкви и разработаны предварительные технико-экономические обоснования проектов получения более дешевой, чем в газовых котельных, тепловой энергии. Их необходимо реализовывать.

Когенерация

Комбинированное производство электрической и тепловой энергии (когенерация) позволяет на 10–30% снизить потребление топлива по сравнению с раздельным производством этих видов энергии. В соответствии с Директивой 2012/27EС эффективные системы централизованного теплоснабжения и охлаждения - это системы, использующие минимум 50% возобновляемой энергии, 50% вторичных тепловых энергетических ресурсов, 75% теплоты когенерации или 50% совокупности теплоты от данных источников. К сожалению таких систем в Украине пока нет. В то же время нереализованный потенциал когенерационного производства электростанций Украины является тем базисом, который может позволить нам быстрее всего создать энергоэффективные СЦТ. Установленная тепловая мощность турбоагрегатов ТЭЦ, ТЭС и АЭС Украины в несколько раз превышает потребность в тепловой энергии СЦТ.

К сожалению, имеющиеся в Украине когенерационные установки не только не приобретают новых потребителей, но и неуклонно теряют рынок сбыта тепловой энергии. За 1990–2018 гг. когенерационный отпуск тепловой энергии упал в четыре раза (параллельно со снижением общего отпуска тепловой энергии от СЦТ). Почему в Европе когенерация развивается, а в Украине угасает?

Одна из причин кроется в устаревших подходах к распределению экономии от комбинированного производства между электрической и тепловой энергией. В Украине она традиционно относится главным образом на электрическую энергию. Расчетная эффективность производства тепловой энергии в современных когенерационных установках по устаревшим методикам часто оказывается меньшей, чем в газовых котельных, что тормозит развитие когенерации в стране. Известная научно-методическая проблема объективного распределения затрат на топливо между электрической и тепловой энергией успешно решена в начале этого столетия в Национальной академии наук Украины. Но разработанные рекомендации до сих пор необязательны к выполнению, что не позволяет активно внедрять современные когенерационные технологии. Необходимо придать разработанным рекомендациям статус обязательного нормативно-технического документа.

Существуют и другие факторы, ограничивающие развитие когенерации в Украине, детальный анализ которых выходит далеко за рамки рассматриваемой проблемы и является предметом отдельной статьи, которую мы планируем подготовить. Проблемы когенерации необходимо решать с использованием европейского опыта (в первую очередь Дании и Германии) и учетом наших реалий. Однако базовая роль когенерации в трансформации устаревших украинских СЦТ в современные энергоэффективные системы несомненна.

Энергия солнца и окружающей среды

Эти источники используют бесплатный энергетический ресурс и не загрязняют окружающую среду вредными выбросами. В Украине, благодаря стимулирующему ценообразованию, активно внедряются солнечные электростанции. Однако крупные централизованные солнечные источники тепловой энергии отсутствуют. В Европе в 2017 г. работали 196 солнечных тепловых мощностей суммарной установленной мощностью 36 МВт. Эти установки используются совместно с аккумуляторами теплоты.

Перспективным направлением внедрения энергоэффективных СЦТ в приморских городах Украины является использование низкопотенциальной тепловой энергии Черного моря, температура глубинных слоев воды в котором в зимний период не опускается ниже 9°С. Известным примером подобной системы является крупнейшая в мире теплонасосная станция на морской воде с расчетной температурой +3°С Värtan Ropsten (Стокгольм, Швеция) мощностью 180 МВт. Сотрудниками Института газа и Института технической теплофизики НАН Украины разработано технико-экономическое предложение по использованию теплоты Черного моря для теплоснабжения центральной части Одессы. В основе предложения - комплексное использование тепловых насосов и когенерационных установок на природном газе. При этом удельные затраты природного газа на выработку тепловой энергии снижаются более чем в два раза по сравнению с самыми эффективными газовыми котлами. Безусловно, внедрение таких установок требует существенных капитальных затрат. Но проекты такого рода самоокупаемы.

Замещение природного газа биотопливом

Еще одно направление, позволяющее снизить себестоимость тепловой энергии в СЦТ и одновременно повысить энергетическую безопасность и независимость нашей страны. Использование биотоплива (дрова, древесная щепа, древесные пеллеты, тюки соломы, стебли кукурузы, пеллеты из шелухи, другие отходы сельскохозяйственных культур) будет способствовать развитию местной и региональной экономики, а на государственном уровне - улучшению торгово-платежного баланса за счет уменьшения импорта энергоносителей. По данным Биоэнергетической ассоциации Украины (БАУ), активно реализующей концепцию расширения использования биотоплива в СЦТ, стоимость биотоплива в целом ряде случаев в два раза меньше сопоставимой стоимости природного газа, что позволяет существенно снизить тариф на тепловую энергию. Опыт Литвы это подтверждает. Средняя стоимость тепловой энергии от котельных на биотопливе в 2015–2017 гг. была на 27–35% ниже, чем от газовых котельных. БАУ предлагает создать рынок биотоплива, гарантирующий стабильные его поставки, а также упростить и гарантировать подключение к тепловым сетям СЦТ независимых производителей тепловой энергии, в том числе и тех, которые используют биотопливо и предлагают тепловую энергию дешевле, чем существующие производители.

Централизация или децентрализация?

Этот вопрос периодически активно обсуждается в широких кругах производителей и потребителей тепловой энергии. Много городов уже отказались от централизованного теплоснабжения и перешли на индивидуальные или автономные системы (Ужгород, Марганец, Никополь, Покров, Золочев, Долина), используя главный аргумент - возможность потребителя управлять теплопотреблением и затратами на него. Однако, как будет показано ниже, такая возможность есть и в СЦТ.

Выбор той или иной системы теплоснабжения - это задача оптимизации, которая решается на основе применения широко известного метода затрат и выгод (cost-benefit analysis). При этом должны рассматриваться не только очевидные экономические показатели, но и экологические, а также показатели надежности и безопасности с учетом прогнозов на перспективу.

Существуют два основных критерия, которые необходимо учитывать: плотность застройки (и, соответственно, плотность тепловой нагрузки), а также возможность получения в том или ином районе города тепловой энергии из альтернативных источников и когенерации. Поучительна история возникновения СЦТ. Первая коммерческая СЦТ была запущена в 1877 г. в районе с высокой плотностью застройки Lockport, Нью-Йорк. История централизованного теплоснабжения в Дании связана с муниципальным районом Копенгагена Фредериксборг и строительством там в 1903-м мусоросжигательного завода, сбросное тепло от которого направлялось в муниципальный госпиталь, детский дом и дом престарелых. История централизованного теплоснабжения Исландии связана с геотермальной энергией и берет свое начало в 1908 г. На сегодняшний день более 90% зданий в этой стране отапливаются геотермальной энергией. Первая в России СЦТ (Санкт-Петербург, 1903 г.) использовала теплоту отработавшего пара электростанции, который подавался в детскую больницу.

В советский период централизованное теплоснабжение получило широкое распространение. В те времена наряду с экономическими соображениями некоторое влияние имела и политическая установка на всеобщую централизацию. Поэтому сейчас целесообразно пересмотреть, научно обосновать и зафиксировать на долговременную перспективу зоны централизованного и децентрализованного теплоснабжения, акцентируя внимание на упомянутых выше факторах.

Теплоснабжение централизованное, регулирование индивидуальное

Считается, что основным преимуществом индивидуального теплоснабжения по сравнению с централизованным является возможность учета и регулирования количества потребленной тепловой энергии в каждой квартире. Но ведь такая возможность может быть обеспечена и в СЦТ. В новых домах устанавливаются индивидуальные тепловые пункты, обеспечивающие погодное регулирование, а в каждой квартире - регулирующие вентили и теплосчетчики, позволяющие управлять и оплачивать фактически потребленное количество тепловой энергии. В старых зданиях, как правило, необходима модернизация внутридомовой трубной разводки.

Харьковские ученые разработали предложения об обустройстве в каждой квартире любого многоквартирного дома, подключенного к СЦТ, индивидуальных систем теплоснабжения и активно внедряют его на практике. Необходимо, чтобы при проведении термомодернизации зданий внедрялись такие системы, позволяющие организовать поквартирный учет и регулирование теплопотребления.

Проблема тепловых сетей

Онаявляется узким местом систем централизованного теплоснабжения. Срок эксплуатации 50% тепловых сетей превышает 20 лет. Средние потери в таких сетях, определенные расчетным путем, - 19%. Количество повреждений труб в большинстве населенных пунктов достигает критических величин. Так, в отдельных районах Киева это 6 повреждений/год·км при том, что в европейских СЦТ этот показатель не превышает 0,1.

Однако проблема модернизации тепловых сетей заключается не только в их физическом износе. Капитальные затраты на их модернизацию весьма велики, а сроки окупаемости составляют не менее 15 лет. Получается, что замена трубопроводов - это непривлекательные для инвесторов проекты, а муниципалитеты не имеют достаточных финансовых ресурсов. Выход заключается в комплексном подходе к модернизации тепловых источников (самоокупаемые проекты) и тепловых сетей (инфраструктурные проекты). Только в рамках реализации комплексных проектов можно привлечь деньги на модернизацию тепловых сетей.

Проблема достоверности информации

Что нельзя измерить, тем нельзя управлять, - это известная истина. Количество природного газа мы измеряем не в единицах энергии, как это принято в европейских странах, а в единицах объема. При этом в расчетах используется некая усредненная величина калорийности природного газа. В то же время работники котельных отмечают существенные колебания качества поступающего природного газа в различные периоды времени. Подтвердить свои наблюдения результатами измерений они не могут из-за отсутствия дорогостоящих современных приборов (потоковых калориметров).

Измерение фактических потерь в тепловых сетях приборным методом является достаточно трудоемкой задачей и выполняется на практике крайне редко. Уровень оснащенности теплосчетчиками потребителей тепловой энергии у нас в стране достаточно высок - около 80%, но их отсутствие у 20% потребителей не позволяет сводить фактический баланс выработки и потребления тепловой энергии, а следовательно, и определить фактические потери в тепловых сетях. Вообще-то проблема не только в отсутствии тех или иных приборов, но и в отсутствии нормативных требований и сложившейся практики использования фактических (измеренных) данных при составлении отчетности.

В централизованном теплоснабжении сложилась привычная практика условно-расчетных показателей. С ними проще работать, чем с результатами фактических измерений. А собственно, кого это не устраивает? Это не должно устраивать тех, кто всерьез планирует разрабатывать и реализовывать капиталоемкие инвестиционные проекты, вкладывать средства в модернизацию СЦТ, брать и отдавать кредиты. Ведь энергетические показатели, о которых мы говорили, являются основой для расчета финансовых показателей. Комплексный анализ энергетических и финансовых показателей - это сфера энергетического менеджмента. В нашей стране гармонизирован международный стандарт ISO 50001 (Energy management systems - Requirements with guidance for use). Его необходимо активно внедрять в отрасли централизованного теплоснабжения, создавая структурные подразделения энергетического менеджмента в муниципалитетах и теплоснабжающих организациях, а главное, заниматься подготовкой квалифицированных кадров в этой области.

Комплексный подход к термомодернизации зданий и СЦТ

Тепловые источники, сети и присоединенные к ним здания представляют собой единую сложную систему. Именно характеристики зданий определяют присоединенную тепловую нагрузку, диаметры труб тепловых сетей и установленные мощности тепловых источников. Широкомасштабная термомодернизация зданий (на что мы надеемся) кардинально изменит все эти параметры. Несогласованный подход к модернизации СЦТ и зданий неизбежно приведет к принятию неоптимальных технических решений и нерациональному использованию финансовых ресурсов. На сегодняшний день в городах и населенных пунктах Украины отсутствуют комплексные планы модернизации СЦТ и присоединенных к ним зданий.

В европейских странах разрабатываются единые муниципальные энергетические планы, в рамках которых рассматриваются все инфраструктурные системы населенного пункта, включая здания, системы тепло-, газо-, электро-, водоснабжения. Многие города Украины - члены европейской ассоциации "Энергоэффективные города" уже разработали такие планы. Но эти документы находятся вне нормативно-правового поля Украины. Необходимо исправить этот недостаток, разрабатывать и реализовывать такие планы.

СЦТ нуждаются в государственной поддержке

Эти системы создавались централизованно, и модернизировать их нужно тоже централизованно. Не хочется делать негативные прогнозы, но с большой долей уверенности можно утверждать, что без активной государственной поддержки негативная тенденция сворачивания СЦТ продолжится и усилится. Сегодня в Украине отсутствует государственная стратегия модернизации и развития СЦТ. Такой документ должен быть разработан. В нем нужно сформулировать основные концептуальные положения, изложенные в этой статье. В качестве катализатора необходима госпрограмма модернизации и развития СЦТ, нацеленная главным образом на обновление тепловых сетей. Наличие государственной программы послужит мощным импульсом для привлечения инвестиций в энергоэффективные тепловые источники. При этом должны быть гарантированы равные условия доступа к тепловым сетям на конкурентной основе поставщикам тепловой энергии различных форм собственности.

Стратегия и государственная программа должны быть подкреплены муниципальными планами долговременного развития СЦТ, которым нужно придать статус градостроительного документа. Такие планы должны быть увязаны с муниципальными программами термомодернизации зданий.

Решение рассматриваемой проблемы нельзя откладывать. Никто не может гарантировать, сколько еще прослужат трубы, отработавшие в земле двадцать и более лет. Рационально используя то, что еще может работать, необходимо поэтапно менять то, что использовать уже нельзя, на основе современных технологий централизованного теплоснабжения.

Отвечая на вопрос, вынесенный в заголовок статьи, можно сказать, что СЦТ - это богатое, но быстро устаревающее наследство, которое необходимо рационально использовать в ближайшее время для создания современных эффективных систем теплоснабжения, способных обеспечить нас тепловой энергией по ценам существенно ниже тех, по которым мы платим сегодня, просто сжигая дорогой природный газ в топках котлов.