Содержание к диссертации
Введение
1. Формирование целей и задач исследования. обзор известных исследований по определению максимальной дальности передачи тепловой энергии от источников централизованного теплоснабжения 12
1.1. Актуальность исследования 12
1.2. Обзор известных исследований 19
1.3. Цели и задачи исследования 28
2. Определение радиуса эффективного теплоснабжения с точки зрения себестоимости тепловой энергии для конечного потребителя 30
2.1. Методика определения себестоимости тепловой энергии в контрольных узлах системы теплоснабжения 30
2.1.1. Модель расчетной схемы теплоснабжения 30
2.1.2. Понятие себестоимости тепловой энергии в расчетных узлах СЦТ 34
2.1.3. Этапы определения СТС 36
2.1.4. Методика определения СТС 38
2.1.5. Оценка перспективного потребления тепловой энергии на цели теплоснабжения 41
2.1.6. Составление прогноза изменения потерь тепловой энергии в связи с дополнительным транспортом теплоносителя 47
2.1.7. Составление прогноза себестоимости тепловой энергии в течение длительного периода 60
2.2. Понятие альтернативной котельной. Методика расчета альтернативной котельной 63
2.2.1. Понятие альтернативной котельной 64
2.2.2. Методика расчета альтернативной котельной 65
2.3. Сравнительная оценка показателей себестоимости по вариантам. Определение радиуса эффективного теплоснабжения с точки зрения себестоимости производства тепловой энергии 74
2.3.1. Сравнительная оценка себестоимости по вариантам обеспечения конечных потребителей тепловой энергией 74
2.3.2. Определение радиуса эффективного теплоснабжения с точки зрения себестоимости тепловой энергии для конечного потребителя 77
2.3.3. Анализ результатов расчета 83
3. Определение радиуса эффективного теплоснабжения с точки зрения сопоставимости капитальных затрат на строительство/ реконструкцию теплоэнергетических объектов 86
3.1. Капитальные затраты на модернизацию существующей СЦТ для возможности обеспечения перспективных потребителей тепловой энергией 86
3.1.1. Структура затрат на подключение перспективных потребителей к существующим системам теплоснабжения 87
3.1.2. Капитальные затраты на строительство и реконструкцию тепловых сетей для рассматриваемого диапазона тепловых нагрузок 88
3.1.3. Выводы по результатам разработки раздела 101
3.2. Капитальные затраты на строительство альтернативной котельной 105
3.2.1. Структура затрат на строительство новой системы теплоснабжения, образованной на базе АК установленной мощностью 10 Гкал/ч 105
3.2.2. Капитальные затраты на строительство альтернативной котельной для рассматриваемого диапазона тепловых нагрузок 107
3.2.3. Выводы по разделу 3.2 Ill
3.3. Сравнительная оценка капитальных затрат по вариантам. Определение радиуса эффективного теплоснабжения с точки зрения капитальных затрат 112
4. Результаты расчета радиуса эффективного теплоснабжения 115
4.1. Корректировка значений с учетом коэффициента конфигурации тепловых сетей 115
4.2. Расчет результирующего радиуса теплоснабжения 116
4.3. Результаты расчетов для каждой точки сброса тепловой нагрузки 118
5. Практическое применение модели для решения инженерных задач 123
5.1. Расчет радиусов эффективного теплоснабжения для СЦТ г. Тюмени 125
5.1.1. Этап 1. Сбор и анализ характеристик системы производства и транспорта ТЭ 126
5.1.2. Этап 2. Анализ функциональной структуры теплоснабжения. Выявление теплоэнергетического оборудования, состоящего на техническом обслуживании/ балансе теплоснабжающих и теплосетевых организаций. Сбор и систематизация исходных данных о себестоимости производства и передачи тепловой энергии за последние 3 года 128
5.1.3. Этап 3. Моделирование гидравлических режимов работы системы теплоснабжения 128
5.1.4. Этап 4. Анализ гидравлических режимов работы СЦТ 129
5.1.5. Этап 5. Анализ балансов тепловой энергии в системах теплоснабжения. Определение среднего радиуса действия тепловой сети 130
5.1.6. Этап 6. Расчеты показателей себестоимости для точек сброса тепловой нагрузки 135
5.1.7. Этап 7. Сравнительная оценка себестоимости по различным вариантам обеспечения потребителей тепловой энергией. Расчет радиуса эффективного теплоснабжения с точки зрения себестоимости тепловой энергии 136
5.1.8. Этап 8. Расчет радиуса эффективного теплоснабжения с точки зрения капитальных затратна модернизацию СЦТ 141
5.1.9. Этап 9. Расчет результирующего значения РЭТ 144
5.1.10. Выводы по результатам расчета. Оценка эффективности централизованного теплоснабжения на территории города 146
5.2. Расчет технико-экономической целесообразности объединения СЦТ на территории г. Санкт-Петербурга 147
5.2.1. Этап 1. Сбор и анализ характеристик системы производства и транспорта ТЭ 149
5.2.2. Этап 2. Анализ функциональной структуры теплоснабжения. Выявление теплоэнергетического оборудования, состоящего на техническом обслуживании/ балансе теплоснабжающих и теплосетевых организаций. Сбор и систематизация исходных данных о себестоимости производства и передачи тепловой энергии за последние 3 года 151
5.2.3. Этап 3. Моделирование гидравлических режимов работы системы теплоснабжения 151
5.2.4. Этап 4. Анализ гидравлических режимов работы СЦТ 151
5.2.5. Этап 5. Анализ балансов тепловой энергии в системах теплоснабжения. Определение среднего радиуса действия тепловой сети 152
5.2.6. Этап 6. Расчеты показателей себестоимости для точек сброса тепловой нагрузки 155
5.2.7. Этап 7. Сравнительная оценка себестоимости по различным вариантам обеспечения потребителей тепловой энергией. Расчет радиуса эффективного теплоснабжения с точки зрения себестоимости тепловой энергии 156
5.2.8. Этап 8. Расчет радиуса эффективного теплоснабжения с точки зрения капитальных затрат на модернизацию СЦТ 157
5.2.9. Этап 9. Расчет результирующего значения РЭТ 157
5.2.10. Выводы по результатам расчета. Оценка целесообразности объединения изолированных систем централизованного теплоснабжения 159
Заключение 162
Список сокращений и условных обозначений 164 словарь терминов 166
Библиографический список
- Обзор известных исследований
- Составление прогноза себестоимости тепловой энергии в течение длительного периода
- Структура затрат на подключение перспективных потребителей к существующим системам теплоснабжения
- Этап 5. Анализ балансов тепловой энергии в системах теплоснабжения. Определение среднего радиуса действия тепловой сети
Введение к работе
Актуальность темы исследования. При централизованном теплоснабжении значительного числа потребителей возникают вопросы об области применения данного вида теплоснабжения на базе рассматриваемого источника и о выборе показателей эффективности, определяющих централизацию теплоснабжения на всей территории города.
Очевидная техническая необходимость проработки вариантов теплоснабжения перспективных потребителей дополняется целым перечнем нормативно-правовых актов, главным из которых для теплоэнергетической отрасли служит Федеральный закон от 27.07.2010 г. №190-ФЗ «О теплоснабжении». Согласно закону, при разработке Схем теплоснабжении муниципальных образований целесообразность подключения перспективных потребителей должна осуществляться с учетом критерия «радиуса эффективного теплоснабжения».
Степень разработанности темы исследования. Применяемые на практике методики решения задач по оптимизации зон действия систем централизованного теплоснабжения в настоящее время базируются преимущественно на оценке 1-2 характерных показателей без привязки к существующему положению в сфере производства, передачи и распределения тепловой энергии. Для повышения эффективности использования систем централизованного теплоснабжения необходимо осуществлять более детализированный сравнительный анализ по результатам оценки вариантов развития теплоснабжения в административных границах муниципальных образований. Для проведения аналитического сравнения необходимо внедрение современной методики определения критериев оценки эффективности централизованного теплоснабжения, позволяющей оценивать максимальную дальность передачи тепловой энергии.
Несмотря на значимость данного критерия, методика его определения не разработана научно-техническими организациями и не утверждена федеральными органами исполнительной власти в сфере теплоснабжения.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является
4 разработка методики определения критериев для оценки эффективности централизованного теплоснабжения.
К задачам исследования относятся:
-
Поиск и анализ существующих методик для определения максимальной дальности передачи тепловой энергии от источников централизованного теплоснабжения.
-
Сравнительная оценка централизованного и децентрализованного теплоснабжения по показателям структуры себестоимости тепловой энергии. Разработка методики расчета радиуса эффективного теплоснабжения с точки зрения себестоимости тепловой энергии.
-
Сравнительная оценка централизованного и децентрализованного теплоснабжения по показателям капитальных затрат на обеспечение потребителей тепловой энергией. Разработка методики расчета радиуса эффективного теплоснабжения с точки зрения капитальных затрат на подключение.
-
Разработка методики расчета результирующего радиуса эффективного теплоснабжения.
-
Апробация сформированной методики на примере систем централизованного теплоснабжения г. Тюмени и г. Санкт-Петербурга.
Научная новизна исследования. В рамках исследования впервые разработана аналитическая методика расчета радиуса эффективного теплоснабжения, имеющая неэмпирический характер и адаптированная к существующим реалиям рыночных отношений в сфере теплоснабжения. В исследовании впервые представлена оптимизационная модель, основанная на сравнительной оценке централизованного теплоснабжения от крупных источников тепловой энергии и локальных теплоисточников на примере автономной котельной.
Теоретическая значимость работы. В основу исследования положена теория оптимизации, целью которой является получение наилучших показателей эффективности теплоснабжения и минимизация расхода финансов при использовании централизованного или децентрализованного теплоснабжения. Разработанные теоретические основы позволяют обосновывать достижение целевых показа-
те л ей.
Практическая значимость работы заключается в возможности использования исследований и разработок, полученных в диссертационной работе, при решении следующих типовых инженерных задач:
-
Технико-экономическое обоснование перспективного источника тепловой энергии для новых потребителей (особо актуально при разработке перспективных Схем теплоснабжения муниципальных образований);
-
Технико-экономическое обоснование приоритетности расширения зоны действия изолированной системы теплоснабжения (объединение 2 или более систем теплоснабжения).
-
Технико-экономическое обоснование задач с изменением зон действия существующих источников тепловой энергии (расширение и разукрупнение зон).
Методология и методы исследования. Исследуемые в рамках диссертационной работы цели и задачи, решены путем теоретического анализа, формализации теоретических основ и построения оптимизационной модели развития систем теплоснабжения.
Положения, выносимые на защиту:
-
Методика определения радиуса эффективного теплоснабжения с точки зрения себестоимости тепловой энергии для конечного потребителя.
-
Методика определения радиуса эффективного теплоснабжения с точки зрения сопоставимости капитальных затрат на строительство/ реконструкцию теплоэнергетических объектов.
-
Методика определения результирующего радиуса эффективного теплоснабжения.
-
Результаты расчета структуры себестоимости тепловой энергии от альтернативной котельной для г. Тюмени.
-
Оценка капитальных вложений в строительство альтернативной системы теплоснабжения на базе альтернативной котельной для г. Тюмени для диапазона тепловых мощностей от 0 до 200 Гкал/ч.
-
Применение разработанной методики для решения задач по оптимиза-
ции зон действия источников централизованного теплоснабжения.
Достоверность и обоснованность результатов подтверждаются использованием математического аппарата моделирования развития систем теплоснабжения, известного при решении аналогичных задач по оптимизации зон действия централизованного теплоснабжения, и высокой сходимостью полученных результатов с действующими и планируемыми к реализации программами модернизации объектов коммунальной инфраструктуры (программы энергосбережения, инвестиционные программы и прочие программы развития объектов коммунального хозяйства в части систем теплоснабжения).
Апробация результатов. Основные результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на международной научно-практической конференции «Повышение эффективности энергетических хозяйств предприятий», проходившей на базе института комплексного развития и обучения «Крона» при Санкт-Петербургском государственном технологическом университете растительных полимеров с 4 по 5 марта 2015 года, на международной научно-технической конференции «Энергия-2015», проходившей в Ивановском государственном энергетическом университете с 21 по 23 апреля 2015 года.
Личный вклад автора. Сформированы теоретические основы с дальнейшей формализацией основных положений. Произведен анализ сходимости теоретических основ и фактического состояния объекта исследования.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 6 научных работ, 3 из которых опубликовано в научно-технических, информационно-аналитических и учебно-методических журналах, включенных в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий и рекомендованных Высшей аттестационной комиссией.
Структура диссертации. Диссертация состоит из оглавления, введения, 5 глав, заключения, списка сокращений и условных обозначений, словаря терминов, библиографического списка, 7 приложений. Содержание работы изложено на 229 страницах, в том числе 20 таблиц и 46 рисунков и список литературы из 123 наименований.
Обзор известных исследований
В случае ввода в эксплуатацию многоэтажного дома (или района с многоэтажной застройкой) выбор источника теплоснабжения затруднен. Централизованное теплоснабжение многоэтажной застройки эффективно с точки зрения плотности тепловой нагрузки. Однако при подключении могут иметь место существенные потери тепловой энергии, связанные с излишней транспортировкой теплоносителя (в случае значительной удаленности от существующего источника централизованного теплоснабжения). Выбор оптимального источника теплоснабжения для многоквартирной застройки должен основываться на сравнительной оценке операционных и капитальных расходов в системе теплоснабжения по различным вариантам обеспечения потребителей тепловой энергией.
В последнее время наметилась тенденция к постепенному прекращению комбинированной выработки электрической и тепловой энергии на действующих источниках тепловой энергии. Причиной этого является модернизация оборудования существующих ТЭЦ с многочисленным строительством высокоэкономичных ПГУ, которые ориентированы, прежде всего, на максимальную выработку электроэнергии, т.е. фактически ТЭЦ превращаются в ГРЭС. Максимальная выработка электрической энергии на модернизированных ТЭЦ возможна лишь при эксплуатации ПГУ в конденсационном режиме. Недостаток данной тенденции -необходимость покрытия тепловых нагрузок потребителей, подключенных к ТЭЦ. Для решения этой задачи строят водогрейные котельные, т.е. фактически намечается тенденция к раздельной выработке электрической и тепловой энергии, что не позволяет использовать в полной мере известные преимущества комбинированной выработки [67].
В сложившейся ситуации себестоимость производства тепловой энергии на существующих источниках, имеющих в своем составе водогрейные котлы с высокой степенью среднегодовой загрузки, несущественно отличается от себестоимости теплоснабжения при эксплуатации локального источника тепловой энергии -«альтернативной котельной». Кроме того, в последние годы на территории крупных городов все чаще наблюдается ситуация: в зоне действия существующих СЦТ наблюдается строительство значительного количества автономных котельных. Наблюдается ярко выраженный процесс котельнизации [5].
Случается и обратная ситуация: существующие тепловые сети передают тепловую энергию от ТЭЦ, ГРЭС и крупных котельных потребителям, которые значительно удалены от теплоисточника. Повышенные потери тепловой энергии в тепловых сетях в совокупности с высокими затратами электроэнергии на перекачку теплоносителя нивелируют все преимущества централизованного теплоснабжения, которое в подобной ситуации может и проигрывать децентрализованному теплоснабжению по показателям надежности и экономичности.
В настоящее время имеются научные разработки, посвященные сверхдальней транспортировке тепловой энергии, применение которых позволило бы отказаться от автономного теплоснабжения. В учебном пособии [92] рассмотрена принципиальная схема сверхдальней транспортировки тепловой энергии в химически связанном состоянии, базирующаяся на реакции паровой конверсии метана. Преимуществами такой схемы теплоснабжения является возможность передачи тепловой энергии на расстояния свыше 100 км и существенное упрощение схемы её транспорта. Однако подобные нетрадиционные схемы теплоснабжения не нашли широкого применения в нашей стране ввиду существенного усложнения и удорожания источников тепловой энергии и снижения удельной комбинированной выработки электрической энергии. Настоящее исследование базируется на рассмотрении традиционных систем теплоснабжения, образованных на базе ТЭЦ, ГРЭС и котельных.
Сравнение показателей энергоэффективности на стадии выбора варианта источника теплоснабжения позволяет исключить малоэффективные предложения инвестиционных проектов. Для сравнения вариантов необходимо иметь единый сравнительный показатель (единый критерий энергоэффективности различных источников энергоснабжения).
Если смотреть со стороны потребителей, то котельнизация может считаться эффективной тенденцией обеспечения потребителей тепловой энергией (минимизация капитальных затрат на строительство, максимальная автоматизация режимов производства и передачи тепловой энергии, повышение надежности за счет сокращения структурных элементов системы теплоснабжения [86]).
Оценка энергетической эффективности того или иного источника не должна производиться по единственному показателю - КПД. Для определения реальной энергетической эффективности теплоисточников в расчет КПД должны вноситься поправки на ценность вырабатываемого вида энергии. Согласно существующим методикам [3, 12], определение абсолютной энергоэффективности котельной, ТЭЦ и ГРЭС производится по следующим формулам:
Составление прогноза себестоимости тепловой энергии в течение длительного периода
Нормативы могут приниматься и по региональным нормативным документам, которые сочетаются с общегосударственными Требованиями энергетической эффективности. Например, для г. Санкт-Петербурга разработан и введен региональный методический документ [77].
Нормативы принимаются в зависимости от назначения зданий и их этажности. Таким образом, при известных значениях площади перспективной застройки задача определения перспективных тепловых нагрузок и теплопотребления значительно упрощается.
2.1.6. Составление прогноза изменения потерь тепловой энергии в связи с дополнительным транспортом теплоносителя
При подключении перспективной нагрузки на СЦТ будет иметь место повышение потерь тепловой энергии и теплоносителя в тепловых сетях. Величина прироста потерь тепловой энергии должна учитываться при составлении перспективных балансов тепловой энергии и тепловой мощности.
Потери тепловой энергии и теплоносителя в тепловых сетях при передаче тепловой энергии определяются в соответствии с [47] (с учетом дополнений), [30, 96, 97, 98].В настоящее время работы по утверждению в уполномоченных органах нормативов технологических потерь при транспортировке тепловой энергии в тепловых сетях являются неотъемлемой частью тарифного регулирования, что закреплено на законодательном уровне [47]. Тепловые потери в тепловых сетях подразделяются на 2 категории: 1) Тепловые потери с потерями сетевой воды; 2) Тепловые потери через изоляционные конструкции трубопроводов. 2.1.6.1. Тепловые потери с потерями сетевой воды ПСВ разделяются на технологические потери и потери с утечкой. К технологическим потерям относятся: ПСВ на пусковое заполнение тепловых сетей и систем теплопотребления в эксплуатацию после планового ремонта и с подключением новых сетей и систем после монтажа - Gn.n; ПСВ при проведении плановых эксплуатационных испытаний и других регламентных работ на тепловых сетях и системах теплопотребления Gn.H. К потерям сетевой воды с утечкой GyT относятся: ПСВ при нарушениях нормальных режимов работы систем теплоснабжения, связанных с повреждениями тепловой сети или систем теплопотребления и с проведением аварийно-восстановительных работ по их устранению; ПСВ с ее сливом или отбором из тепловой сети или систем теплопотребления на удовлетворение потребностей в тепловой энергии или воде, не предусмотренных техническими решениями и договорными отношениями. Расчётные годовые ПСВ для системы теплоснабжения в целом GncB (м /год) определяются по формуле: GpncB = GV + Gpn.a + Срп.и + GV (33) где Gpn.n - расчетные годовые ПСВ на пусковое заполнение тепловых сетей и систем теплопотребления в эксплуатацию после планового ремонта и с подклю 3 чением новых сетей и систем после монтажа, м ; GPn.H - расчетные годовые ПСВ при проведении плановых эксплуатационных испытаний и других регламентных работ на тепловых сетях и системах теплопотребления, м ;
Для перспективных систем теплопотребления в качестве отопительных приборов рассматриваются стальные радиаторы высотой 500 мм. Удельные объемы воды на 1 Гкал/ч расчетной отопительной и вентиляционной нагрузок определяются согласно Приложению 2 [98].
Определение расчётных ПСВ при проведении плановых эксплуатационных испытаний для системы теплоснабжения в целом
Расчётные годовые ПСВ при проведении плановых эксплуатационных испытаний, промывок, регулировок, принимаются в размере 0,5-кратного суммарного объема трубопроводов тепловых сетей и систем теплопотребления по формуле: где V0T, Ул - объем сетевой воды в трубопроводах тепловых сетей и системах теплопотребления соответственно в отопительном и летнем периодах работы системы теплоснабжения, м ;
Пот, пл - продолжительность соответственно отопительного и летнего периодов работы системы теплоснабжения, ч.
Объем сетевой воды в трубопроводах тепловых сетях и системах теплопотребления в отопительном сезоне определяется по формуле:
Тепловые потери через изоляционные конструкции трубопроводов Значения тепловых потерь тепловыми сетями через теплоизоляционные конструкции в общем виде зависят от следующих характеристик: вида теплоизоляционной конструкции и примененных теплоизоляционных материалов; типов прокладки (надземная, подземная канальная, бесканальная и т.п.) и их соотношений для данной тепловой сети; температурного режима и продолжительности работы тепловой сети в течение года; параметров окружающей среды: температуры наружного воздуха, грунта и характера ее изменения в течение года; материальной характеристики тепловой сети и ее структуры по диаметрам и протяженности трубопроводов; срока и условий эксплуатации тепловых сетей.
Поскольку расчёт энергетической характеристики тепловых сетей по показателю «тепловые потери» осуществляется после расчёта энергетической характеристики по показателю «потери сетевой воды», то в расчётах потерь тепловой энергии с потерями сетевой воды используются результаты расчёта энергетической характеристики по показателю «потери сетевой воды». Определение часовых тепловых потерь при среднесезонных условиях работы тепловых сетей
Часовые тепловые потери при среднесезонных условиях работы тепловой сети определяются по нормам тепловых потерь раздельно для подземной и надземной прокладок. Для подземной прокладки (ккал/ч) суммарно по подающему и обратному трубопроводам по формуле: QHnofl3=qnknLp (45) Для надземной прокладки раздельно по подающему и обратному (ккал/ч) трубопроводам по формулам: 0НнаД3.п = qHn kH.n L (3 (46) 0НнаД3.о = qH.o-kH.o-L (3 (47) где qn, qHn и qH0 — удельные часовые тепловые потери, Вт/м [ккал/(м-ч)]; L — длина трубопроводов на участке тепловой сети с диаметром d в двухтрубном исчислении при подземной прокладке и по подающей (обратной) линии при надземной прокладке, м; Р — коэффициент местных тепловых потерь, учитывающий тепловые потери арматурой, компенсаторами; кп, кнп, кно - поправочные коэффициенты, характеризующие соотношение между фактическими и нормативными тепловыми потерями для подземной прокладки суммарно по подающему и обратному трубопроводам и раздельно для надземной прокладки.
Удельные часовые тепловые потери принимаются по нормам тепловых потерь для тепловых сетей, тепловая изоляция которых выполнена согласно соответствующим нормам проектирования тепловой изоляции для трубопроводов и оборудования. Нормы тепловых потерь в зависимости от времени проектирования представлены в Приложении 1, 2 [47].
Значения удельных часовых тепловых потерь при использовании норм проектирования тепловой изоляции для трубопроводов и оборудования, представленных в Приложении 1 [47], определяются раздельно для подземной и надзем 54 ной прокладок при среднегодовой разности температур сетевой воды и окружающей среды (грунта или наружного воздуха, принимаемых по региональным климатическим характеристикам [4, 26, 103]) Atcprcp, С.
Структура затрат на подключение перспективных потребителей к существующим системам теплоснабжения
В ходе рассмотрения раздела о капитальных затратах на строительство изолированной системы теплоснабжения, образованной на базе АК, сделаны следующие выводы:
Структура капитальных затрат оценена на основании теплоисточника мощностью 10 Гкал/ч состоит из затрат на строительство теплоисточника и расходов на строительство тепловых сетей до конечного потребителя;
Наибольшую долю в структуре затрат занимают расходы, связанные с закупкой основного и вспомогательного оборудования теплоисточника и тепловых сетей;
Задачу определения капитальных затрат для источников тепловой энергии с установленной мощностью, отличающейся от 10 Гкал/ч, желательно производить в индивидуальном порядке с целью учета всех факторов, оказывающих влияние на величину капитальных затрат. При отсутствии возможности индивидуального подхода к определению капитальных затрат, их оценку допускается выполнять на основании полученной аппроксимации;
На основании анализа существенного объема данных о строительстве источников тепловой энергии за 20 последних лет сформирована эмпирическая регрессия, отражающая зависимость капитальных затрат на строительство котельной от установленной мощности котельной. Оценка выполнена с учетом уровня удорожания стоимости котельных за рассматриваемый период. Как показал анализ, искомая зависимость носит характер полиномиальной функции 2 степени, близкой к степенной функции;
На основании эмпирической регрессии рассчитан показатель капитальных затрат на обеспечение тепловой энергией единицы расчетной тепловой нагрузки в зависимости от подключаемой тепловой нагрузки. Дальнейшие расчеты основаны на зависимости согласно рисунку 17. Представленная функция носит гиперболический характер: с увеличением подключаемой тепловой нагрузки сокращаются удельные капитальные затраты в расчете на единицу тепловой мощности, и наоборот.
Расходы на строительство подкачивающих насосных станций также индивидуальны, т.е. величина расходов зависит от комплекса факторов, которые не могут быть вычислены единым аналитическим выражением. Наибольшее влияние на стоимость строительства насосных станций оказывает величина передаваемой тепловой нагрузки.
Радиус эффективного теплоснабжения Якз (М) ДЛЯ каждой точки сброса тепловой нагрузки с точки зрения капитальных затрат рассчитывается по следующей формуле:
Учитывая представленные выше исследования, следует определиться с областью применения методики расчета. Область применения методики расчета РЭТ с точки зрения капитальных затрат (а также в целом методики определения РЭТ) зависит от наличия сведений о капитальных затратах на реализованные проекты: модернизации СЦТ для обеспечения возможности подключения перспективных потребителей тепловой энергии; строительства котельных, которые могут рассматриваться как альтернатива СЦТ.
В рамках данного исследования область применения методики находится диапазоне возможного подключения тепловой нагрузки от 0 до 200 Гкал/ч. Данный диапазон может быть увеличен или сокращен (с целью достижения еще большей точности результатов). Однако в данном случае придется произвести серьезную работу по анализу представленных выше категорий капитальных затрат.
Результаты расчета радиуса эффективного теплоснабжения После проведения расчетов эффективного радиуса теплоснабжения с точки зрения себестоимости тепловой энергии и капитальных затрат на подключение потребителей к существующим СЦТ, необходимо производить всесторонний анализ полученных результатов.
Выходными данными для анализа являются 2 представленных критерия. Но для наибольшей информативности предлагается внедрить расчетный критерий №3, который позволит разграничить зоны эффективного теплоснабжения.
Корректировка значений с учетом коэффициента конфигурации тепловых сетей
Как отмечалось в научных трудах [66, 93], для приближения к реальным характеристикам систем теплоснабжения необходимо вводить в расчеты поправку на конфигурацию тепловых сетей. Данная поправка учитывается при использовании в расчетной модели коэффициента конфигурации тепловой сети:
Согласно [66], данная величина характеризует излишний транспорт тепла в тепловых сетях, связанный с выбором трассы. Значения коэффициента конфигурации для реальных проектов небольших нерезервированных сетей колеблется в пределах 1,25- -2,3, а значения порядка 1,2 -1,25 уже близки к оптимальным, т.е. соответствующим минимальному значению удельной материальной характеристики тепловой сети. С другой стороны (если не считать необходимого резервирования), значения 30=1,4-=-1,5 свидетельствуют об излишнем транзите тепла в сетях и завышенной материальной характеристике.
В зарубежной технической литературе рассматривается вопросы трассировки тепловых сетей, а также методы проектирования для оптимизации систем транспорта тепловой энергии [114]. Серьезный вклад в оптимизацию трассировки теплопроводов сделали Итальянские ученые Туринского Политехнического университета. В работах [121, 122] рассматривается функция себестоимости тепловой энергии в зависимости от трассировки тепловой сети. Целью оптимального выбора характеристик теплотрассы является минимизация функции себестоимости.
В настоящей методике расчета коэффициент конфигурации тепловых сетей принимается равным 1,3. Таким образом, расчет радиусов эффективного теплоснабжения по показателям себестоимости и капитальных затрат рассчитывается в соответствии с формулами:
Этап 5. Анализ балансов тепловой энергии в системах теплоснабжения. Определение среднего радиуса действия тепловой сети
В ходе выполнения расчетов выполнена целевая установка - рассчитан радиус эффективного теплоснабжения для тепловой камеры, от которой предполагается строительство тепломагистрали для объединения изолированных зон действия централизованного теплоснабжения. Как видно из рисунка, площадь окружности с рассчитанным радиусом R = 2 251,8 м полностью захватывает зону действия 1 Московской котельной, что свидетельствует о целесообразности реализации мероприятия.
Пониженная энергетическая эффективность СЦТ на базе 1 Московской котельной и соответствующая завышенная себестоимость тепловой энергии позволяют рассматривать мероприятие по объединению зон действия СЦТ, как мероприятие по энергосбережению и повышению энергетической эффективности. Энергосберегающий эффект выражается в сокращении потребления условного топлива теплогенерирующими установками. В соответствии с существующими методиками [31, 74, 108], потенциал энергосбережения может быть вычислен по формуле: AB=(bE-bM)xQno2=(171,49-151,46)x50033=1002161 кгут 1002,1 тут (93) где ЬБ - базовый расход условного топлива на отпуск тепловой энергии на 1 Московской котельной, кгу Т/Гкал; Ьм - удельный расход условного топлива на отпуск тепловой энергии после объединения систем теплоснабжения, кгу Т/Гкал; Qno2 - полезный отпуск тепловой энергии потребителям, которые подключены в настоящее время к 1 Московской котельной, Гкал. Таким образом, годовой потенциал энергосбережения оценивается на уровне 1002,1 тут. При этом экономический эффект будет отражаться и в других составляющих себестоимости тепловой энергии:
В связи с сокращением доли оборудования, находящегося на техническом обслуживании после модернизации сократится и амортизационная состав 160 ляющая, переносимая в структуру себестоимости тепловой энергии в объединенной системе теплоснабжения;
В связи с отсутствием необходимости содержания персонала, эксплуатирующего 1 Московскую котельную, сократится ФОТ. ФОТ персонала, который будет эксплуатировать НС на месте котельной значительно ниже ФОТ при эксплуатации теплоисточника [38]; Также сократятся и прочие затраты, занимающие существенную долю в структуре себестоимости тепловой энергии от 1 Московской котельной в базовом периоде.
Таким образом, экономический эффект от реализации мероприятия составляет 7,151 млн. руб. Капитальные затраты по объединению СЦТ по большей части относятся на прокладку тепломагистрали, объединяющей 2 СЦТ теплоснабжения. Срок окупаемости мероприятия вычисляется по формуле: т= КЗ = 5_990Д = 7 лет =10 мес АЭ 7 151,0 V 161 где КЗ - капитальные затраты на объединение СЦТ с учетом цен прогнозируемого года реализации, тыс. руб.
Срок окупаемости составит менее 1 года, что позволяет судить о мероприятии, как о высоко эффективном, что в целом подтверждает результат расчета радиуса эффективного теплоснабжения применительно к рассматриваемой задаче.
Следует еще раз подчеркнуть, что рассчитанная величина не является универсальным критерием для оценки целесообразности присоединения любой из систем теплоснабжения, смежных с СЦТ на базе Южной ТЭЦ. На основании численного значения можно судить лишь о целесообразности объединения 2 конкретных СЦТ: на базе Южной ТЭЦ и 1 Московской котельной. Аналогичная задача может рассматриваться и для других смежных СЦТ, образованных на базе следующих теплоисточников:
Для каждой СЦТ теплоснабжения расчет отличается и может быть выполнен в соответствии с представленным в разделе 5.2 алгоритмом.
Повышение энергетической эффективности путем объединения зон теплоснабжения может осуществляться лишь в случае ликвидации ведомственной разобщенности в рассматриваемых системах теплоснабжения, т.е. передаче на техническое обслуживание/баланс ЕТО всего теплоэнергетического оборудования. Передача оборудования осуществляется в соответствии с Правилами технической эксплуатации тепловых энергоустановок [48] и другой разрешительной документацией.
В рамках диссертационной работы рассмотрены существующие методики определения зон эффективного теплоснабжения. По результатам исследования сформирована унифицированная методика вычисления критериев для оценки эффективности централизованного теплоснабжения в зависимости от дальности транспортировки теплоносителя.
В диссертационной работе применяется метод оптимизации, который заключается в сравнении и выборе оптимальных значений характерных показателей для СЦТ и альтернативных (замещающих) источников тепловой энергии. Для сравнения используются следующие технико-экономические показатели:
Детальное рассмотрение данных показателей является необходимым и достаточным для оценки хозяйственной деятельности теплоснабжающих организаций. Анализ полученных результатов расчета позволяет определять заинтересованные стороны в мероприятиях по подключению перспективных потребителей к существующим СЦТ и осуществлять поиск компромиссных решений.
Разработанная методика не ограничивается расчетом радиусов эффективного теплоснабжения для определения целесообразности подключения потребителей к перспективной застройке. Методика позволяет решать и иные задачи по оптимизации зон действия существующих СЦТ.