CC BY
20
«Умные сети» систем теплоснабжения г. Волгограда
А.В. Крестъянников, А.М. Сорокин Волгоградский государственный технический университет
Аннотация: Данная статья посвящена модернизации систем ЖКХ в г. Волгограде на основе технологии «Умных сетей». Приведена методика разработки оценки эффективности проекта модернизации объектов жилищно-коммунального хозяйства с применением технологии «Умных сетей». Из данной публикации следует, что применение технологии «Умных сетей» обеспечивает энергетическую и экономическую эффективность в развитии энергосистемы города.
Ключевые слова: «Умные сети», «Умный город», централизованные системы теплоснабжения, индивидуальное теплоснабжение, котельные, оценка экономического проекта модернизации, ключевые показатели эффективности.
Россия является одной из самых энергорасточительных стран в мире. Наибольшие потери происходят в энергетике, промышленности и ЖКХ. Однако проблеме энергосбережения в ЖКХ уделяется мало внимания и поэтому связанные с этим затраты энергоресурсов в ЖКХ являются обременительными для российского бюджета [1].
В последнее время в России наблюдается существенный рост износа тепловых сетей. Текущий уровень обновления теплоснабжения составляет всего лишь 2,7% в год, что не соответствует стандартному уровню обновления теплоснабжения, который в соответствии с нормативным сроком службы тепловых сетей составляет 4% в год. По этой причине износ тепловых сетей огромный, что приводит к высоким потерям и аварийности.
Также к главным причинам высоких потерь в централизованной системе теплоснабжения помимо её высокого износа относятся:
• слабая инвестированность системы теплоснабжения;
• отсутствие регулировки при распределении тепла;
• энергозатратные технологии передачи и распределения тепла;
• плохое регулирование внутридомовых систем теплоснабжения.
Эти причины ведут к тому, что в настоящее время большинство потребителей переходят на индивидуальное теплоснабжение, которое более
эффективно для жилищно-коммунального хозяйства по сравнению с централизованным по причине отсутствия затрат на обслуживание теплосетей. Поэтому для того, чтобы централизованная система теплоснабжения продолжала оставаться конкурентоспособной, требуется внедрение энергосберегающих решений (Материалы круглого стола «Текущее состояние систем теплоснабжения в стране: инерционный путь к деградации», Москва, 17 марта 2016).
Тем не менее в г. Волгограде по-прежнему сохраняются системы централизованного теплоснабжения и они представляют собой системы закрытого типа с присоединением нагрузки горячего водоснабжения в центральных или индивидуальных тепловых пунктах через теплообменники по двухступенчатой последовательной и смешанной схемам.
Важную роль в теплоснабжении г. Волгограда играют котельные, которые принадлежат ООО «Концессии теплоснабжения». Общая установленная тепловая мощность энергоисточников ООО «Концессии теплоснабжения», расположенных на территории города Волгограда, составляет 2482 Гкал/ч. Средний удельный расход топлива на отпуск тепловой энергии от энергоисточников ООО «Концессии теплоснабжения» составляет 157,9 кг у.т./Гкал, для ведомственных котельных - 151,39 кг у.т./Гкал (Обосновывающие материалы к схеме теплоснабжения г. Волгограда на период 2020-2034 гг. Глава 1).
В настоящее время в г. Волгограде планируется постепенный переход на технологии «Умного города».
Система «Умный город» (Рисунок 1) - совокупность цифровых технологий, обеспечивающая функционирование инфраструктуры города и объединяющая многие инфраструктурные объекты города.
В настоящее время системы «Умный город» широко распространены в мире и масштабные проекты городов Стокгольм (Швеция), Амстердам
и
(Голландия) и Йокогама (Япония) являются самыми известными примерами создания таких систем.
Рисунок 1- Интеллектуальная энергоинформационная система «Умный
город» [2].
В данных проектах основное внимание уделяется развитию «зеленой» энергетики с использованием возобновляемых источников энергии.
Широкое применение накопителей в качестве промежуточного звена между потребителями и электросетевым питанием города от автономных и внешних источников является главной чертой представленных моделей «Умных сетей». Реализовать эту систему предполагается с помощью средств электротехнических компаний, поставляющих оборудование на энергетические объекты. Городские власти гарантируют компаниям широкое внедрение системы «Умный город» при положительном опыте эксплуатации пилотных проектов [2].
Аналогичная территориально-инфраструктурная модель жилищно-коммунального хозяйства на основе технологии «Умных сетей» разрабатывается в г. Волгограде и содержит в себе ряд проектных предложений, определяющих объемы и места общественной и жилой
М Инженерный вестник Дона, №7 (2022) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n7y2022/7789
застройки, развития производства и его переоснащения на территории г. Волгограда, а также развития объектов жилищно-коммунального хозяйства и транспортной инфраструктуры.
В связи с развитием новых территорий и реконструкции жилой и производственной сферы «умный» квартал становится главным объектом системы «Умных сетей». Энергоёмкий квартал в Центральном районе г. Волгограда является одним из примеров такого объекта. На Рисунке 2 представлена модель объекта с выделением инфраструктурных сетевых элементов «Умных сетей» [3-5].
я
-¿Г атрич«1 ч Л ц«нтр ,
доктор» бдАн □ [.
Накопителизнеогнн
Рисунок 2 - энергоемкий «умный» квартал в Центральном районе Волгограда
[авторская разработка] Другим примером «умного» квартала является проект «Умный город» на территории бывшего Волгоградского завода Тракторных Деталей и Нормалей (Рисунок 3).
Отличительной чертой ещё одного энергоэффективного «умного» района Волгограда - микрорайона СХИ (Рисунок 4) является разветвленная сеть коммуникаций - транспортных, тепловых, электрических и информационных сетей. Все они соединяют энергопотребителей района с местными и централизованными энергоисточниками.
Рисунок 3 - Инженерная инфраструктура технополиса в Центральном районе г. Волгограда (территория бывшего Волгоградского завода Тракторных
На базе технологии «Умные сети» предлагается методика оценки экономического проекта модернизации систем горячего водоснабжения в г. Волгограде, определяющая процедуру и требования к проведению оценки и подтверждению достижения натурального и экономического эффекта.
Основой этой методики является подход оценки экономического эффекта, полученного при реализации энергосберегающего проекта, путем сравнения измеренного потребления энергетических ресурсов до и после реализации проекта, с учетом их корректировки для приведения полученных результатов к сопоставимым условиям, а также соответствия ключевым показателям
Э
Деталей и Нормалей) [авторская разработка]
эффективности (КПЭ) проекта, установленным на этапе разработки проектно-сметной документации. КПЭ проекта выражают эффект экономии тепла [6-8].
Рисунок 4 - Микрорайон СХИ (Советский район Волгограда) [авторская
разработка]
Сокращение затрат на электроэнергию при передаче ГВС за счет сокращения потребления электроэнергии циркуляционными насосами и насосами ХВС на ЦТП в рамках данной методики не рассчитывается по причине существенно меньшей величины экономии по сравнению с экономией затраченной тепловой энергии [9-11].
Оценка эффективности проекта внедрения «умных сетей» выполняется по каждому МКД и каждому кусту ЦТП со всеми присоединенными к нему МКД.
Эффект проекта в денежном выражении рассчитывается для каждого МКД по формуле:
Е эк. эф = к2' $ гв ОХ
где Еэкэф - величина снижения затрат за счет снижения расхода тепловой энергии на нагрев в системе ГВС после реализации проекта, руб; ДQ -
и
величина снижения расхода тепловой энергии на подготовку горячей воды до и после модернизации, Гкал; $ге- стоимость тепловой энергии для приготовления 1 м горячей воды в расчетном периоде, руб.
Кэф определяется как отношение затраченной на ГВС тепловой энергии Qгвс к количеству потребленной горячей воды Gгв.
Кэф=%вс, ГКал/м3 (2),
4 ^гв
где Gгв- количество горячей воды, потребленной МКД в расчетном периоде, м3:
&гв — &гвс ~ Сц, м3 (ЗХ
где Gгвс - количество горячей воды, поданной в МКД в расчетном периоде,
3 3
м ; количество циркуляционной воды в МКД в расчетном периоде, м .
Для верификации эффекта ДQ в натуральном выражении объем потребления тепла на ГВС в базовом периоде сравнивается с объемом потребления тепла на ГВС в текущем периоде при приведении их к одинаковым условиям:
Д/П _ тгбаз _ ^ _ т/тек • Г = С • (К6®3 — ТутекЛ /дч
° V Кэф игвтек Кэф игвтек игвтек \Кэф Кэф ) (4),
где Кф - удельное значение затраченной тепловой энергии на подогрев в базовом периоде, Гкал/ м ;Кэфк - удельное значение затраченной тепловой
-5
энергии на подогрев в текущем периоде, Гкал/ м ; Сгвбаз- объем потребления
"5
горячей воды в базовом периоде, м ;Сгвтек- объем потребления горячей воды
3
в текущем периоде, м .
тутек _ У тек Т/баз _ @баз (
Кэф — 7-> Кэф — 7-, (5),
игвтек игвбаз
где ((тек - объем потребления тепловой энергии в текущем периоде, Гкал; (}баз - объем потребления тепловой энергии в базовом периоде, Гкал; Сгвбаз-
М Инженерный вестник Дона, №7 (2022) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n7y2022/7789
"5
объем потребления горячей воды в базовом периоде, м ; Сгвтек- объем
"5
потребления горячей воды в текущем периоде, м .
Описание многоквартирных домов, для которых производился расчет ключевых показателей эффективности, приведён в таблице 1.
На основе вышеизложенного можно сделать вывод, что применение технологий «Умных сетей» обеспечивает энергетическую безопасность и энергетическую эффективность в развитии энергосистем города в производстве, транспортировке, распределении и потреблении энергии между потребителями [12,13].
Таблица 1. Расчёт ключевых показателей эффективности
№ Наименование измеряемого Величина эффекта в Величина эффекта в
п/п параметра натуральном выражении денежном выражении
. Плановый эффект Проекта по МКД, присоединенному к ЦТП*
1.1 КПЭ. Снижение расхода тепловой энергии на нужды ГВС ДQ=0,034 Гкал/час 71 руб/час
2. Плановый эффект Проекта по каждому ЦТП со всеми присоединёнными к нему МКД**
2.1 КПЭ. Снижение расхода тепловой энергии на подготовку горячей воды Куст 1 Куст 2 Куст 3 Куст 4 Куст 5 Куст 6 Куст 7 Куст 8 Куст 9 Куст 10 ДQ=1,005 Гкал/час ДQ=0 Гкал/час ДQ=0,143 Гкал/час ДQ=0,083 Гкал/час ДQ=0,102 Гкал/час ДQ=0,189 Гкал/час ДQ=0,081 Гкал/час ДQ=0,081 Гкал/час ДQ=-0,051 Гкал/час ДQ=0,226 Гкал/час 199,6 руб/час 0 323,3 руб/час 185 руб/час 227 руб/час 382,5 руб/час 170,2 руб/час 170,2 руб/час -107,2 руб/час 475 руб/час
3. Плановый ежегодный фактический интегральный эффект Проекта
3.1 КПЭ. Снижение расхода тепловой
энергии на подготовку горячей !ДО=1,859 1=3059,5
воды
4 . Плановый итоговый фактический интегральный эффект Проекта
4.1 КПЭ. Снижение расхода тепловой
энергии на подготовку горячей !ДО=1,859 1=3059,5
воды
Литература
1. Минеев В.С., Ряпосов Е.А., Вальцев Н.В. Проблемы энергосбережения и энергоэффективности в России // Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Атомная энергетика: материалы Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной памяти профессора Данилова Н. И. (1945-2015) -Даниловских чтений (Екатеринбург, 10-14 декабря 2018 г.). — Екатеринбург: УрФУ, 2018. — С. 315-318.
2. Бушуев В.В., Ливинский П.А. Энергоэффективный мегаполис - Smart City «Новая Москва». - М.: ИД «Энергия», 2015 г., 76 стр.
3. Дикарева Е.А., Сорокин А.М. Применение инновационных технологий при ландшафтно-экологической реконструкции нарушенных территорий (на примере города Волгограда) // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Сер.: Строительство и архитектура. - 2020. - Вып. 2 (79). - C. 215-223.
4. Ковалев В.В. Методы оценки инвестиционных проектов. М.: Финансы и статистика, 2001. - 144 c.
5. Лимитовский М.А. Основы оценки инвестиционных и финансовых решений. - М.: ООО Издательско-Консалтинговая Компания «ДеКА». 2001.- 232 с.
6. Виленский П.Л., Лившиц В.Н., Смоляк С.А. Оценка эффективности инвестиционных проектов. Теория и практика. М.: Дело, 3-е издание, 2008. 1103 c.
7. Четыркин Е.М. Методы финансовых и коммерческих расчетов. М.: Дело, 1998. - 412 с.
8. Guelpa Elisa, Toro Claudia, Sciacovelli Adriano, Melli Roberto, Sciubba Enrico, Verda Vittorio. Energy, Volume 102, 2016, Pages 586-595, ISSN 0360-5442, URL: doi.org/10.1016/j.energy.2016.02.058.
9. Cosentino S., Guelpa E., Melli R., Sciacovelli A., Sciubba E., Toro C., Verda V. Optimal operation and sensitivity analysis of a large district heating network through POD modeling. Proceedings of the ASME 2014 International Mechanical Engineering Congress and Exposition, Montreal, Quebec, Canada, 2014, URL: doi.org/10.1115/IMECE2014-39509
10.Сорокин А.М. Мониторинг систем теплоснабжения // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. - 2022. - Вып. 2 (87). - C. 90-97.
11. Сорокин А.М. Принципы цифровизации систем теплоснабжения: теория и практика. // Материалы международной научно-технической конференции «Проблемы и решения цифровых технологий в области инженерных коммуникаций». - Самарканд: Изд-во СамГАСУ, 2022. -C. 41-43.
12. Чичерин С.В. Анализ единичной структуры существующего и перспективного потребления системы централизованного теплоснабжения // Инженерный вестник Дона, 2017, №1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2017/4029
13. Петренко В.Н., Мокрова Н.В. Разработка системы горячего водоснабжения с использованием возобновляемых источников энергии // Инженерный вестник Дона, 2013, №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1617
References
1. Mineev V.S., Ryaposov E.A., Valcev N.V. Problemy energosberezheniya i energoeffektivnosti v Rossii [Problems of energy saving and energy
efficiency in Russia]. Energo- i resursosberezhenie. Energoobespechenie. Netradicionny'e i vozobnovlyaemye istochniki energii. Atomnaya energetika: materialy Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii studentov, aspirantov i molodyx uchenyx, posvyashhennoj pamyati professora Danilova N. I. (1945-2015), Danilovskix chtenij (Ekaterinburg, 10-14 dekabrya 2018 g.). Ekaterinburg: UrFU, 2018. pp. 315-318.
2. Bushuev V.V., Livinskij P.A. Energoeffektivnyj megapolis - Smart City «Novaya Moskva» [Energy-efficient megapolis - Smart City "New Moscow"]. M.: ID «Energiya», 2015 g. 76 p.
3. Dikareva E.A., Sorokin A.M. Vestnik Volgogradskogo gosudarstvennogo arxitekturno-stroitelnogo universiteta. Ser.: Stroitelstvo i arxitektura, 2020. Vyp. 2 (79). pp. 215-223.
4. Kovalev V.V. Metody ocenki investicionnyx proektov [Methods of evaluation of investment projects]. M.: Finansy i statistika, 2001. 144 p.
5. Limitovskij M.A. Osnovy ocenki investicionnyx i finansovyx reshenij [Fundamentals of evaluation of investment and financial decisions]. M.: OOO Izdatelsko-Konsaltingovaya Kompaniya «DeKA», 2001. 232 p.
6. Vilenskij P.L., Livshicz V.N., Smolyak S.A. Ocenka effektivnosti investicionnyx proektov. Teoriya i praktika [Evaluation of the effectiveness of investment projects. Theory and practice]. M.: Delo, 3-e izdanie, 2008. 1103 p.
7. Chetyrkin E.M. Metody finansovyx i kommercheskix raschetov [Methods of financial and commercial settlements]. M.: Delo, 1998. 412 p.
8. Guelpa Elisa, Toro Claudia, Sciacovelli Adriano, Melli Roberto, Sciubba Enrico, Verda Vittorio. Energy, Volume 102, 2016, Pp. 586-595. URL: doi.org/10.1016/j.energy.2016.02.058.
9. Cosentino S., Guelpa E., Melli R., Sciacovelli A., Sciubba E., Toro C., Verda V. Proceedings of the ASME 2014 International Mechanical
Engineering Congress and Exposition, Montreal, Quebec, Canada, 2014, URL: doi.org/10.1115/IMECE2014-39509.
10. Sorokin A.M. Vestnik Volgogradskogo gosudarstvennogo arxitekturno-stroitelnogo universiteta. Seriya: Stroitelstvo i arxitektura, 2022. Vyp. 2 (87). P. 90-97.
11. Sorokin A.M. Principy cifrovizacii sistem teplosnabzheniya: teoriya i praktika [Principles of digitalization of heat supply systems: theory and practice]. Materialy mezhdunarodnoj nauchno-texnicheskoj konferencii «Problemy i resheniya cifrovyx texnologij v oblasti inzhenernyx kommunikacij». Samarkand: Izd-vo SamGASU, 2022. P. 41-43.
12. Chicherin S.V. Inzhenernyj vestnik Dona, 2017, №1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2017/4029
13. Petrenko V.N., Mokrova N.V. Inzhenernyj vestnik Dona, 2013, №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1617
