CC BY
52
Оригинальная статья / Original article УДК 620.311
DOI: http://dx.doi.org/10.21285/1814-3520-2019-4-751 -763
Научно-методическое обеспечение оптимального развития теплоснабжения и его практическая реализация на территории Иркутской области
© В.А. Стенников, А.В. Пеньковский, И.В. Постников, О.А. Еделева, Е.Е. Медникова, Т.В. Добровольская, П.А. Соколов
Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН, г. Иркутск, Россия
Резюме: Цель - комплексное преобразование теплоснабжающих систем с целью повышения их надежности, управляемости, экономичности и создания комфортных условий для потребителей; формирование методических принципов построения новых современных теплоснабжающих систем и разработка актуального вычислительного инструментария по оптимальному планированию развития и функционирования теплоснабжающих систем. Использована методология многоуровневого структурирования и декомпозиции, современных методов математического моделирования и оптимизации, модели и методы теории гидравлических цепей и теории управления. Определены перспективные направления развития централизованного и децентрализованного теплоснабжения, рассмотрены энергоэффективные технологии производства энергии на базе когенерации, апробированы рекомендации по объемам и срокам реконструкции действующих и планируемых в перспективе теплоэнергетических объектов по годам на период до 2023 г., а также проанализированы механизмы формирования стабильных и благоприятных условий привлечения инвестиций. Получена комплексная оценка ситуации с теплоснабжением в регионе, отражающая особенности и проблемы текущего состояния, которое позволило определить рациональные пути их устранения.
Ключевые слова: научно-методическое обеспечение, теплоснабжающая система, производство и потребление тепловой энергии, источники тепла, прогноз теплопотребления, модернизация
Благодарности: Исследования выполнены при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 17-48-380010 р_а)
Информация о статье: Дата поступления 09 апреля 2019 г.; дата принятия к печати 05 июня 2019 г.; дата он-лайн-размещения 31 августа 2019 г.
Для цитирования: Стенников В.А., Пеньковский А.В., Постников И.В., Еделева О.А., Медникова Е.Е., Добровольская Т.В., Соколов П.А. Научно-методическое обеспечение оптимального развития теплоснабжения и его практическая реализация на территории Иркутской области. Вестник Иркутского государственного технического университета. 2019;23(4):751-763. DOI: 10.21285/1814-3520-2019-4-751-763
Scientific and methodological support
of heat supply optimal development
and its practical implementation in the Irkutsk region
Valeriy A. Stennikov, Andrei V. Penkovskiy, Ivan V. Postnikov, Olga A. Edeleva, Ekaterina E. Mednikova, Tatiana V. Dobrovolskaya, Pavel A. Sokolov
Melentiev Energy Systems Institute SB RAS, Irkutsk, Russia
Abstract: The purpose of the paper is an integrated transformation of heat supply systems in order to improve their reliability, manageability, efficiency and create comfortable conditions for consumers as well as formation of methodological principles of new modern heat supply systems construction and development of relevant computing tools for optimal planning of heat supply system development and operation. The study employs the methodology of multilevel structuring and decomposition, modern methods of mathematical modeling and optimization, models and methods of the theory of hydraulic circuits and control theory. The promising development directions of centralized and decentralized heat supply are identified. Energy efficient technologies of energy production based on cogeneration are considered. Recommendations on the reconstruction volumes and terms of currently operating and planned for the future heat power facilities arranged by the years for the period until 2023 are approved. Formation mechanisms of stable and favorable conditions of
investment attraction are analyzed. We have obtained a comprehensive assessment of the situation with heat supply in the region that reflects the features and problems of the current state, which allowed to outline the rational ways of their elimination.
Keywords: scientific and methodological support, heat supply system, production and consumption of thermal energy, heat sources, forecast of heat consumption, modernization
Acknowledgements: Researches are executed with the financial support of the Russian Foundation for Basic Research (grant No. 17-48-380010 p_a)
Information about the article: Received April 09, 2019; accepted for publication June 05, 2019; available online August 31, 2019.
For citation: Stennikov V.A., Penkovskiy A.V., Postnikov I.V., Edeleva O.A., Mednikova E.E., Dobrovolskaya T.V., Sokolov P.A. Scientific and methodological support of heat supply optimal development and its practical implementation in the Irkutsk region. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2019;23(4):751-763. (In Russ.) DOI: 10.21285/1814-3520-2019-4-751-763
1. ВВЕДЕНИЕ
Теплоснабжение в России имеет большую социальную, экономическую, энергетическую и экологическую значимость. На долю Российской Федерации приходится около 44% мирового централизованного производства тепловой энергии. Именно здесь сосредоточен наибольший потенциал энергосбережения (94-110 млн т у. т.). Реализация этого потенциала обусловливает необходимость решения двух взаимосвязанных проблем системного характера. Первая из них состоит в переходе на новый уровень технологий и оборудования и предполагает комплексное преобразование теплоснабжающих систем (ТСС) с целью повышения их надежности, управляемости, экономичности создания комфортных условий у потребителей. Этому способствует сформировавшийся и продолжающий развиваться рынок современного энергоэффективного оборудования и технологий как отечественного, так и зарубежного производства, а также появление сервисной инфраструктуры, обеспечивающей обслуживание инновационного уровня энергоустановок [1, 2]. Вторая задача заключается в формировании методических принципов построения новых современных ТСС и разработке инновационного вычислительного инструментария по оптимальному планированию развития и функционирования [2-4]. Внедрение новых энергоэффективных технологий должно осуществляться по результатам их обоснования в соответствии с методологией опти-
мального проектирования ТСС [5], учитывающей их существующее состояние и актуальные требования по эффективности, надежности и экологичности [6, 7]. Применение адекватных современным требованиям научно-методического и вычислительного инструментария для принятия решений по построению сегодняшних ТСС позволит организовать процесс их инновационного преобразования максимально реализующим преимущества теплофикации (когенерации) и обеспечивающим оптимальное сочетание централизованного и децентрализованного теплоснабжения с интеграцией распределенной генерации энергии.
В период интенсивного развития централизованного теплоснабжения в СССР в 1960-1970 годы сформировалась комплексная методология обоснования решений по развитию теплоснабжения на различных уровнях территориальной и временной иерархии [8]. Эта методология базировалась на упрощенных принципах построения систем и централизованном планировании инвестиций.
Либерализация экономики России в 1990-е годы существенно изменила условия развития теплоснабжения и обоснования соответствующих решений. Радикально претерпели диверсификацию имущественные отношения, форма собственности, инвестиционные процессы, иной стала роль государства, централизованное управление развитием теплоснабжения сменилось на опосредованное регулирование, это произошло при влиянии экономи-
ческих и правовых механизмов, которые оказали значительное воздействие на эволюцию страны в целом.
В приведенных условиях важной задачей становится разработка государственных энергетических стратегий и программ, включающих желаемые с точки зрения общегосударственных приоритетов направления развития топливно-энергетического комплекса и механизмы их реализации, согласующие интересы многих субъектов отношений на разных уровнях: федеральных и региональных органов власти, энергокомпаний, потребителей, инвесторов, общественных движений и др.
Опыт работы по обоснованию направлений развития теплоснабжения различных территориальных образований выявил целесообразность формирования многоуровневой схемы его планирования и создание соответствующего методического аппарата. В этой иерархии первичным является уровень города, населенного пункта1 [9]. Информация, получаемая по результатам оптимизации городских систем, передается на региональный уровень и затем интегрируется на уровне страны (восходящее планирование). В итерационном процессе она передается с верхнего на нижний уровень (нисходящее планирование). Методика, с одной стороны, учитывает особенности конкретных теплоснабжающих систем, а с другой - обеспечивает проведение единой государственной (федеральной, региональной) политики в области теплоснабжения, опирающейся на потребности экономики и общества в тепловой энергии и определяющей ориентиры и приоритеты по обеспечению этих потребностей. Такой подход способствует согласованию общегосударственной политики в области теплоснабжения с региональными и местными особенностями энергоснабжения потребителей и позволяет адаптироваться к требованиям рыночных отношений с учетом спроса на тепловую энергию,
формируемых тарифов на нее, а также платежеспособности потребителей конкретной территории. Кроме того, он учитывает особенности социально-экономического развития регионов, требования конкретных потребителей к надежности их теплоснабжения, реальные возможности экономически эффективных направлений энергоресурсосбережения, а также существующие возможности топливоснабжения и вовлечение нетрадиционных энергоресурсов.
Огромные масштабы, структурная сложность, технологические особенности, возросшие требования современных ТСС обусловили целесообразность создания новых подходов к их построению и развитию, ориентированных на применение передовых технических решений.
Задача повышения эффективности теплоснабжающих систем непосредственно связана с наиболее общей проблемой оптимального их развития на основе энергоэффективных технологий и оборудования. Предложенная методология структурирует эту цель в виде решения нескольких взаимоувязанных задач, таких как:
- оптимизация структуры источников тепла [1], распределение нагрузок между ними [2];
- планирование теплоснабжения территорий городов с определением оптимальных зон централизации теплоснабжения [3, 4];
- анализ надежности теплоснабжения с учетом топливоснабжения [5];
- поиск мероприятий по ее повышению с определением рационального сочетания элементной и системной надежности [6];
- оптимизация направлений по развитию систем теплоснабжения с учетом множества интересов субъектов теплового хозяйства города [7, 8-14].
Решение этих вышеперечисленных задач базируется на методологии много-
1Федяев А.В., Федяева О.Н. Комплексные проблемы развития теплоснабжающих систем: пособие для специалистов теплоэнергетической системы. Новосибирск: Наука, 2000. 254 с. / Fedyaev A.V., Fedyaeva O.N. Complex problems of heat supply systems development: manual for the specialists of the heat power system. Novosibirsk: Nauka, 2000. 254p.
уровневого структурирования и декомпозиции, современных методах математического моделирования, которые хорошо учитывают сетевую составляющую систем теплоснабжения и разнотипность источников тепла. Предлагаемая методическая и алгоритмическая база обладает универсальностью, ориентирована на обоснованный учет существующей структуры и состояния систем, позволяет вырабатывать рациональные направления развития теплоснабжающих систем, их технологического преобразования и технического переоснащения. Взаимоувязка этих задач позволяет принимать наиболее обоснованные и комплексные решения по планированию развития теплоснабжающих систем в современных условиях организации энергетики, развития новых технологий и высоких стандартов качества и надежности теплоснабжения потребителей.
Разработанный научно-методический и вычислительный инструментарий успешно применялся в ряде прикладных работ по теплоснабжению городов и регионов, в т.ч. в рамках программного документа «Об утверждении схемы и программы развития электроэнергетики Иркутской области на 2019-2023 годы»2 (далее СиПР).
Разработка СиПР выполнялась в рамках реализации Постановления Правительства Российской Федерации 2009 г. «О схемах и программах перспективного развития электроэнергетики»3 и была направлена на достижение следующих основных целей:
- создание эффективной и сбалансированной энергетической инфраструктуры, обеспечивающей устойчивое социально-экономическое развитие Иркутской области;
- формирование стабильных и благоприятных условий для привлечения ин-
вестиций в строительство объектов энергетики;
- эффективное использование энергетических ресурсов на территории Иркутской области.
Документ включает в себя две части: электроэнергетическую и теплоэнергетическую.
Разработка теплоэнергетической (тепломеханической) части СиПР выполнялась в три этапа:
1) анализ существующего состояния теплоэнергетики региона;
2) разработка прогнозов производства и потребления тепловой энергии до 2023 г. в Иркутской области с разбивкой по основным энергетическим узлам региона;
3) формирование направлений развития теплоэнергетической отрасли на территории Иркутской области с разработкой предложений и механизмов по их реализации.
Ниже кратко изложены основные результаты работы.
2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ
Иркутская область является субъектом Российской Федерации и входит в состав Сибирского Федерального округа (СФО). Существующая система административно-территориального устройства Иркутской области на 1 января 2018 г. включает 10 городских округов, 32 муниципальных района, 63 городских поселений и 361 сельское поселение. Население Иркутской области составляет около 2408,9 тыс. чел., что соответствует 1,68% населения Российской Федерации. В области преобладает городское население - 1900,3 тыс. чел. (78,89 %). За последние 10 лет население области сократилось на 9,7 %. Плот-
2Об утверждении схемы и программы развития электроэнергетики Иркутской области на 2019-2023 годы. Указ Губернатора Иркутской области С. Г. Левченко № 161-уг от 21.08.2018. Иркутск, 2018. / On approval of the scheme and program for electric power industry development in the Irkutsk Region in 2019-2023. Decree of the Governor of the Irkutsk region S.G. Levchenko No. 161-ug of 21 August 2018. Irkutsk, 2018.
3О схемах и программах перспективного развития электроэнергетики. Постановление Правительства Российской Федерации № 823 от 17.10.2009. Москва, 2009. / On schemes and programs for the prospective development of electric power industry. Decree of the Government of the Russian Federation No. 823 of 17 October 2009. Moscow, 2009.
ность населения в регионе очень низкая -около 3,11 чел./км2 (при средней по России - 8,57 чел./км2). При этом она неравномерно распределяется по территории области. Основными направлениями специализации области являются металлургия (производство алюминия и ферросплавов), горнодобывающая и нефтехимическая промышленность, лесопромышленный комплекс и транспорт. Ведется строительство объектов по производству поликристаллического кремния. В общероссийском разделении труда Иркутская область имеет крупнейшую энергетическую базу, обеспечивающую более 6% вырабатываемой в России электроэнергии, является поставщиком слюды, поваренной соли, золота, алюминия, древесины, химической, нефтехимической и целлюлозно-бумажной продукции, пушно-мехового сырья.
Перспективное развитие экономики и социальной сферы Иркутской области во многом связано с реализацией крупных инвестиционных проектов, ориентированных на переработку добываемого сырья (нефтегазохимия, лесопереработка), расширение существующих и разработку новых месторождений, в т.ч. редкоземельных металлов, а также инновационных преобразований транспортной системы, строительного сектора, развития действующего промышленного производства.
3. ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ
В настоящее время в 10 городах области действуют теплофикационные системы с одной или несколькими теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). Наиболее крупные из них расположены в Иркутске, Ангарске, Братске, Усть-Илимске, Усолье-Сибирском и Саянске. Они имеют развитые тепловые сети с радиусами теплоснабжения (расстояние по трассе от источника до конечного потребителя) до 15 км и с диаметрами головных магистралей до 1200 мм. Протяженность тепловых сетей в одной системе измеряется сотнями километров.
Источники тепловой энергии Иркут-
ской области отличаются большим разнообразием по типу и принадлежности:
- 12 ТЭЦ ПАО «Иркутскэнерго»;
- 3 ТЭЦ различных ведомств (ТЭЦ ООО «Теплоснабжение», это бывшая ТЭЦ Байкальского целлюлозно-бумажного комбината; ТЭЦ-2 филиала АО «Группа ИЛИМ» в г. Братск; ТЭЦ-2 филиала АО «Группа ИЛИМ» в г. Усть-Илимск);
- около 1010 отопительных и промышленных котельных на органическом топливе;
- примерно 198 электробойлерных;
- большое количество теплоутили-зирующих установок (ТУУ) и индивидуальных отопительных печей.
Распределение источников тепла на территории области представлено на рис. 1.
Суммарная установленная мощность источников тепловой энергии в Иркутской области составляет примерно 99 тыс. ГДж/ч. При этом около 67,8% установленной тепловой мощности приходится на ТЭЦ, примерно 16,9% - на котельные, оставшиеся 15,3% - это установленная тепловая мощность теплоутилизирующих и прочих отопительных установок.
Общая протяженность тепловых сетей в Иркутской области в 2017 г. составила 3914,8 км. Доля тепловых сетей, нуждающихся в замене, достигает 35,4%, из которых 677 км являются ветхими. Около половины тепловых сетей области (46%) принадлежит ПАО «Иркутскэнерго», эксплуатация которых осуществляется предприятиями управления тепловых сетей на базе ТЭЦ. Эксплуатацией коммунальных теплоснабжающих систем занимаются муниципальные теплоэнергетические предприятия в крупных городах и муниципальные учреждения жилищно-коммунального хозяйства в других населенных пунктах области.
Источниками тепловой энергии Иркутской области за 2017 г. произведено 165,5 млн ГДж, что на 4% ниже уровня 2013 г. За рассматриваемый период объемы производства тепла на ТЭЦ котельными и ТУУ изменялись незначительно. Существенное сокращение в 2017 г. относительно уровня 2013 г. наблюдалось только на
Рис. 1. Распределение источников тепла на территории Иркутской области Fig. 1. Distribution of heat sources in the Irkutsk region
электробойлерных и составило в 2017 г. около 30%. Это, главным образом, обусловлено ростом тарифов на электроэнергию. Очевидно, что и в перспективе будет наблюдаться тенденция вытеснения электробойлерных из структуры теплоисточников.
Потребление тепловой энергии в области на конец 2017 г. составило 150 млн ГДж, что на 1,6% ниже уровня 2013 г. Наиболее значительное сокращение потребления тепловой энергии за рассматриваемый период наблюдалось в коммунально-бытовом и жилом секторах, которое достигло 12% и 4,3%, соответственно. Это снижение, прежде всего, связано с более точным учетом потребления тепловой энергии в результате внедрения теплосчетчиков, реализации энергосберегающих
мероприятий и выполнения комплекса мер в рамках региональной программы по капитальному ремонту существующего жилого фонда. В структуре теплопотребления области, в целом, за рассматриваемый период значительного изменения не произошло.
4. ПРОГНОЗ ПОТРЕБЛЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ НА ТЕРРИТОРИИ ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ
В настоящее время одной из приоритетных задач развития топливно-энергетического комплекса, в т.ч. теплоэнергетики, является снижение потребления энергоресурсов за счет реализации энергосберегающих мероприятий, обозначенных в Программе «Энергосбережение и повышение энергоэффективности на тер-
ритории Иркутской области» , утвержденной в 2010 г. В связи с этим в перспективном прогнозе потребления тепловой энергии учитывается энергосберегающий эффект при реализации мероприятий по энергосбережению для существующих объектов теплопотребления при их развитии. Реализация даже части всего энергосберегающего потенциала позволит сократить ввод необходимых новых тепловых мощностей, а также снизить финансовую нагрузку на бюджет области и населения.
На рис. 2 представлен прогноз полезного (без потерь при транспорте расхода тепла и на собственные нужды источников) потребления тепловой энергии и его структура на период до 2023 г.
Рассматривалось два сценария, основу которых представляют различные варианты развития промышленных предприя-
тий: прогноз 1 соответствует данным социально-экономического развития, положенным в основу плана электропотребления и мощности, разработанного системным оператором; прогноз 2 соответствует данным, положенным в основу Правительством Иркутской области в плане электропотребления и мощности.
Полезное (без потерь при транспорте расхода тепла и на собственные нужды источников) потребление тепловой энергии к 2023 г. увеличится по сравнению с 2017 г. на 8,3% и на 14,8% в первом и втором прогнозах, соответственно.
Потребление тепловой энергии на цели отопления и горячего водоснабжения в перспективе до 2023 г. определялось исходя из долговременного прогноза численности населения области, предполагаемого развития жилищного фонда с учетом
-
а
и
1 ^
В 1-н
й «
н ч
« s
и
ч
о и а н о
В
175
170
165
160
155
150
145
172, 168,4 • * * 2
Прогноз 1 165, 1
160, • 9 • • • • 16 2,5
154,2 ,. 157, 1 • _ t • • • • 160,4 160,4 156,7
• • 1 • • 52,9 • • ^ 155,4 \ Прогноз 2
151 2 150,0 151,2
2017
2018
2019
2020 Годы
2021
2022
2023
Рис. 2. Прогноз потребления тепловой энергии в Иркутской области Fig. 2. Forecast of thermal energy consumption in the Irkutsk region
4Об утверждении долгосрочной целевой программы «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на территории Иркутской области на 2011-2015 годы и на период до 2020 г.». Постановление Правительства Иркутской области № 318-пп от 02.12.2010. Иркутск, 2010. / On approval of the long-term target program "Energy Saving and Improvement of Energy Efficiency in the Irkutsk Region in 2011-2015 and for the Period until 2020". Decree of the Government of the Irkutsk Region No. 318-pp of 2 December 2010. Irkutsk, 2010.
удельных норм расхода тепла на отопление зданий и горячее водоснабжение. В связи с незначительным ростом населения, потребление тепловой энергии в этом секторе будет увеличиваться за счет строительства нового жилья и объектов социальной культуры.
Рост теплопотребления в промышленном секторе к 2023 г. в прогнозе 1 составит 7,2% и 8,3% - в прогнозе 2. Прирост потребления тепловой энергии предполагается в ключевых отраслях промышленности: нефтехимический сектор, переработка леса и др. Основная доля потребления тепловой энергии приходится на 9 основных городов Иркутской области.
5. НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ ДО 2023 г.
Теплоэнергетический комплекс области характеризуется высокой степенью износа основного оборудования тепловых электростанций и котельных, неудовлетворительным состоянием теплосетевого хозяйства и значительным потенциалом энергосбережения. Основными направлениями развития теплоэнергетики области в ближайшей перспективе являются модернизация и техническое перевооружение существующих источников тепловой энергии, тепловых сетей, проведение мероприятий по энергосбережению, а также развитие существующих и строительство новых источников тепловой энергии в соответствии с прогнозируемыми уровнями теп-лопотребления. Их реализация позволит повысить эффективность энергетического комплекса и предотвратит нарастание дефицита тепловой энергии.
Развитие теплоснабжения городов и поселений Иркутской области осуществлялось в соответствии с разработанными Схемами теплоснабжения. По данным министерства жилищной политики и энергетики Иркутской области на окончание 2017 г. разработано и утверждено 174 схемы теплоснабжения.
Рассматриваемые направления раз-
вития теплоэнергетики области носят вариантный характер, прежде всего, это связано с неопределенностью вовлечения в топливный баланс области природного газа. В соответствии с корректировкой Генеральной схемы газификации и газоснабжения Иркутской области, на ее территории предусматривается формирование четырех центров газодобычи: Южного, Братского, Усть-Кутско-Киренского и Северного. На их базе возможно развитие газовой энергетики. Наличие природного газа на территории Усть-Кутского и Киренского районов Иркутской области делает возможным реализацию крупного энергетического проекта в Иркутской области, он направлен на строительство газовой электростанции в районе г. Усть-Кут, который будет ориентирован на покрытие перспективных нагрузок г. Усть-Кут, нужд Байкало-Амурской магистрали и нефтепровода Восточная Сибирь-Тихий океан. Для г. Усть-Кут в случае подачи газа в город возможна реализация четырех вариантов развития систем централизованного теплоснабжения:
- установка блочных модульных котельных в центральной части города и автономных газовых источников в районах неблагоустроенного сектора;
- использование блочных модульных котельных с дополнительным размещением Мини-ТЭЦ;
- строительство тепловой электрической станции (ТЭС) на площадке в районе с. Паниха в 16 км от г. Усть-Кут;
- строительство газовой Ленской ТЭС в масштабах территории г. Усть-Кут.
Вариант газовой Ленской ТЭС был рекомендован администрацией города в качестве основного на примере анализа технико-экономических показателей по всем рассмотренным вариантам по энергоснабжению г. Усть-Кут. Организация теплоснабжения г. Усть-Кут от газовой Ленской ТЭС позволит обеспечить качественное, экономичное и надежное теплоснабжение потребителей и закрыть 12 неэффективных котельных, большая часть из которых работает на дорогом мазуте.
Предполагается, что реализация
проекта по газификации Иркутской области позволит газифицировать основные про-мышленно-административные центры Иркутской области (городов Иркутск, Ангарск, Усолье-Сибирское, Черемхово), будет способствовать оптимизации структуры топливно-энергетического баланса, увеличению доли когенерационного производства энергии в регионе на базе эффективных и экологичных газовых и парогазовых технологий. При этом перевод на газ действующих ТЭЦ связан с рядом ограничивающих факторов, таких как значительные инвестиции в модернизацию ТЭЦ, межтопливная конкуренция, в частности с местными углями. Поиск необходимых механизмов по устранению этих барьеров должен осуществляться в рамках договоренностей совместных рабочих групп поставщиков, потребителей газа и региональных властей.
Одним из путей развития теплоэнергетики в условиях газификации Иркутской области является внедрение парогазового цикла на действующих ТЭЦ путем проведения комплексной модернизации, которая заключается в переводе котлов на сжигание природного газа и надстройке энерго-
блоков газотурбинными установками (ГТУ). Объединение ГТУ с действующими паротурбинными установками предполагает значительную реконструкцию котлоагрега-тов для сжигания газа и утилизации выхлопных газов на ГТУ, как и непосредственную установку дорогостоящих ГТУ, что требует высоких капиталовложений, поэтому комплекс подобных мероприятий требует глубокого анализа и обоснованных технических проработок. По результатам укрупненной технико-экономической оценки, проведенной с использованием фактических показателей работы ТЭЦ Иркутской области, сделаны выводы об экономической нецелесообразности проведения модернизации действующих ТЭЦ с их переводом на парогазовый цикл путем надстройки ГТУ. Капиталовложения на перевод котлов для сжигания природного газа составляют не менее 2,5-3 млн руб./(Гкал/ч), при этом капиталовложения в надстройку ГТУ по различным оценкам составляют от 750 до 850 тыс. долл./МВт. На рис. 3 показаны зоны эффективности для существующих угольных ТЭЦ и создаваемых на их базе ПГУ-ТЭЦ.
Тариф на электроэнергию, руб./кВтч
Рис. 3. Зоны эффективности проектов перевода существующих теплоэлектроцентралей на парогазовый цикл Fig. 3. Efficiency zones of the projects of existing combined heat and power plants switch to a steam-gas cycle
Диаграмма позволяет определить целесообразный вариант развития ТЭЦ в зависимости от двух внешних параметров -цены на газ и тарифа на электроэнергию. Так, например, при тарифе 1,43 руб./кВтч и цене на газ чуть более 2500 руб./т у. т. (точка А) варианты существующей угольной ТЭЦ и ее модернизации в ПГУ-ТЭЦ равноэкономичны. При меньших тарифах на электроэнергию перевод действующих угольных ТЭЦ на газ представляется неэффективным.
Перевод угольных ТЭЦ на газ кроме положительного влияния на проект газификации региона и решения вопросов экологии может привести к отрицательным последствиям. В первую очередь, они связаны с нетипичными процессами в угольной отрасли. В рамках проработки вопросов газификации региона целесообразно заранее предусмотреть комплекс компенсирующих мероприятий, предотвращающих негативные последствия для социально-экономической сферы региона и обеспечивающих гармоничный переход на энергоэффективную и экологичную газовую энергетику в регионе.
Использование газа в энергетике имеет большие перспективы при создании новых мощностей.
Однако, учитывая текущую оценку баланса потребления и производства электроэнергии, наличие резервов угольной генерации и недорогих мероприятий по их развитию, а также необходимость в новых газовых энергоисточниках на юге Иркутской области в рамках рассматриваемого временного горизонта СИПР не прослеживается.
6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основе проведенного анализа теплоснабжающих систем Иркутской обла-
сти была получена комплексная оценка ситуации с теплоснабжением в регионе, отражающая его особенности и проблемы текущего состояния, которые позволили определить рациональные пути устранения недочетов. Выполнен прогноз потребности в тепловой энергии, учитывающий развитие городов и промышленных узлов, предложены пути развития генерации для ее покрытия. Проанализирована возможность адаптации сложившейся инфраструктуры теплоснабжения к меняющимся внутренним и внешним факторам, проведена оптимизация теплоснабжающих систем (с привязкой к территориям развития теплогене-рирующих мощностей и сетевой инфраструктуры), обеспечивающая гарантированное теплоснабжение потребителей и эффективное функционирование теплоснабжающих систем на период до 2023 г. с учетом динамики роста спроса на тепловую энергию и особенностей развития экономики региона. Определены перспективные направления развития централизованного и децентрализованного теплоснабжения в области. Рассмотрены энергоэффективные технологии производства энергии на базе когенерации с соответствующими техническими решениями, в т.ч. с возможностью перспективного внедрения современных парогазовых технологий. Разработаны рекомендации по объемам и срокам реконструкции действующих и внедрению новых теплоэнергетических объектов по годам на период до 2023 г. Разработаны механизмы формирования стабильных и благоприятных условий привлечения инвестиций для создания эффективной и сбалансированной теплоэнергетической инфраструктуры, обеспечивающей социально-
экономическое развитие и повышение экологических показателей использования энергии и топливных ресурсов на территории Иркутской области.
Библиографический список
1. Lund H., Werner S., Wiltshire R., Svendsen S., Thor-sen J.E., Hvelplund F., Mathiesen B.V., Lund H., Hvelplund F. 4th Generation District Heating (4GDH). Integrating smart thermal grids into future sustainable
energy systems // Energy. 2014. Vol. 68. P. 1-11. DOI: https://doi.org/ 10.1016/j.energy.2014.02.089 2. Новицкий Н.Н., Шалагинова З.И., Алексеев А.В., Токарев В.В., Гребнева О.А., Вантеева О.В., Луцен-
ко А.В., Михайловский Е.А. Современное состояние и задачи интеллектуализации систем теплоснабжения // Математические модели и методы анализа и оптимального синтеза развивающихся трубопроводных и гидравлических систем: труды XVI Всерос. конф. (г. Иркутск, 3-9 сентября 2018 г.). Иркутск, 2018. С. 262-294.
3. Ziemele J., Gravelsins A., Blumberga A., Blumberga D. The effect of energy efficiency improvements on the development of 4th generation district heating // Energy Procedia. 2016. Vol. 95. P. 522-527. DOI: https://doi.org/10.10167j.egypro.2016.09.07
4. Новицкий Н.Н. Интеллектуальные трубопроводные системы: аргументы, содержание, перспективы // Комунальне господарство мют. Cерiя: Техшчш науки та архтектура. 2011. № 101. С. 456-463.
5. Сеннова Е.В., Сидлер В.Г. Математическое моделирование и оптимизация развивающихся теплоснабжающих систем. Новосибирск: Наука, 1987. 220 с.
6. Mehleri E.D., Sarimveis H., Markatos N.C., Pa-pageorgiou L.G. Optimal design and operation of distributed energy systems: Application to Greek residential sector // Renewable Energy. 2013. Vol. 51. P. 331342.
7. Penoncello S.G. Thermal Energy Systems. Design and Analysis. M., а что это здесь?? Idaho: University of Idaho, 2015. 546 p.
8. Хрилев Л.С., Смирнов И.А. Оптимизация систем теплофикации и централизованного теплоснабже-
ния. М.: Энергия, 1978. 264 с.
9. Postnikov I.V., Stennikov V.A., Mednikova E.E., Pen-kovskii A.V. Methodology for optimization of component reliability of heat supply systems // Applied Energy. 2018. Vol. 227 (С). Р. 365-374. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.11.073
10. Еделева О.А. Выбор методического подхода для решения задачи оптимального развития энергоисточников в теплоснабжающих системах городских территорий // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2017. Т. 19. № 5-6. С. 58-68.
11. Стенников В.А., Хамисов В.О., Стенников Н.В. Оптимизация совместной работы источников тепловой энергии // Электрические станции. 2011. № 3. С. 27-33.
12. Stennikov V.A., Mednikova E.E. Analysis of trends in the development of cities' heat supply systems. Thermal engineering. 2016. Vol. 63. No. 9. P. 657-665. DOI: 10.1134/S0040601516090068
13. Stennikov V.A., Iakimetc E.E. Optimal planning of heat supply systems in urban areas // Energy. 2016. № 110. P. 157-165. DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2016.02.060
14. Stennikov V.A., Postnikov I.V. Problems of modeling and optimization of heat supply systems: methodological support for a comprehensive analysis of fuel and heat supply reliability // Sustaining power resources through energy optimization and engineering. Hershey PA: Engineering Science Reference. 2016. P. 102-126. DOI: 10.4018/978-1 -4666-9755-3.ch005
References
1. Lund H., Werner S., Wiltshire R., Svendsen S., Thor-sen J.E., Hvelplund F., Mathiesen B.V., Lund H., Hvelplund F. 4th Generation District Heating (4GDH). Integrating smart thermal grids into future sustainable energy systems. Energy, 2014, vol. 68, рр. 1-11. DOI: https://doi.org/ 10.1016/j.energy.2014.02.089
2. Novitsky N.N., Shalaginova Z.I., Alekseev A.A., To-karev V.V., Grebneva O.A., Lutsenko A.V., Vanteeva O.V., Mikhailovsky E.A. Sovremennoe sostoyanie i zadachi intellektualizacii sistem teplosnabzheniya [Current state and problems of heat supply system intellec-tualization]. Trudy XVI Vserossijskoj konferencii "Ma-tematicheskie modeli i metody analiza i optimal'nogo sinteza razvivayushchihsya truboprovodnyh i gidravlicheskih system" [Proceedings of XVI All-Russian Conference "Mathematical models and methods of analysis and optimal synthesis of developing pipeline and hydraulic systems", Irkutsk, 3-9 September 2018]. Irkutsk, 2018, рр. 262-294. (In Russ.).
3. Ziemele J., Gravelsins A., Blumberga A., Blumberga D. The effect of energy efficiency improvements on the development of 4th generation district heating. Energy Procedia, 2016, vol. 95, рр. 522-527. DOI: https://doi.org/10.1016/j. egypro.2016.09.07
4. Novitsky N.N. Intelligent piping systems: arguments, content, prospects. Комунальне господарство мют. Cерiя: Техшчш науки та архтектура [Utilities in cities.
Series: Engineering and Architecture], 2011, no. 101, pp. 456-463.
5. Sennova E.V., Sidler V.G. Matematicheskoe mod-elirovanie i optimizatsiya razvivayushchikhsya teplos-nabzhayushchikh system [Mathematical modeling and optimization of developing heat supply systems]. Novosibirsk: Nauka Publ., 1987, 220 p. (In Russ.).
6. Mehleri E.D., Sarimveis H., Markatos N.C., Pa-pageorgiou L.G. Optimal design and operation of distributed energy systems: Application to Greek residential sector. Renewable Energy, 2013, vol. 51, pp. 331342.
7. Penoncello S.G. Thermal Energy Systems. Design and Analysis. Idaho: University of Idaho, 2015, 546 p.
8. Khrilyov L.S., Smirnov I.A. Optimizatsiya sistem tep-lofikatsii i tsentralizovannogo teplosnabzheniya [Optimization of heat supply systems and centralized heating supply]. Moscow: Energia Publ., 1978, 264 p. (In Russ.).
9. Postnikov I.V., Stennikov V.A., Mednikova E.E., Pen-kovskii A.V. Methodology for optimization of component reliability of heat supply systems. Applied Energy, 2018, vol. 227 (C), pp. 365-374. DOI: https://doi.org/10.10167j.apenergy.2017.11.073
10. Edeleva O.A. The choice of an approach to study the problems of energy sources optimum development in the urban heat supply systems. Izvestiya vysshih
uchebnyh zavedenij. Problemy energetiki [Power Engineering: Research, Equipment, Technology], 2017, vol. 19, no. 5-6, рр. 58-68. (In Russ.).
11. Stennikov V.A., Hamisov V.O., Stennikov N.V. Optimization of the joint work of thermal energy sources. Elektricheskie stancii [Electrical Stations], 2011, no. 3, рр. 27-33. (In Russ.).
12. Stennikov V.A., Mednikova E.E. Analysis of trends in the development of cities' heat supply systems. Thermal engineering, 2016, vol. 63, no. 9, рр. 657-665. DOI: 10.1134/S0040601516090068
13. Stennikov V.A., Iakimetc E.E. Optimal planning of heat supply systems in urban areas. Energy, 2016, no. 110, рр. 157-165. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.energy.2016.02.060
14. Stennikov V.A., Postnikov I.V. Problems of modeling and optimization of heat supply systems: methodological support for a comprehensive analysis of fuel and heat supply reliability. Sustaining power resources through energy optimization and engineering. Hershey PA: Engineering Science Reference, 2016, рр. 102-126. DOI: 10.4018/978-1-4666-9755-3.ch005
Критерии авторства
Cтенников В.А., Постников И.В., Еделева О.А., Мед-никова Е.Е., Добровольская Т.В., Соколов П.А. заявляют о равном участии в получении и оформлении научных результатов. Пеньковский А.В. несет ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Стенников Валерий Алексеевич,
член-корреспондент, директор,
Институт систем энергетики
им. Л.А. Мелентьева СО РАН,
664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130, Россия;
Н е-mail: [email protected]
Пеньковский Андрей Владимирович,
старший научный сотрудник,
Институт систем энергетики
им. Л.А. Мелентьева СО РАН,
664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130, Россия;
e-mail: [email protected]
Постников Иван Викторович,
кандидат технических наук,
старший научный сотрудник,
Институт систем энергетики
им. Л.А. Мелентьева СО РАН,
664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130, Россия;
e-mail: [email protected]
Еделева Ольга Алексеевна,
кандидат технических наук,
старший научный сотрудник,
Институт систем энергетики
им. Л.А. Мелентьева СО РАН,
664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130, Россия;
e-mail: [email protected]
Authorship criteria
Stennikov V.A., Postnikov I.V., Edeleva O.A., Mednikova E.E., Dobrovolskaya T.V., Sokolov P.A. declare equal participation in obtaining and formalization of scientific results. Penkovskiy A.V. bears the responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Valeriy A. Stennikov,
Corresponding Member, Director, Melentiev Energy Systems Institute SB RAS,
130, Lermontov St., Irkutsk 664033, Russia; H e-mail: [email protected]
Andrei V. Penkovskiy,
Senior Researcher,
Melentiev Energy Systems Institute SB RAS, 130, Lermontov St., Irkutsk 664033, Russia; e-mail: [email protected]
Ivan V. Postnikov,
Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher,
Melentiev Energy Systems Institute SB RAS, 130, Lermontov St., Irkutsk 664033, Russia; e-mail: [email protected]
Olga A. Edeleva,
Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher,
Melentiev Energy Systems Institute SB RAS, 130, Lermontov St., Irkutsk 664033, Russia; e-mail: [email protected]
Медникова Екатерина Евгеньевна,
младший научный сотрудник,
Институт систем энергетики
им. Л.А. Мелентьева СО РАН,
664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130, Россия;
e-mail: [email protected]
Добровольская Татьяна Владимировна,
ведущий инженер,
Институт систем энергетики
им. Л.А. Мелентьева СО РАН,
664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130, Россия;
e-mail: [email protected]
Ekaterina E. Mednikova,
Junior Researcher,
Melentiev Energy Systems Institute SB RAS, 130, Lermontov St., Irkutsk 664033, Russia; e-mail: [email protected]
Tatiana V. Dobrovolskaya,
Leading Engineer,
Melentiev Energy Systems Institute SB RAS, 130, Lermontov St., Irkutsk 664033, Russia; e-mail: [email protected]
Соколов Павел Александрович,
ведущий инженер,
Институт систем энергетики
им. Л.А. Мелентьева СО РАН,
664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130, Россия;
e-mail: [email protected]
Pavel A. Sokolov,
Leading Engineer,
Melentiev Energy Systems Institute SB RAS, 130, Lermontov St., Irkutsk 664033, Russia; e-mail: [email protected]
