Централізоване теплопостачання

Кажуть, що дитину не можна ставити в куток, - це породжує в неї почуття смутку, безвиході та забирає надію на майбутнє. Одержуючи платіжки за теплову енергію, значна частина населення країни відчувають себе саме дітьми, загнаними в глухий кут.

Теплопостачання - це соціально чутлива сфера. Рахунки за теплову енергію серйозно затьмарюють життя багатьох родин. Понад третина бюджету сім'ї на комуналку (а це в основному теплова енергія) - занадто багато. Рівень цивілізованих країн - не більш як 7–10%.

Електроенергію, воду, природний газ можна заощаджувати, а от теплову енергію на опалення - все ще ні, бо контролювати й регулювати її витрачання в окремих квартирах більшості багатоквартирних будинків нічим.

Не позаздриш і мерові міста, в якого на господарстві явно застаріла величезна технічна система, вартість модернізації якої в десятки разів перевищує бюджет розвитку міста. Де взяти такі гроші? Вирішення цього питання потребує тривалої копіткої роботи з вітчизняними й міжнародними фінансовими структурами.

Є і простіший шлях: виділити кожній родині по електрообігрівачу або газовому котлу, трохи модернізувати будинкові системи електро- і газопостачання, і проблему вирішено. А далі: порятунок потопельників - діло рук самих потопельників. У деяких містах так і роблять. Тільки ж і газ, і електроенергія дорожчатимуть. На електроопалення навіть у разі суворої економії може не вистачити й половини сімейного бюджету.

Згортання систем централізованого теплопостачання (СЦТ) замість їх модернізації із застосуванням сучасних високоефективних технологій позбавляє нас перспективи одержувати теплову енергію за прийнятною ціною, а державу Україна - забезпечення енергетичної незалежності й безпеки.

Українське теплопостачання - це клубок проблем технічного, техніко-економічного, нормативно-правового, соціального й фінансового характеру. Одні проблеми поглиблюють інші, ті, своєю чергою, породжують треті і в результаті утворюють замкнене порочне коло. Прикладом може бути типовий ланцюжок причинно-наслідкових зв'язків: споживачів не влаштовує показник ціна/якість - вони відключаються від СЦТ - обсяги реалізації теплової енергії падають - економічні показники підприємств теплопостачання погіршуються - треба підвищувати тариф - посилюється процес відключення споживачів від СЦТ. Усе, порочне коло замкнулося.

Ще одне протиріччя: СЦТ створюються на десятиліття, а період між виборами представників органів центральної та місцевої влади - не більш як п'ять років. Звідси велика спокуса швидких, зовні ефектних (але не ефективних) рішень. Наприклад, фрагментарна модернізація СЦТ, коли ласий об'єкт (лікарня, дитсадок, навчальний заклад) відключають від міської системи, встановлюючи там ефективне джерело теплової енергії, що належить, звичайно, приватному власникові, і рапортуючи про високу енергоефективність. А негативні наслідки для міської системи теплопостачання загалом, пов'язані з недозавантаженням потужних теплових джерел міста, при цьому залишаються за кадром. Таким чином, проблем багато, але є одна ключова - низька енергоефективність наявних СЦТ. Щоб розв'язати цю проблему, потрібне термінове й активне втручання держави, про що йтиметься нижче.

Ми серед лідерів, але позиції стрімко втрачаємо

У галузі централізованого виробництва теплової енергії Україна традиційно належить до країн-лідерів. У 1991 р. за обсягами виробництва ми поступалися лише Росії. Однак в останні роки нас обігнали європейські сусіди: Латвія, Естонія, Польща, не кажучи вже про Данію - лідера з розвитку централізованого теплопостачання. Нині у нашій країні до СЦТ приєднано близько половини опалювальної площі всіх будинків. Ще п'ять років тому цей показник становив 60%, а 30 років тому - 63%, рівно стільки, скільки нині в Данії.

Обсяги вироблення теплової енергії в СЦТ знижуються стрімкими темпами. За роки незалежності в сфері централізованого теплопостачання України нового створено занадто мало. Те, що робиться, - це спроба підтримувати стару систему в технічно справному стані. Але це погано виходить. Про це красномовно свідчать потоки гарячої води на тротуарах й автомобілі, що провалюються під землю на початку опалювального сезону. Енергоефективна модернізація галузі централізованого теплопостачання у нас у країні ще по суті не починалася. А Європа вже впроваджує СЦТ четвертого покоління. Але про це трохи нижче. Поки ж повернімося до українських реалій.

На зміну потужним українським СЦТ (київська система за потужністю посідає третє місце у світі) приходять домові, квартирні газові й електричні котли та бойлери. Ми дедалі більше й більше прив'язуємося до дорогого природного газу, електроенергії та втрачаємо потенційні можливості використовувати інші, дешевші, джерела енергії. Надійність СЦТ, особливо трубопроводів, катастрофічно знижується. Якість теплопостачання мало кого влаштовує. Що таке "недотопи", "перетопи", болісне очікування вмикання опалення в жовтні, всі користувачі централізованого теплопостачання відчули на собі. Пам'ятники вождям соціалізму знесли, вулиці перейменували, а от модернізувати застарілі радянські системи, які чесно своє відслужили, поки що не встигаємо.

Чому Європа розвиває централізоване теплопостачання

У 2010 р. у країнах ЄС частка централізованого теплопостачання становила лише 10%, але планується, що до 2030-го цей показник зросте до 30%, а до 2050 р. - до 50%. Чому в країнах Євросоюзу так активно розбудовують СЦТ? Причин кілька: диверсифікація джерел теплової енергії, підвищення енергетичної незалежності країни, можливість одержати дешеву теплову енергію, скорочення шкідливих викидів. Уже нині частка традиційних газових котлів у СЦТ європейських країн не перевищує 20% (в Україні - близько 60%). До 2050 р. частка таких котлів не перевищуватиме 10%.

Основні джерела теплової енергії - це комбіноване виробництво електричної та теплової енергії (когенерація), тверді побутові відходи, біопаливо, сонячна енергія, геотермальна енергія, теплова енергія морів, водойм, міські каналізаційні стоки, вентиляційні викиди, скидна теплова енергія промислових підприємств. Диверсифікація дає можливість зіскочити з газової голки, використовувати власні природні, сільськогосподарські, промислові ресурси, реалізувати принцип "відходи в енергію", підвищити енергонезалежність і безпеку країни. Нині в європейських країнах, насамперед у Данії, впроваджуються СЦТ четвертого покоління, характерними рисами яких є: використання низькотемпературного теплоносія, що дає змогу корисно використовувати міські теплові викиди; інтеграція джерел енергії в єдину мережу; забезпечення доступу до інтегрованої теплової мережі незалежних постачальників теплової енергії; динамічна взаємодія між постачальниками та споживачами теплової енергії; активна участь СЦТ у регулюванні електричних навантажень енергетичної системи; можливість бути складовою частиною інтегрованих інтелектуальних систем, зокрема систем охолодження; можливість забезпечити керуючі структури потрібною інформацією для планування витрат, режиму роботи, стратегічних інвестицій.

Відходи - в енергію

Систему централізованого теплопостачання слід розглядати не тільки як джерело теплової енергії, а й як міську систему утилізації, з допомогою якої можна перетворити продукти життєдіяльності людини на енергію. При цьому одночасно вирішуються енергетична й екологічна проблеми. Основними продуктами життєдіяльності людини, що неминуче утворюються в кожному місті, є тверді побутові відходи, мулові осади, а також тепла вода каналізаційних стоків. У сукупності вони на 40% можуть забезпечити місто тепловою енергією на опалення, а якщо утеплити наші холодні будинки, то й на 90%. На жаль, в Україні нині працює тільки один сміттєспалювальний завод (у Києві), що подає теплову енергію в СЦТ. Цей напрям слід розвивати, застосовуючи європейський досвід. У Європі 7% відходів використовуються для потреб теплопостачання. В окремих країнах цей показник суттєво вищий: у Швейцарії - 44%, Франції - 26, Швеції - 24%. Для теплопостачання промислових міст, таких як Запоріжжя, Маріуполь, Алчевськ, слід використовувати скидну теплову енергію промислових підприємств. Уже зараз у Запоріжжі для приготування гарячої води використовують скидну теплову енергію металургійного комбінату "Запоріжсталь". Однак це лише невелика частина наявного потенціалу скидної теплової енергії підприємства.

У рамках проекту USAID "Муніципальна енергетична реформа в Україні" було проведено енергетичний аудит низки міст - Києва, Запоріжжя, Одеси, Вінниці, Львова, Чернігова, Білої Церкви й розроблено попередні техніко-економічні обґрунтування проектів одержання дешевшої, ніж у газових котельнях, теплової енергії. Їх слід реалізовувати.

Когенерація

Комбіноване виробництво електричної й теплової енергії (когенерація) дозволяє на 10–30% знизити витрати палива порівняно з роздільним виробництвом цих видів енергії. Відповідно до Директиви 2012/27ЄС ефективні системи централізованого теплопостачання й охолодження - це системи, що використовують мінімум 50% відновлюваної енергії, 50% вторинних теплових енергетичних ресурсів, 75% теплоти когенерації або 50% сукупності теплоти від цих джерел. На жаль, таких систем в Україні поки що немає. Водночас нереалізований потенціал когенераційного виробництва електростанцій України є базисом, який допоможе нам якнайшвидше створити енергоефективні СЦТ. Установлена теплова потужність турбоагрегатів ТЕЦ, ТЕС і АЕС України в кілька разів перевищує потреби в тепловій енергії СЦТ.

На жаль, наявні в Україні когенераційні установки не тільки не приростають новими споживачами, а й неухильно втрачають ринок збуту теплової енергії. За 1990–2018 рр. когенераційний відпуск теплової енергії впав у чотири рази (паралельно зі зниженням загального відпуску теплової енергії від СЦТ). Чому в Європі когенерація розвивається, а в Україні вгасає?

Одна з причин криється в застарілих підходах до розподілу економії від комбінованого виробництва між електричною й тепловою енергією. В Україні її традиційно відносять головним чином на електричну енергію. Розрахункова ефективність виробництва теплової енергії в сучасних когенераційних установках за застарілими методиками часто виявляється меншою, ніж у газових котельнях, що гальмує розвиток когенерації в країні. Відому науково-методичну проблему об'єктивного розподілу витрат на паливо між електричною й тепловою енергією успішно вирішили на початку цього сторіччя в Національній академії наук України. Але розроблені рекомендації досі необов'язкові до виконання, що не дає змоги активно впроваджувати сучасні когенераційні технології. Потрібно надати розробленим рекомендаціям статус обов'язкового нормативно-технічного документа.

Існують і інші чинники, що обмежують розвиток когенерації в Україні, детальний аналіз яких виходить далеко за рамки розглянутої проблеми і є предметом окремої статті, яку ми плануємо підготувати. Проблеми когенерації слід вирішувати з використанням європейського досвіду (передусім Данії та Німеччини) і урахуванням наших реалій. Однак базова роль когенерації в трансформації застарілих українських СЦТ у сучасні енергоефективні системи безсумнівна.

Енергія сонця й навколишнього середовища

Ці джерела використовують безплатний енергетичний ресурс і не забруднюють навколишнього середовища шкідливими викидами. В Україні, завдяки стимулюючому ціноутворенню, активно впроваджуються сонячні електростанції. Однак великих централізованих сонячних джерел теплової енергії немає. У Європі у 2017 р. працювали 196 сонячних теплових потужностей сумарною встановленою потужністю 36 МВт. Ці установки використовуються разом з акумуляторами теплоти.

Перспективним напрямом впровадження енергоефективних СЦТ у приморських містах України є використання низькопотенційної теплової енергії Чорного моря, температура глибинних шарів води в якому в зимовий період не опускається нижче 9°С. Відомим прикладом подібної системи є найбільша у світі теплонасосна станція на морській воді з розрахунковою температурою +3°З VКrtan Ropsten (Стокгольм, Швеція) потужністю 180 МВт. Співробітниками Інституту газу й Інституту технічної теплофізики НАН України розроблено техніко-економічну пропозицію щодо використання теплоти Чорного моря для теплопостачання центральної частини Одеси. В основі пропозиції - комплексне використання теплових насосів і когенераційних установок на природному газі. При цьому питомі витрати природного газу на вироблення теплової енергії знижуються більш як удвічі порівняно з найефективнішими газовими котлами. Безумовно, впровадження таких установок потребує чималих капітальних витрат. Але подібні проєкти самоокупні.

Заміщення природного газу біопаливом

Ще один напрям, що дає можливість знизити собівартість теплової енергії в СЦТ і водночас підвищити енергетичну безпеку й незалежність нашої країни. Використання біопалива (дрова, деревна тріска, деревні пелети, тюки соломи, стебла кукурудзи, пелети з лушпайки, інші відходи сільськогосподарських культур) сприятиме розвитку місцевої й регіональної економіки, а на державному рівні - поліпшенню торговельно-платіжного балансу за рахунок зменшення імпорту енергоносіїв. За даними Біоенергетичної асоціації України (БАУ), що активно реалізовує концепцію розширення використання біопалива в СЦТ, вартість біопалива в цілому ряді випадків удвічі менша від порівнянної вартості природного газу, що дає змогу значно знизити тариф на теплову енергію. Досвід Литви це підтверджує. Середня вартість теплової енергії від котелень на біопаливі в 2015–2017 рр. була на 27–35% нижчою, ніж від газових котелень. БАУ пропонує створити ринок біопалива, що гарантує стабільні його поставки, а також спростити й гарантувати підключення до теплових мереж СЦТ незалежних виробників теплової енергії, у тому числі й тих, які використовують біопаливо та пропонують теплову енергію дешевше, ніж існуючі виробники.

Централізація чи децентралізація?

Це питання періодично активно обговорюється в широких колах виробників і споживачів теплової енергії. Багато міст уже відмовилися від централізованого теплопостачання і перейшли на індивідуальні або автономні системи (Ужгород, Марганець, Нікополь, Покров, Золочів, Долина), використовуючи головний аргумент - можливість споживача управляти теплоспоживанням і витратами на нього. Однак, як буде показано нижче, таку можливість дає й СЦТ.

Вибір тієї чи іншої системи теплопостачання - це завдання оптимізації, яке вирішується на основі застосування широко відомого методу витрат і вигід (cost-benefit analysis). При цьому мають розглядатися не тільки очевидні економічні показники, а й екологічні, а також показники надійності та безпеки з урахуванням прогнозів на перспективу.

Існують два основні критерії, які необхідно враховувати: щільність забудови (і, відповідно, щільність теплового навантаження), а також можливість одержання в тому або іншому районі міста теплової енергії з альтернативних джерел і когенерації. Повчальна історія виникнення СЦТ. Першу комерційну СЦТ було запущено в 1877 р. у районі з високою щільністю забудови Lockport, Нью-Йорк. Історія централізованого теплопостачання в Данії пов'язана з муніципальним районом Копенгагена Фредеріксборг і будівництвом там 1903-го сміттєспалювального заводу, скидне тепло від якого спрямовувалося в муніципальний госпіталь, дитячий будинок і будинок престарілих. Історія централізованого теплопостачання Ісландії пов'язана з геотермальною енергією та бере свій початок у 1908 р. На сьогодні понад 90% будинків у цій країні опалюються геотермальною енергією. Перша в Росії СЦТ (Санкт-Петербург, 1903 р.) використовувала теплоту відпрацьованої пари електростанції, яка подавалася в дитячу лікарню.

У радянський період централізоване теплопостачання набуло значного поширення. У ті часи поряд із економічними міркуваннями певний вплив мала й політична установка на загальну централізацію. Тому зараз доцільно переглянути, науково обґрунтувати й зафіксувати на довгострокову перспективу зони централізованого та децентралізованого теплопостачання, акцентуючи увагу на згаданих вище факторах.

Теплопостачання централізоване, регулювання індивідуальне

Вважається, що основною перевагою індивідуального теплопостачання порівняно з централізованим є можливість обліку та регулювання кількості спожитої теплової енергії в кожній квартирі. Але ж таку можливість можна забезпечити й у СЦТ. У нових будинках встановлюються індивідуальні теплові пункти, що забезпечують погодне регулювання, а в кожній квартирі - регулюючі вентилі та теплолічильники, які дають можливість управляти й оплачувати фактично спожиту кількість теплової енергії. У старих будинках, як правило, необхідна модернізація внутрішньобудинкового трубного розведення.

Харківські вчені розробили пропозиції щодо облаштування у кожній квартирі будь-якого багатоквартирного будинку, підключеного до СЦТ, індивідуальних систем теплопостачання й активно впроваджують його на практиці. Необхідно, щоб при здійсненні термомодернізації будинків впроваджувалися такі системи, які допомагають організувати поквартирний облік і регулювання теплоспоживання.

Проблема теплових мереж

Вона є вузьким місцем систем централізованого теплопостачання. Термін експлуатації 50% теплових мереж перевищує 20 років. Середні втрати в таких мережах, визначені розрахунковим шляхом, - 19%. Кількість пошкоджень труб у більшості населених пунктів сягає критичних величин. Так, в окремих районах Києва це 6 пошкоджень/рік·км при тому, що в європейських СЦТ цей показний не перевищує 0,1.

Однак проблема модернізації теплових мереж полягає не тільки в їхньому фізичному зношенні. Капітальні витрати на їх модернізацію досить великі, а строки окупності становлять не менш як 15 років. Виходить, що заміна трубопроводів - це непривабливі для інвесторів проєкти, а муніципалітети не мають достатніх фінансових ресурсів. Вихід полягає у комплексному підході до модернізації теплових джерел (самоокупні проєкти) і теплових мереж (інфраструктурні проекти). Лише в рамках реалізації комплексних проєктів можна залучити гроші на модернізацію теплових мереж.

Проблема достовірності інформації

Що не можна виміряти, тим не можна управляти, - це відома істина. Кількість природного газу ми вимірюємо не в одиницях енергії, як це прийнято в європейських країнах, а в одиниці об'єму. При цьому в розрахунках використовується якась усереднена величина калорійності природного газу. Водночас працівники котелень зазначають істотні коливання якості природного газу, що надходить у різні періоди часу. Підтвердити свої спостереження результатами вимірювань вони не можуть через відсутність дорогих сучасних приладів (потокових калориметрів).

Вимірювання фактичних втрат у теплових мережах приладовим методом є досить трудомістким завданням і виконується на практиці вкрай рідко. Рівень забезпечення теплолічильниками споживачів теплової енергії в нас у країні досить високий - близько 80%, але їх відсутність у 20% споживачів не дає змоги зводити фактичний баланс вироблення й споживання теплової енергії, а отже, і визначити фактичні втрати в теплових мережах. Узагалі-то проблема не тільки у відсутності тих чи інших приладів, а й у відсутності нормативних вимог і узвичаєної практики використання фактичних (вимірюваних) даних при складанні звітності.

У централізованому теплопостачанні склалася звична практика умовно-розрахункових показників. З ними простіше працювати, ніж з результатами фактичних вимірювань. А власне, кого це не влаштовує? Це не має влаштовувати тих, хто всерйоз планує розробляти й реалізовувати капіталомісткі інвестиційні проєкти, вкладати кошти в модернізацію СЦТ, брати та віддавати кредити. Адже енергетичні показники, про які ми говорили, є основою для розрахунків фінансових показників. Комплексний аналіз енергетичних і фінансових показників - це сфера енергетичного менеджменту. У нашій країні гармонізовано міжнародний стандарт ISO 50001 (Energy management systems - Requirements with guidance for use). Його необхідно активно впроваджувати в галузі централізованого теплопостачання, створюючи структурні підрозділи енергетичного менеджменту в муніципалітетах і теплопостачальних організаціях, а головне, займатися підготовкою кваліфікованих кадрів у цій галузі.

Комплексний підхід до термомодернізації будинків і СЦТ

Теплові джерела, мережі й приєднані до них будинки становлять єдину складну систему. Саме характеристики будинків визначають приєднане теплове навантаження, діаметри труб теплових мереж і встановлені потужності теплових джерел. Широкомасштабна термомодернізація будинків (на що ми сподіваємося) кардинально змінить усі ці параметри. Неузгоджений підхід до модернізації СЦТ і будинків неминуче призведе до прийняття неоптимальних технічних рішень і нераціонального використання фінансових ресурсів. На сьогодні у містах і населених пунктах України відсутні комплексні плани модернізації СЦТ і приєднаних до них будинків.

У європейських країнах розробляються єдині муніципальні енергетичні плани, у рамках яких розглядаються всі інфраструктурні системи населеного пункту, включаючи будинки, системи тепло-, газо-, електро-, водопостачання. Багато міст України - члени європейської асоціації "Енергоефективні міста" уже розробили такі плани. Але ці документи перебувають поза нормативно-правовим полем України. Необхідно виправити цей недолік, розробляти й реалізовувати такі плани.

СЦТ потребують державної підтримки

Ці системи створювалися централізовано, і модернізувати їх треба теж централізовано. Не хочеться робити негативні прогнози, але з великою часткою впевненості можна стверджувати, що без активної державної підтримки негативна тенденція згортання СЦТ триватиме й посилиться. Сьогодні в Україні відсутня державна стратегія модернізації та розвитку СЦТ. Такий документ мав бути розроблений. У ньому потрібно сформулювати основні концептуальні положення, викладені в цій статті. Як каталізатор, необхідна держпрограма модернізації та розвитку СЦТ, націлена здебільшого на відновлення теплових мереж. Наявність державної програми послужить потужним імпульсом для залучення інвестицій в енергоефективні теплові джерела. При цьому мають бути гарантовані рівні умови доступу до теплових мереж на конкурентній основі постачальникам теплової енергії різних форм власності.

Стратегію та державну програму треба підкріпити муніципальними планами довгострокового розвитку СЦТ, яким треба надати статус містобудівного документа. Такі плани мають бути пов'язані з муніципальними програмами термомодернізації будинків.

Вирішення розглянутої проблеми не можна відкладати. Ніхто не може гарантувати, скільки ще прослужать труби, які відпрацювали в землі двадцять і більше років. Раціонально використовуючи те, що ще може працювати, необхідно поетапно замінювати те, що використовувати вже не можна, на основі сучасних технологій централізованого теплопостачання.

Відповідаючи на запитання, винесене у заголовок статті, можна сказати, що СЦТ - це багата спадщина, яка, втім, швидко застаріває і яку необхідно раціонально використовувати найближчим часом для створення сучасних ефективних систем теплопостачання, здатних забезпечити нас тепловою енергією за цінами суттєво нижчими від тих, що ми платимо сьогодні, просто спалюючи дорогий природний газ у топках котлів.