В.Е. Губин, С.А. Косяков. Определение фактического спроса на
advertisement
Определение фактического спроса на тепловую энергию при выборе направлений реконструкции ТЭС В.Е.Губин, С.А.Косяков, к.т.н. Региональный центр управления энергосбережением Томский политехнический университет E-mail: gubin@es.tomsk.ru В энергетике России заметны последствия неблагоприятных тенденции прошедшего десятилетия. За 1990 – 1999 гг. при общем снижении отпуска тепла от ТЭЦ на 252 млн Гкал (34%) отпуск тепла от собственных источников теплоснабжения предприятий (как правило, от котельных) возрос на 52 млн Гкал. Выработка электроэнергии на ТЭЦ по конденсационному циклу с 1990 г. сохраняется на уровне 40%. А в 1999 г. 59 крупных ТЭЦ даже увеличили выработку электроэнергии по конденсационному циклу. По итогам 2000 г. таких ТЭЦ было 46[1]. Объективно-обусловленное удорожание тепла, отпускаемого от ТЭЦ, привело к тому, что в настоящее время сложилась устойчивая тенденция к сооружению промышленными предприятиями собственных котельных и отказа от тепловой энергии ТЭЦ. При этом около 3 млн кВт мощности турбин с противодавлением простаивают и переведены в ограничения из-за отсутствия тепловых нагрузок. При вводе оборудования в резерв электростанции несут дополнительные материальные затраты. Влияние перечисленных причин оказалось сопоставимым с полученным снижением удельных расходов топлива на отпускаемую от ТЭЦ тепловую энергию. В результате продолжилось сокращение потребления тепловой энергии промышленными предприятиями. За 1996 – 1999 гг. отпуск теплоэнергии из производственных отборов турбоагрегатов уменьшился на 28 млн Гкал (14%)[2]. Серьезной проблемой для производителя энергии является отсутствие данных о фактическом спросе на тепловую энергию. Рассмотрим подробнее трудности правильной оценки фактического и прогнозируемого спроса на тепловую энергию ТЭС. Количество и качество жилищно-коммунальных услуг, предоставляемых населению, должно соответствовать определенным стандартам. Однако нормативы потребления услуг (в расчете на одного человека или на один квадратный метр жилья). зачастую не отражают реально необходимое потребление. Как показывает практика, при оснащении счетчиками потребители начинают платить гораздо меньше. Это происходит потому, что потери в сетях закладываются в нормативы. И в условиях, когда количество счетчиков у населения пока невелико, потребители оплачивают бесхозяйственность жилищно-коммунальных служб, что не побуждает последние снижать потери. Кроме того, нормативы не учитывают индивидуальные особенности различных потребителей. Используются усредненные нормативы, которые не учитывают особенности жилья и состояние окружающей среды. На самом деле, конечный результат зависит от множества факторов. Например, реальная температура воздуха в помещении зависит от материала стен (кирпич или бетон), высоты потолков, температуры за окном и т.д. В результате, даже при соблюдении нормативов качество услуг зачастую не удовлетворяет потребителя. Еще один важный аспект – несоблюдение стандартов по количеству и качеству предоставляемых услуг. Существующая система обеспечения населения ресурсами не позволяет учитывать уровень качества предоставляемых услуг, в частности не позволяет жильцу поддерживать в помещениях комфортную именно для него температуру. Одна из причин этого – отсутствие в договорах на услуги разделов, содержащих конкретные условия по параметрам качества предоставляемых услуг, и, как следствие, отсутствие механизма компенсаций за снижение их качества. Часто несовпадение между фактическим отпуском тепла источниками теплоснабжения и предъявляемой к оплате тепловой энергией становится парадоксальным. Небаланс имеет место потому, что учет тепловой энергии у поставщика тепловой энергии и ее потребителя ведется разными способами. Обычно у поставщика учет произведенного им тепла обеспечен техническим средством (теплосчетчиком). Учет же потребляемого тепла в общем случае - не приборный, так как приборы установлены лишь у некоторых потребителей, а для большинства остальных потребителей «начисление» ведется расчетным способом. Что это значит? Это значит, что все «отпущенное» тепло «распределяется» между «безучетными» потребителями «пропорционально договорной нагрузке». Система взаимоотношений между производителями и потребителями тепловой энергии тоже несовершенна, причем негативные факторы отрицательно сказываются и на функционировании источников тепловой энергии. Описанная практика оплаты тепловой энергии не стимулирует ни производителей, ни потребителей к экономии тепловой энергии. Она подталкивает энергоснабжающую организацию не к уменьшению потерь, а наоборот к их увеличению, так как это увеличит общую «реализацию» тепловой энергии. Она не стимулирует потребителя энергии потреблять ее меньше, так как все количественные показатели, по которым начисляется плата, останутся неизменными. Кроме того, такая схема не стимулирует энергоснабжающую организацию к оснащению потребителей приборами учета потребленной энергии, так как на потребителей с приборами учета невозможно «списать» потери. Используемая для планирования договорная нагрузка не выдерживает никакой критики. В настоящее время основой для расчета нагрузки являются проектные данные, которые не отражают многих изменений тепловых балансов зданий, прогресса в ограждающих конструкциях, тенденций и предпочтений политики энергосбережения. Очевидно, что кроме геометрических характеристик существует множество факторов, влияющих на объемы теплопотребления, такие как, температурные условия окружающей среды, внедрение энергосберегающих технологий на объектах теплопотребления, уровень износа ограждающих конструкций, изменения в нормативно-правовой базе и тарифообразовании и многое другое. Становиться очевидной необходимость создания системы мониторинга и учета потребляемых ресурсов[3]. Это требует решения многих вопросов, и, в том числе, необходимо разработать методики, позволяющих оценить влияние изменений в системе теплоснабжения на режимы ТЭС. Такие методики позволят оценить целесообразность совершенствования оборудования тепловых электрических станций с точки зрения перспективного спроса на тепловую энергию. Тепломагистраль должна рассматриваться как один из основных структурных элементов системы теплоснабжения. Эффективность использования теплоты во многих случаях недостаточна: завышены потери теплоты в тепловых сетях; разрегулировка и низкая гидравлическая устойчивость систем теплопотребления обуславливают общий перерасход теплоты и теплоносителя при недогреве одних и перегреве других потребителей и т.п. Главная методическая проблема при эксплуатации систем теплоснабжения - составление корректных материального и теплового балансов. Как показывает практика, в реальных производственных условиях представить корректный энергетический баланс разветвленной сети очень сложно из-за большого количества влияющих факторов. Для решения данной проблемы необходимо использовать метод идентификации сложных объектов, а также корректно применить исходную информацию, которая имеется на предприятиях и в АО-энерго. В первом приближении вырисовывается следующая картина: - регистрируются величины: теплоты, отпускаемой по подающей магистрали, и возвращаемой на источник обратной магистрали, разница между которыми включает как полезное тепло, так и потери; возникает вопрос, какую величину потерь считать технологически оправданными, т.е. нормативными; -помимо потерь теплоты существуют еще и потери расхода – это также вызывает несколько противоречий, например: 1) какие из потерь на горячее водоснабжение считать нормативными и как их определять; 2) как определять нормативную величину потерь на системы отопления; 3) какой величиной магистральных потерь следует задаваться и т.д. Вышеприведенные проблемы могут решаться реализацией комплексного активного мониторинга и управлении нагрузками тепломагистралей на его основе. Описанное выше приводит к трем типовым ситуациям: - тепломагистрали, полностью охваченные учетом; - тепломагистрали, охваченные учетом частично; - тепломагистрали, не охваченные учетом совсем. Для каждой ситуации построение процедуры верификации балансов будет иметь свои особенности. Для правильного распределения тепловой энергии между потребителями применяется балансовый метод. Он подразумевает суммирование потреблённой объектами энергии с учётом реальных часов потребления, потерь и показаний приборов учёта. Производится вычисление коэффициентов небаланса относительно отпущенной источниками энергии. Фактические величины потребления энергии объектами корректируются с учетом этих коэффициентов. Опыт применения балансового метода позволяет сделать ряд выводов. 1. Необходимо сводить баланс в масштабах всего города или в локально расположенных не связанных между собой тепловых сетях. 2. Сводить баланс какой-то части теплосети возможно только при наличии приборов учёта на всех границах этой части. 3. Для расчета должны браться все объекты и реальные показания приборов учета. 4. Должны быть учтены нормативные потери во всех трубопроводах сети. 5. Должны быть учтены все акты нарушений и несанкционированного водоразбора за расчётный месяц. Методика верификации балансов тепломагистрали удовлетворяет следующим требованиям: 1. Универсальность – возможность применения на всех уровнях иерархии энергосистемы. 2. Быстротечность – максимально сжатые сроки проведения обследования. 3. Достоверность результатов и доступная для анализа форма выходных данных. Экспресс-обследование состоит из двух основных стадий: 1) дистанционной; 2) инструментальной. При определенных условиях достаточно будет использование одной из них. Проведение дистанционного этапа осуществляется при наличии прибора учета на головном участке обследуемой тепломагистрали. Положительными сторонами данного этапа является возможность дистанционного обследования интересующего участка тепловых сетей, а также возможность полной автоматизации процесса. Исходными данными для анализа служат договорные фактические нагрузки всех потребителей, запитанных на данном участке тепловых сетей, и показания приборов учета на данной магистрали. Данные запрашиваются дистанционно посредством опросных листов у энергоснабжающей организации, причем их рекомендуется представлять в форме электронных таблиц (в среде Excel). После получения исходных данных формируется система псевдообъектов, представляющих собой совокупность потребителей, соединенных в один узел (псевдообъектом может считаться тепловая камера, ЦТП, ПНС и т.п., в зависимости от масштабов исследования ). Псевдообъект может быть как охваченным приборами учета, так и не охваченным. На тех объектах, где есть приборы учета сравниваем показания приборов с договорными нагрузками. Для визуализации результатов сравнения вводится индикатор энергоэффективноси тепломагистрали – коэффициент несоответствия (приборный) фактических нагрузок договорным Кприб. Определяем этот коэффициент для каждого псевдообъекта, охваченного учетом по соотношению: Кприб. n = Qприб. n Qдогов. n , где Qприб. n - тепловая нагрузка псевдообъекта по прибору учета, Гкал; Qдогов. n - сумма договорных тепловых нагрузок всех отдельных потребителей, входящих в псевдообъект, Гкал. Следующим шагом определяется усредненный коэффициент несоответствия по соотношению: Кприб. ср = Кприб. n n , где n – количество псевдообъектов, охваченных учетом. В местах наибольшего несоответствия Кприб. ср и Кприб. возможна инструментальная проверка показаний прибора учета тепловой энергии. Это позволяет аудитору уже на начальном этапе выявить “сомнительные” показания и произвести уточнение. Для получения реальной картины в рамках экспресс-подхода предлагается результаты анализа псевдообъектов, охваченных приборами учета, распространить на всю тепломагистраль. Для этого суммарную тепловую нагрузку каждого псевдообъекта, не охваченного учетом, домножаем на Кприб. ср : Qбу. к = Qдогов. к * Кприб. ср , где Qбу. к - тепловая нагрузка псевдообъекта, не охваченного учетом, с поправкой на несоответствие договорных нагрузок приборным, Гкал. Для проверки баланса тепломагистрали необходима величина нормативных потерь. Нормативные потери должны быть предоставлены энергоснабжающей организацией, если иное не предусмотрено дополнительно в договоре с организацией, осуществляющей энергоаудит. Для верификации баланса суммируем показания по всем псевдообъектам и добавляем к полученному значению величину нормативных потерь; в результате получаем фактическую величину нагрузки тепломагистрали: Qфакт. тм1 = Qприб. n + Qбу. к + Qпотерь. Результатом данного этапа будет сравнение полученной из последнего выражения величины Qфакт. тм1 и показаний прибора учета тепловой энергии на границе балансовой принадлежности исследуемого участка тепловых сетей. В случае большого расхождения рекомендуется переходить ко второму этапу экспресс-подхода верификации балансов тепломагистрали – инструментальному. Инструментальный этап может выступать не только в качестве продолжения дистанционного, но и как самостоятельный этап при отсутствии прибора учета в начале исследуемой тепломагистрали. В отличии от дистанционного инструментальный этап предполагает технологическое участие группы квалифицированных экспертов, обладающей необходимой материально-технической базой для проведения инструментальных замеров с целью определения тепловых нагрузок псевдообъектов и тепломагистрали в целом. Экспертами после ознакомления со схемой тепломагистрали в зависимости от ее сложности принимается решение об измерении тепловых нагрузок не менее 10% псевдообъектов, не охваченных приборным учетом, и проведении замеров в начале исследуемой тепломагистрали. Далее по аналогии с предыдущим этапом вводится еще один индикатор энергоэффективноси тепломагистрали – коэффициент несоответствия (инструментальный) фактических нагрузок, полученных в результате замеров, договорным Кинстр. Для псевдообъектов, вошедших в число замеряемых, Кинстр. m определяется из соотношения: Кинстр. m = Qзамер. m Qдогов. m , где Qзамер. m - тепловая нагрузка псевдообъекта, полученная в результате замера, Гкал; Qдогов. m - сумма договорных тепловых нагрузок всех отдельных потребителей, входящих в данный псевдообъект, Гкал. Определяется усредненный коэффициент несоответствия по соотношению: Кинстр. ср = Кинстр. m m , где m – количество псевдообъектов, подвергнутых инструментальным замерам. После получения этих данных возможен первичный анализ с целью выявления: 1. несоответствия договорных нагрузок показаниям приборов учета; 2. несоответствия договорных нагрузок показаниям инструментальных замеров; 3. несоответствия показаний приборов учета инструментальным замерам. Уже после таких исследований можно сделать некоторые выводы об энергоэффективности данного участка системы транспорта тепла. После первичного анализа распространяем, посредством использования Кинстр. ср, результаты замеров на оставшуюся часть псевдообъектов, не охваченных учетом: Qбу. z = Qдогов. z * Кинстр. ср , где Qбу. z - тепловая нагрузка псевдообъекта, не охваченного учетом и инструментальным замером, с поправкой на несоответствие договорных нагрузок инструментально замеренным, Гкал. В качестве окончательного результата определяем: Qфакт. тм2 = Qприб. n + Qзамер. m + Qбу. z + Qпотерь. Сравниваем полученное значение с результатом инструментального измерения тепловой нагрузки на границе балансовой принадлежности Qинстр. тм. Разработанные авторами методики мониторинга нагрузок тепломагистралей и верификации баланса тепловой сети являются первыми шагами в создании разветвленной системы мониторинга потребляемой тепловой энергии, а также эффективным инструментом оптимизации вариантов реконструкции источников теплоснабжения. Важной особенностью подхода является оценка фактического состояния системы с учетом различных факторов, влияющих на режимы работы энергосистемы. Изучение и анализ последствий изменения рынка тепловой энергии на эксплуатацию ТЭЦ является важной задачей при реформировании энергетики[4]. Только полномасштабный анализ и грамотное прогнозирование динамики спроса на тепловую энергию позволит решить проблему корректной оценки. И это предопределит выбираемую последовательность внедрения энергосберегающих мероприятий на ТЭС. ЛИТЕРАТУРА 1. Губин В.Е., Косяков С.А. Малоотходные и ресурсосберегающие технологии в энергетике. – Томск: Изд-во НТЛ, 2002. – 252с.: ил. 2. Фадеев А.В., Фадеева О.Н. Комплексные проблемы развития теплоснабжающих систем. – Новосибирск: Наука, 2000. – 256 с. 3. Губин В.Е., Косяков С.А. О необходимости разработки процедуры верификации энергобалансов тепломагистралей на основе применения ультразвуковых расходомеров / Материалы седьмой Всероссийской научно-технической конференции “Энергетика: экология, надежность, безопасность”/. - Томск: Изд-во ТПУ, 2001 г., Т.1. - 295с. 4. Губин В.Е., Косяков С.А. Планирование потребительского спроса на тепловую энергию на основе тепловых нагрузок здания, района, города / Восьмая международная научнопрактическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых “Современные техника и технологии”. Сб. статей /. – Томск: Изд-во ТПУ, 2002 г. – 225 с.
