автореферат диссертации по энергетике, 05.14.01, диссертация на тему:Методический подход к совершенствованию теплоснабжающих систем с учетом атмосфероохранных мероприятий

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ СИБИРСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им.Л.А. МЕЛЕНТЬЕВА

На правах рукописи

БАРАНОВА ОЛЬГА АЛЕКСЕЕВНА

УДК 658.264:577.4

МЕТОДИЧЕСКИЙ ПОДХОД К СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ТЕПЛОСНАБЖАЮЩИХ СИСТЕМ С УЧЕТОМ АТМОСФЕРООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ

Специальность 05.14.01 - Энергетические системы и комплексы

АВТОРЕФЕРАТ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иркутск 2004

Работа выполнена в Институте систем энергетики им. Л.А. Мелентьева (ИСЭМ) Сибирского отделения Российской Академии Наук.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, А.В. Федяев

доктор технических наук, Е.В. Сеннова

кандидат технических наук, АД. Соколов

Иркутский государственный технический университет (ИРГТУ)

Защита состоится "23" ноября 2004 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д.003.017.01 при Институте систем энергетики СО РАН по адресу: 664033, Иркутск-33, ул. Лермонтова, 130.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН. Автореферат разослан "22" октября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор A.M. Клер

Актуальность работы. В России производство и распределение тепловой энергии является одной из основных задач Энергетической стратегии до 2020 года, решение которой необходимо для успешного развития экономики и повышения благосостояния населения. Однако сжигание органического топлива на ТЭЦ, в котельных и автономных генераторах тепла сопровождается негативным воздействием на окружающую среду, вызывающим отрицательное влияние на здоровье населения, сохранность растительного и животного мира. В этих условиях развитие и совершенствование теплоснабжающих систем (ТСС) должно быть неразрывно связано с соблюдением требований по охране окружающей среды.

В области теплофикации и централизованного теплоснабжения известны научные труды Мелентьева ЛА., Копьева С.Ф., Левенталя Г.Б., Соколова Е.Я., Хасилева В.Я., Меренкова А.П., Некрасова А.С., Хрилева Л.С., Попы-рина Л.С., Чистовича СА., Сенновой Е.В., Федяева А.В., Стенникова ВА. и др. В этих работах изложены научно-методические достижения по вопросам эффективности теплофикации, оптимального развития ТСС, выбору параметров и радиусов централизованного теплоснабжения, решения вопросов реконструкции и оптимизации ТСС и пр.

В рамках экологических исследований разработаны подходы и модели учета атмосферного загрязнения, позволяющие решать отдельные проблемы планирования атмосфероохранной деятельности. К ним относятся: модель оптимизации атмосфероохранных мероприятий ВНИПИэнергопрома, эколо-го-экономическая модель "Регион" ИДСТУ, метод оптимального размещения промышленных предприятий Марчука Г.И., ситуационный подход атмосфе-роохранной деятельности Бронштейна А.М. и Литвина В А, информационно-моделирующая система оценки загрязнения атмосферы городов ИВЭП СО РАН, проекты американской группы "ISEG" и др.

В этих подходах решаются задачи планирования атмосфероохранных мероприятий на промышленных и стационарных (в основном крупных) источниках вредных выбросов. Однако, как правило, вопросам влияния на окру-

рос НАЦИОНАЛЬНАЯ I библиотека !

жающую среду централизованных и децентрализованных систем теплоснабжения в этих подходах уделяется недостаточное внимание.

Таким образом, разработка подхода к выбору оптимальных, направлений совершенствования ТСС с учетом эффективного и надежного теплоснабжения и минимального воздействия этих систем на окружающую среду очень актуальна.

Целью работы являлась разработка методического подхода к обоснованию направлений совершенствования ТСС с учетом атмосфероохранных мероприятий, включая поэтапное описание методики определения оптимальных наборов технических и атмосфероохранных мероприятий по системам теплоснабжения и решение на предпроектном уровне задач совершенствования ТСС.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней получены и выносятся на защиту следующие наиболее важные результаты:

1. Комплексная постановка задачи выбора направлений совершенствования теплоснабжающих систем населенного пункта с технико-экономических и экологических позиций.

2. Методика учета экологических ограничений, которая позволяет получать оптимальный конечный набор мероприятий для совершенствования ТСС с учетом эффективного энергоснабжения потребителей теплом и минимального воздействия теплоснабжающих систем на атмосферу.

3. Программно-вычислительный комплекс (ПВК) по выбору эффективных наборов технических и атмосфероохранных мероприятий для населенных пунктов.

Практическая ценность работы состоит в том, что предлагаемый методический подход позволяет проводить предпроектные исследования по оценке эколого-экономической эффективности направлений совершенствования ТСС на уровне городов и населенных пунктов.

Разработанный подход был использован при решении предпроектных задач по:

- оценке эффективности снижения загрязнения атмосферы при закрытии ряда угольных и мазутных котельных г. Иркутска и подключения потребителей этих котельных к системе централизованного теплоснабжения от Ново-Иркутской ТЭЦ (НИТЭЦ);

- выбору направлений развития и совершенствования теплоснабжающих систем г. Калязин (Тверской обл.) при учете атмосферного загрязнения и возможности газификации города на перспективу.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на:

- конференциях научной молодежи ИСЭМ СО РАН (г. Иркутск 1999,2000, 2001,2002 гг.);

- заседании всероссийского семинара "Информационные технологии в энергетике и образовании" (г. Иркутск, 2001 г.);

- заседании международного семинара "Математические модели и методы анализа и оптимального синтеза развивающихся трубопроводных и гидравлических систем" (г. Туапсе, 2002 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе одна в коллективной монографии.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (103 наименования) и приложений. Общий объем работы без приложений -183 стр., в том числе список литературы -11 стр., приложения на 40 стр. В работе 38 рисунков и 40 таблиц.

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель исследования, определена его научная новизна и практическая ценность.

Глава 1. "Анализ современного состояния, проблем и существующих подходов к решению задач совершенствования теплоснабжающих систем".

Анализ показал, что тепловое хозяйство России состоит из централизованных и децентрализованных теплоснабжающих систем, включающих в себя более 500 ТЭС и ТЭЦ, около 6 тысяч котельных тепловой мощностью выше 20 МВт и сотни тысяч более мелких котельных, а также около 200 тыс.

км тепловых сетей. Основным видом топлива на ТЭЦ и котельных является природный газ - 66 %, и уголь - 23 % от общего расхода топлива.

Тепловые электростанции и котельные, сжигая порядка 400 млн. т у.т. топлива в год, являются одними из основных источников загрязнения атмосферы. Так, в 2002 г. выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников составили 19,5 млн. т., из которых на долю ТЭС, ТЭЦ и котельных приходится приблизительно 32 %;

В теплоснабжении на настоящий момент накопилось много различных проблем:

- оборудование теплоисточников в большинстве случаев морально й физически устарело;

- наблюдается повышенная повреждаемость подземных теплопроводов, а потери тепловой энергии в сетях составляют 10-20 % и более;

- имеет место плохое регулирование тепловых сетей из-за не достаточной оснащенности приборами и средствами автоматического контроля и управления;

- котельные, работающие на угле, имеют в большинстве своем низкий КПД и пр.

Содержательная постановка задачи по выявлению проблем функционирования ТСС и их устранению сформулирована у многих исследователей, но, по мнению автора, эти постановки в основном ориентированы на повышение технического уровня систем, их надежности, управляемости и экономичности. Экологический фактор в них учитывается в недостаточной мере. Пути снижения загрязнения атмосферы определяются, как правило, уже для выбранных вариантов развития ТСС, что является нерациональным. Правильней было бы рассматривать варианты совершенствования ТСС одновременно с возможными вариантами улучшения их экологических параметров.

В связи с этим была поставлена задача и предложена методика, позволяющая определять эффективные технические и атмосфёроохранные меро-

приятия в комплексе для централизованных и децентрализованных ТСС (существующих, реконструируемых и новых).

Глава 2. "Методический подход к оценке эффективности вариантов совершенствования ТСС населенного пункта с учетом атмосфероохран-ных мероприятий".

В общем виде задача совершенствования ТСС с учетом атмосфероохран-ных мероприятий заключается в выборе эффективного варианта реконструкции, модернизации и развития всех ТСС населенного пункта по критерию минимума затрат с учетом затрат на атмосфероохранные мероприятия. Математическая постановка такой задачи может быть представлена следующим образом.

Пусть имеется населенный пункт, в котором К потребителей обеспечива-

к_

ется требуемым количеством тепловой энергии от существующих технологий* ДЕй = )•

В текущий момент времени расчетный баланс между производством и потреблением тепловой энергии может соблюдаться (1), частично соблюдаться (2) или не соблюдаться (3).

Необходимо определить такие технические и атмосфероохранные мероприятия (А) по совершенствованию ТСС, которые обеспечивали бы минимум суммарных затрат 3 (А) на модернизацию, реконструкцию и развитие всех ТСС населенного пункта (4) при условии соблюдения перспективного теплового баланса (5), возможности удовлетворения нужд потребителей в электрической энергии с учетом возможных поставок электроэнергии из энергосистемы и/или с ФОРЭМ (6) и приведения ТСС города к допустимым санитарным нормам (7).

'Под технологией понимается процесс производства и доставки энергии потребителю.

^ ^ , (А' ,Г )) +

где 3ТСС(А) - суммарные затраты* на мероприятия по 1-М существующим I = Х...1 и по }-м новым ]=■ 1...1 технологиям в системах теплоснабжения населенного пункта; Л1 - одно из комбинированных мероприятий для / -й технологии, -общее количество комбинированных мероприятий для 1-й технологии; одно из комбинированных мероприятий для технологии, - общее количество комбинированных мероприятий для технологии (комбинированным мероприятием называется набор мероприятий, допустимых к совместной реализации); 3™(Л'), З™^ Соответственно**, приведенные затраты на комбинированные мероприятия А' и А1 по теплоисточникам, производящим тепло по существующей 1-Й технологии и при строительстве новой _/-Й технологии; 3ТС(Л'), З11^) -соответственно, приведенные затраты на комбинированные мероприятия по тепловым сетям по существующей I -Й технологии и при строительстве новой ]-1 технологии;

- соответственно, приведенные затраты на комбинированные мероприятия по защите атмосферы (МЗА) по существующей / -й и по новой /-Й технологии; Ж, , - количество электроэнергии, потребляемое

'Составляющими суммарных затрат являются ежегодные приведенные или суммарные (дисконтированные) приведенные затраты.

"Функции 3(А) в задаче являются нелинейными.

потребителями V и производимое соответственно, по существующей I -й и по новой у -й технологии; Ж*"- количество электроэнергии, восполняемое региональной энергосистемой; 7Р'Ф0РЭМ- количество электроэнергии, поставляемое с ФОРЭМ*; РГГ - количество электроэнергии, которым необходимо обеспечить потребителя V; - изменение соответственно элек-

тропотребления и потребителей населенного пункта в пер-

спективе; С, (л) - концентрация 5 -го загрязнителя для всех технологий после реализации комбинированных мероприятий А ¡С™ - предельно-допустимая концентрация (ЦЦК) 5 -го загрязнителя.

Принято следующее условное деление мероприятий:

- под техническими мероприятиями (ТМ) понимаются комплексы мероприятий по реконструкции, модернизации и развитию ТСС (например, наладка тепловых сетей, внедрение перспективных технологий сжигания топлива на теплоисточниках, строительство новых теплоисточников и пр.);

- под МЗА понимаются комплексы мероприятий по предотвращению или сокращению выбросов вредных веществ, мероприятия по улучшению рассеивания, рассредоточению теплоисточников (например, очистка дымовых газов, регулирование процесса сжигания топлива, вынос теплоисточников за пределы жилых агломераций и пр.).

Подход к решению поставленной комплексной задачи совершенствования ТСС с учетом атмосфероохранных мероприятий состоит из двух этапов (рис. !)■

На первом этапе решается задача формирования возможных вариантов реконструкции, расширения или демонтажа существующих и строительства новых теплоисточников, а также реконструкции или строительства тепловых сетей по всем ТСС населенного пункта ("внутренних"** вариантов).

'Поставка электроэнергии с ФОРЭМ в случае дефицита электроэнергии в регионе ' * "Внутренним" вариантом условно будем называть вариант совершенствования отдельной теплоснабжающей системы населенного пункта, предполагая, что в населенном пункте, существует несколько независи-

На втором этапе объединяются затраты на мероприятия по конкурирующим "внешним" вариантам совершенствования ТСС и осуществляется их сравнение и выбор эффективного варианта ТСС по критерию минимума приведенных затрат.

На основе метода оптимизации атмосфероохранных стратегий разработана и используется специальная методика определения эффективных технических и атмосфероохранных наборов мероприятий из "внутренних" вариантов мероприятий.

Рис. 1. Схема подхода к решению комплексной задачи совершенствования ТСС с учетом атмосфероохранных мероприятий.

Содержание и последовательность решения задач в методике можно

представить следующим образом (рис. 1, задача 5):

1. Для каждого теплоисточника и связанных с ним тепловых сетей формируется группа исходных технических мероприятий, обеспечивающих под-

держку или модернизацию существующих и внедрение новых технологий в теплоснабжающие системы. Одновременно с техническими формируется группа атмосфероохранных мероприятий в зависимости от степени загрязнения атмосферы*.

2. На основе исходных мероприятий создаются допустимые комбинированные мероприятия, под которыми понимается набор мероприятий, не содержащий ни одной пары несовместных мероприятий**. Каждый созданный набор мероприятий после проверки на допустимость заносится в группу комбинированных мероприятий источника.

3. Эффективный набор мероприятий при некотором заданном уровне затрат 3, определяется путем оптимизации распределения затрат на мероприятия для всех теплоисточников с использованием следующего алгоритма:

- Задаются границы допустимых приведенных затрат (Зт„ ,3,^где

а о

верхняя граница затрат, - затраты на исходное мероприятие Л,, Л- количество всех исходных мероприятий, Зтт > 0 - нижняя граница затрат (на рис. 2: Например, минимальными приведенными затратами могут быть затраты только на функционирование всех теплоисточников населенного пункта, максимальными приведенными затратами могут быть затраты на все технические и атмосферо-охранные мероприятия, которые максимально снижают уровень загрязнения по загрязнителю на всех теплоисточниках населенного пункта.

* Степень загрязнения оценивается в рамках зон превышения ПДК по 7-мя нормируемым веществам 50х, N0,, Н25, , СО, суммарному количеству твердых частиц и недожога, бенз(а)пирену, а также по группам суммации 50 + N0^, мазутной золе + 50,, БОх + Н^ + NО'г.

"Например, несовместными мероприятиями могут быть одновременный перевод котельной на сжигание газообразного топлива и установка сероочистного оборудования

- Задается ряд величин приведенных затрат 3'*: 3 <3 к <3 и, к = для которых определяются эффективные наборы мероприятий А^по загрязнителю ,5 (рис. 2).

- Для составления наборов решается задача минимизации уровня загрязнения приземного слоя атмосферы, оцениваемого по загрязнителю , при заданном лимите приведенных затрат

при условии з(л(фо))<3*, (9)

где Е - величина, показывающая уровень загрязнения приземного слоя атмосферы в рассматриваемом населенном пункте, определяется как сумма концентраций С' , -го загрязнителя в центре р -ой ячейки сетки, накладываемой на план населенного пункта после реализации мероприятия

одно из комбинированных мероприятий для

технологии т *, т = \...МУМ = 1 +1, М - общее количество технологий^." - подмножество номеров ячеек, достижимвж по загрязнителю , для технологии ТЯ \Ф - множество всех функционирующих и новвж теплоисточников в рассматриваемом населенном пункте; 3 - приведенные затраты на комбинированные мероприятия А по всем теплоисточникам.

- В результате получаются наборы мероприятий А^" для всех теплоисточников, и строится график (рис. 2). Для некоторого объема затрат Зш, которые ввщеляются на этот населенный пункт, по этому графику выбирается ближайший набор мероприятий, затраты на который меньше или равны заданному.

'Комбинированным мероприятием называется набор ТМ и МЗА, допустимых к совместной реализации

Рис. 2. Кривая рационального распределения затрат по наборам мероприятий и снижения концентрации 5 -го загрязнителя.

Задача (8)-(9) по загрязнителю 5 решается при помощи методов динамического программирования. Процесс решения этой задачи повторяется для всех загрязнителей ^, и составляются списки полученных эффективных наборов мероприятий. Объединение списков "вручную", путем исключения одинаковых мероприятий или принятие решения по альтернативным мероприятиям достаточно трудоемкая задача. Поэтому автором используется метод составления единого набора эффективных технических и атмосферо-охранных мероприятий по вариантам совершенствования ТСС населенного пункта, который представляет собой объединение наборов мероприятий согласно априорно принятым приоритетам выбора этих мероприятий для каждой конкретной, рассматриваемой исследователем практической задачи.

Алгоритм расчета по этому методу можно представить следующим образом: на первом шаге создается список, объединяющий все эффективные наборы мероприятий в результате последовательного решения задачи оптимизации (8)-(9) по каждому 5 -му загрязнителю; на втором шаге эти мероприятия ранжируются по важности их реализации (расставляются приоритеты); далее из них удаляются мероприятия, имеющие низкий приоритет; на заключительном шаге удаляются дорогие мероприятия при одинаковых приоритетах и выбирается наиболее экономически эффективное мероприятие.

Таким образом, для каждого "внешнего" варианта совершенствования ТСС населенного пункта составляется единый набор мероприятий для заданного исследователем уровня затрат, исключая дублирование, а из альтернативных мероприятий выбираются такие, которые соответствуют выбранному направлению развития ТСС.

Глава 3. "Программно-вычислительный комплекс для выбора направлений совершенствования ТСС с учетом загрязнения атмосферы".

ПВК ТЕП-ЭКО включает в себя базу данных, спроектированную автором с помощью ERWin и работающую под управлением СУБД InterBase, и расчетный блок, разработанный автором совместно с к.т.н. Еделевым А.В. на языке программирования C++. Расчетный блок состоит из восьми модулей:

1. Модель выбора неблагоприятных атмосферных ситуаций (в результате перебора всех возможных годовых изменений климатических характеристик местности в этой модели определяются период года и направление ветра, при которых особо часто наблюдается неблагоприятное пространственное распределение приземных концентраций загрязнителей).

2. Расчет валовых выбросов вредных веществ в атмосферу (разработан на основе методик расчета валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах ТЭС, котельных и газотурбинных установок).

3. Расчет приземных концентраций вредных веществ (в модуле реализованы два метода расчета приземных концентраций: один - нормативный, основанный на методике онд-864, второй - разработанный в ИСЭМ СО РАН, основанный на локальной модели по теории

4. Модель выбора атмосфероохранных мероприятий по техническим характеристикам элементов системы теплоснабжения (реализованы методы

'ОНД-86 • утвержденная Госкомгидрометом РФ методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий

"Под теорией Еерлянда понимается рекомендованное М Е. Берляндом аналитическое решение уравнения для приближенного расчета приземных концентраций с внесенными в явном виде характеристиками турбулентности атмосферы Локальная модель является в своей основе программной реализацией решения этого уравнения

подбора очистных установок по улавливанию твердых частиц - сухих, мокрых золоуловителей и электрофильтров).

5. Расчет технико-экономических показателей по техническим и атмосферо-охранным мероприятиям.

6. Эколого-экономическая модель оптимизации мероприятий (модель реализована на основе разработанной автором методики определения оптимальных наборов технических и атмосфероохранных мероприятий).

7. Составление единого списка мероприятий.

8. Расчет приведенных затрат в варианты реконструкции, модернизации и развития ТСС.

Технология проведения исследований на ПВК ТЕП-ЭКО состоит из следующих этапов:

1. Составление программы управления процессом расчета, подготовка исходных данных.

2. Определение наиболее опасных климатических ситуаций.

3. Проведение расчетов на специальных моделях по гидравлике и реконструкции тепловых сетей* получения решений по вариантам реконструкции и/или строительства тепловых сетей. Исследователем формируются типы и варианты мероприятий, а результаты заносятся в базу данных.

4. Проведение расчета на эколого-экономической модели и выбор из "внутренних" вариантов мероприятий - наиболее эффективных технических и атмосфероохранных мероприятий (для каждого "внешнего" варианта ТСС).

5. Объединение наборов мероприятий с выбором приоритетных мероприятий по критериям минимума уровня загрязнения приземного слоя атмосферы и минимума приведенных затрат (по каждому "внешнему" варианту).

'Примеиякяся специальные модели по гидравлике и реконструкции тепловых сетей (СОСНА, СТРУКТУРА), которые разработаны и используются в лаборатории систем теплоснабжения ИСЭМ СО РАН

6. Получение единого списка мероприятий по каждому "внешнему" варианту для сравнения этих вариантов между собой по минимуму приведенных затрат.

Результаты каждого этапа исследования сохраняются в базе данных и на следующем этапе используются в качестве исходных данных.

Глава 4. "Апробация разработанного методического подхода и ПВК на примере ТСС гг. Иркутск и Калязин".

Оценка эффективности снижения загрязнения атмосферы при совершенствовании ТСС г. Иркутска. В рамках работы по технико-экономическому совершенствованию ТСС г. Иркутска автором была выполнена комплексная оценка загрязнения атмосферы для различных вариантов совершенствования системы централизованного теплоснабжения от НИТЭЦ ОАО "Иркутскэнерго" и локальных ТСС на базе котельных МПТП "Иркутск-теплоэнерго".

На основании предварительно разработанных вариантов совершенствования ТСС г. Иркутска было предложено закрыть ряд угольных и мазутных котельных МПТП "Иркутсктеплоэнерго". Эти котельные в большинстве случаев имеют высокий отпускной тариф на тепловую энергию из-за сверхнормативных расходов топлива и потерь тепла. Потребителей тепла от котельных предложено обеспечивать теплом от системы централизованного теплоснабжения НИТЭЦ. Для этого на НИТЭЦ устанавливаются дополнительные тепловые мощности (новый котел Е-500-140 и строительство новой пиковой котельной с котлами 12хЕ-160-14ЦКС).

Расчеты показали, что расширение НИТЭЦ и строительство новой котельной на площадке НИТЭЦ с современными системами очистки (или с новой технологией сжигания топлива) не приведут к превышению ПДК в зоне действия НИТЭЦ. Закрытие 28-ми котельных МПТП "Иркутсктеплоэнерго" приводит к снижению концентраций загрязнителей, но этого все же недостаточно для соблюдения санитарных норм по атмосферному загрязнению в правобережной части города. Для достижения приемлемых экологических

1б

результатов необходимо провести целенаправленные мероприятия еще на 71 котельной. Однако установка на них в качестве систем очистки мокрых золоуловителей не дает должного результата, нормы ПДК не достигаются, так как уголь, сжигаемый в котельных, имеет значительный процент плохо улавливаемых мелких фракций. Кроме того, тесное расположение котельных приводит к увеличению приземных фоновых концентраций по рассматриваемым загрязнителям в 2-5 раз.

Для выполнения норм ПДК необходимо некоторые котельные закрыть путем укрупнения экологически менее "опасных" котельных, или переоборудовать часть мелких угольных котельных в электробойлерные*. Газификация г. Иркутска и перевод котельных на газ, создание систем централизованного теплоснабжения на базе крупных газовых котельных или мини ТЭЦ также может способствовать улучшению экологической ситуации.

Выбор направлений развития и совершенствования ТСС г. Калязин при учете атмосферного загрязнения. Основные проблемы функционирования ТСС г. Калязин связаны: с неудовлетворительным качеством теплоснабжения населения города от центральной котельной; высокими тарифами на тепловую энергию в связи с использованием мазута; устаревшим оборудованием в коммунальных и промышленных котельных (неавтоматизированные котлы с КПД использования топлива 50-70 %). Кроме того, оценка загрязнения атмосферы г. Калязин объектами теплоснабжения показала, что есть превышение ПДК по суммарному количеству твердых частиц и недожога (рис. 3), БО^СО.

При формировании направлений развития ТСС г. Калязин были рассмотрены альтернативные мероприятия: доведение теплоснабжающей системы от центральной котельной до нормального уровня эксплуатации**; модерниза-

'Строительство электробойлериых вместо угольных котельных способствует улучшению экологии, однако, при учете изменения пен на электроэнергию в динамике это мероприятие становится дорогим. "Были учтены рекомендации по реконструкция тепловых сетей и возможные ограничения радиуса теплоснабжения от центральной котельной путем установки двух небольших локальных котельных на газе вблизи концевых потребителей. Эти расчеты были выполнены на специальных моделях по гидравлике и реконструкции тепловых сетей в лаборатории систем теплоснабжения ИСЭМ СО РАН.

ция (перевод котельных на газ путем установки газовых горелок и вспомогательного оборудования, установка систем очистки дымовых газов от вредных выбросов); реконструкция (строительство мини ТЭЦ на базе котельных с использованием газотурбинных (ГТУ) или дизельных электроустановок (ДЭУ), сооружение газогенераторной установки (ГТУ), работающей на отходах "Льнозавода", установка противодавленческих турбин или агрегатов ПРОМ на центральной котельной с целью использования перепада давления для выработки электроэнергии).

irtt wm Mm iww ' 1ЭШ l«rt

Ш« te>* , \ mi* НШ

______ iw_____ да__m_,__ИИ____

Рис. 3. Пространственное распределение приземной концентрации суммарного количества твердых частиц и недожога (при сжигании угля), выбрасываемого существующими теплоисточниками г. Калязин*.

На основе разработанных типов мероприятий было составлено 8 "внешних" вариантов совершенствования ТСС города. В каждом "внешнем" варианте имеются обязательные мероприятия (реконструкция и наладка тепловой сети от центральной котельной с установкой необходимых сетевых сооружений (рис. 4)) и альтернативные мероприятия, которые имеют "внутренние"

'На рисунке выделены зоны превышения ПДК по загрязнителю, в последнем столбце таблицы, расположенной на рисунке, дано распределение долей концентрации по котельным в каждой точке максимума на плане В заголовке этой таблицы отображаются координаты и концентрация загрязнителя в точках

варианты, конкурирующие между собой. Эффективность этих комбинаций определяется в результате расчета на эколого-экономической модели.

Рис. 4. Варианты мероприятий по совершенствованию ТСС г. Калязин.

В условно "газовых" вариантах (№1,2, 5, 6,7,8) рассматривается целесообразность перевода на газ с модернизацией существующих котельных (либо модернизация котельных с установкой на них очистных аппаратов), эффективность установки мини ТЭЦ на газе для ряда промышленных потребителей. В варианте №8 рассматривается перевод на газ только центральной котельной без установки мини ТЭЦ. В вариантах №5, 6, 7, 8 рассматривается целесообразность сужения радиуса централизованного теплоснабжения от центральной котельной и строительства локальных газовых котельных вблизи концевых потребителей тепла (рис. 4), причем для вариантов № 6, 8 рассматривается эффективность закрытия ряда котельных коммунальных потребителей и возможность их подключения к локальной котельной.

В условно "не газовых" вариантах (№3, 4) рассматривается только целесообразность установки очистных аппаратов.

На основе разработанных "внешних" вариантов были проведены три серии расчетов на эколого-экономической модели по:

1. Формированию и оценке вариантов совершенствования ТСС при существующих ценах на энергоресурсы.

2. Определению влияния цен на газ и электроэнергию на выбор оптимального варианта совершенствования ТСС.

3. Анализу влияния повышения цен на газ и электроэнергию в динамике на выбор оптимального варианта совершенствования ТСС.

При существующих ценах на энергоресурсы (рис. 5) "не газовые" варианты (№ 3, 4) имеют самую низкую экологическую эффективность, а установка систем очистки на ряде котельных позволяет снизить до уровня ПДК только суммарный выброс твердых частиц и недожога, сохраняя превышение и по со. Полное выполнение санитарных норм по выбросам вредных веществ обеспечиваюттолько "газовые" варианты №1,2,5,6,7.

Также, для "не газовых" вариантов характерны высокие издержки на эксплуатацию источников (высокие тарифы на жидкое топливо и покупную электроэнергию, низкая эффективность сжигания топлива).

Самыми эффективными оказываются "газовые" варианты с переводом на газ центральной котельной (с установкой противодавленческих турбин) и котельных группы промышленных потребителей без строительства локальных котельных (№ 1, 2). Наиболее эффективным по минимуму затрат является вариант №2, в котором осуществляется:

1. перевод на газ от 29 до 34* котельных (5-9 котельных оставить на угле);

2. перевод центральной котельной на газ с восстановлением тепловых пунктов и возможной установкой агрегатов ГРОМ;

3. установка мини ТЭЦ для ряда промышленных потребителей: на ЗАО лязинскую фабрику модельной обуви" установить 2хМТП-200/300 на газе, существующую котельную оставить в резерве; на ОАО "Калязинский

'Состав эффективных наборов технических и атмосфероохранных мероприятий при формировании вариантов совершенствования ТСС может быть различным в зависимости от принятой методики расчета приземных концентраций Принятие решений по реализации мероприятий по кахой-либо методике предлагается осуществлять с дополнительной оценкой загрязнения по другим методикам, и возможно, поиску приемлемого компромиссного решения

льнозавод установить газогенераторную станцию на отходах от переработки льна 2хГГУ-180/450, существующую котельную оставить работать на отходах от переработки льна на базовую нагрузку.

Рис. 5. Сравнение ежегодных приведенных затрат в оптимальные варианты совершенствования ТСС города в зависимости от применения методик расчета приземных концентраций.

Анализ чувствительности решений проводился при ценах газа 12,3, 40 и 60 доллУт у.т. и ценах на электроэнергию - 1,83, 3, 4,5 и 6 ^ент/кВгч. Из анализа полученных результатов видно, что при цене газа 12,3 доллУт у.т. с увеличением цены на электроэнергию по оптимальным вариантам наблюдается рост количества мини ТЭЦ на газе (рис. 6). Причем, ценам на электроэнергию 1,83 и 3 соответствует один и тот же состав нового оборудования и количество мини ТЭЦ на газе. Это связано с тем, что увеличение затрат на покупную электроэнергию не достаточно, чтобы было оправдано строительство новых мини ТЭЦ. При цене газа 40 доллУт у.т., один и тот же состав нового оборудования и количество мини ТЭЦ соответствуют ценам на электроэнергию 3 и 4,5 цент/кВт-ч (рис. 6), что свидетельствует о некоторой оптимальности в суммарных мощностях мини ТЭЦ. При цене газа доллУт у.т., на начальном этапе повышения цены на электроэнергию строительство мини ТЭЦ не выгодно, возможна только установка противодавленческих турбин на центральной котельной (рис. 6, от 1,83 до 3 цент/кВт-ч).

3 45 6

Цена электроэнергии, цент/кВт*ч

Рис. 6. Зависимость ежегодных приведенных затрат и суммарной установленной мощности мини ТЭЦ от цены на электроэнергию по оптимальным

вариантам.

Затем происходит резкий скачок, и все варианты установки мини ТЭЦ становятся экономически обоснованными (рис. 6, от 4,5 до 6 цент/кВт-ч). Следует отметить, что, как и в первой серии расчетов, при цене газа 12,3 и 40 долл./т у.т. по всем точкам эффективным является вариант №2.

Для анализа влияния в динамике повышения цен на газ и электроэнергию по третьей серии расчетов были сохранены исходные данные второй серии расчетов, но применен критерий оценки эффективности по суммарным (дисконтированным) приведенным затратам. Расчетный период принимался равным 20 годам.

Перспективные цены на газ, уголь и электроэнергию для г. Калязин были определены в соответствии с ценами Энергетической стратегии России до 2020 г. Для г. Калязин цена электроэнергии принята: 2003 г. - 3,3 цент/кВт-ч, 2010 г. - 4,5 цент/кВт-ч, 2020 г. - 5,5 цент/кВт-ч, цена газа: 2003 г. - 20,78 долл./т у.т., 2010 г. - 48 долл./т у.т., 2020 г. - 64 долл./т у.т.. Изменение цен на

мазут и жидкое печное топливо принято пропорционально изменению цен на нефть, повышение цен на дрова принято экспертно.

Результаты расчетов подтвердили эффективность осуществления варианта №2, в котором необходимо модернизировать и перевести практически все котельные на газ и осуществить перспективное строительство мини ТЭЦ.

В приложениях помещены: графическое представление пространственного распределения приземных концентраций вредных веществ от теплоисточников г. Иркутска; исходная информация по существующему состоянию ТСС г. Калязин; описание вариантов совершенствования ТСС г. Калязин.

Основные результаты работы

1. Проведен анализ существующих подходов к решению задач оптимальной реконструкции, модернизации и развития ТСС, который показал, что на современном этапе для ТСС необходим более глубокий учет экологии совместно с решением вопросов надежного и экономичного теплоснабжения.

2. Предложена постановка задачи комплексного совершенствования ТСС населенных пунктов с учетом атмосфероохранных мероприятий, которая состоит в выборе эффективных направлений реконструкции, модернизации и развития ТСС при одновременном планировании оптимальных ат-мосфероохранных мероприятий с целью максимального достижения требований по охране окружающей среды на предпроектном уровне.

3. Разработана методика учета экологических ограничений в задачах совершенствования ТСС с помощью нахождения эффективных наборов технических и атмосфероохранных мероприятий путем:

- целенаправленного рассмотрения направлений совершенствования централизованных и децентрализованных ТСС, что позволяет осуществлять более полный экологический и технико-экономический поиск эффективных решений;

- оптимального учета (размещения, применения, выделения) рациональных технико-экономических и экологических мероприятий и получе-

ния максимального эколого-экономического эффекта, который достигается от комплексного применения технических и атмосфероохран-ных мероприятий для всех действующих и вновь вводимых энергоисточников.

4. Разработан ПВК ТЕП-ЭКО, который позволяет эффективно:

- определять уровень загрязнения приземного слоя атмосферы в рассматриваемом населенном пункте;

- анализировать перспективные технические и атмосфероохранные мероприятия;

- проводить оптимизационные расчеты по минимизации затрат на эти мероприятия для всех источников выбросов вредных веществ при выборе рационального варианта совершенствования ТСС населенного пункта с учетом минимального воздействия на атмосферу.

5. Проведены практические исследования при решении задач:

- комплексной оценки загрязнения атмосферы для предварительно разработанных вариантов совершенствования ТСС г. Иркутска;

- комплексного анализа возможных вариантов реконструкции, модернизации и развития ТСС г. Калязин с учетом их экологической эффективности.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Баранова О.А. Основные положения учета экологических факторов при обосновании направлений развития теплоснабжающих систем // Системные исследования в энергетике. - Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 1999. - (Тр. молодых ученых ИСЭМ СО РАН, вып. 29). - С.2-8.

2. Баранова ОА, Еделев А.В., Семин И.А Учет воздействия объектов теплоснабжения на атмосферу при формировании вариантов развития систем на базе ГТУ-ТЭЦ // Системные исследования в энергетике. - Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2000. - (Тр. молодых ученых ИСЭМ СО РАН, вып. 30). -С.182-191.

3. Баранова О.А. Методический подход к оптимизации атмосфероохранных мероприятий при формировании вариантов развития системы теплоснабжения населенного пункта // Системные исследования в энергетике. - Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2001. - (Тр. молодых ученых ИСЭМ СО РАН, вып.31).-С.156-166.

4. Баранова ОА., Еделев А.В. Применение методов комбинаторного моделирования для выбора рациональных вариантов развития ТСС населенных пунктов с учетом экологических ограничений // Современные подходы к интеграции информационных технологий. - Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2001. - (Тр. Всероссийского семинара) - С.46-53.

5. Баранова О.А. Особенности выбора направлений развития систем теплоснабжения города с учетом экологических факторов // Системные исследования в энергетике. - Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2002. - (Тр. молодых ученых ИСЭМ СО РАН, вып. 32). - С. 162-173.

6. Баранова ОА, Федяев А.В. Выбор направлений развития теплоснабжающих систем с учетом загрязнения атмосферы // Трубопроводные системы энергетики: Управление развитием и функционированием. Под [общей ред. Тевяшева А.Д. - Новосибирск: Наука, 2004. - С. 158-167.

7. Еделев А.В., Баранова ОА Программно-вычислительный комплекс для совершенствования теплоснабжающих систем с учетом экологических ограничений // Вестник региональной энергетики. - М.: ООО "Издательский дом" "СтраховоеРевю", 2004.-С. 45-55.

8. Баранова О.А., Федяев А.В. Реконструкция и развитие теплоснабжающих систем в условиях экологических ограничений на современном этапе // Вестник региональной энергетики. - М.: ООО "Издательский дом" "Страховое Ревю", 2004. - С. 56-74.

Подписано к печати 19/10/2004 г. Формат бумаги 60x90 1/16 Объем 1,3 п.л. Тираж 100 экз. Заказ №444

Ризограф ИСЭМ СО РАН

664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130

«2 1 9 5 0 5

Список сокращений.

Введение.

Глава 1. Анализ современного состояния, проблем и существующих подходов к решению задач совершенствования теплоснабжающих систем.

1.1. Технико-экономические проблемы в теплоснабжении.

1.2. Экологические проблемы в теплоснабжении.

1.3. Анализ некоторых научно-методических достижений в области теплоснабжения.

1.4. Существующие подходы к учету экологических ограничений в задачах совершенствования теплоснабжающих систем.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Методический подход к оценке эффективности вариантов совершенствования ТСС населенного пункта с учетом атмосфероохранных мероприятий.

2.1. Постановка задачи.

2.2. Подход к решению задачи совершенствования ТСС с учетом атмосфероохранных мероприятий.

2.3. Методика выбора эффективных наборов технических и атмосфероохранных мероприятий для теплоснабжающих систем по минимуму уровня загрязнения приземного слоя атмосферы.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Программно-вычислительный комплекс для выбора направлений совершенствования ТСС с учетом загрязнения атмосферы.

3.1. Модули, входящие в расчетный блок программно-вычислительного комплекса.

3.2. База данных программно-вычислительного комплекса.

3.3. Технология проведения исследований на программно-вычислительном комплексе.

3.4. Иллюстративный пример работы эколого-экономической модели на основе методики выбора эффективных наборов мероприятий.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Апробация разработанного методического подхода и ПВК на примере ТСС гг. Иркутск и Калязин.

4.1. Оценка загрязнения атмосферы выбросами вредных веществ в условиях совершенствования теплоснабжающих систем г. Иркутска. 114 4.2. Обоснование вариантов совершенствования теплоснабжающих систем г. Калязин Тверской области в условиях газификации города с учетом загрязнения атмосферы.

4.2.1. Этап формирования эффективных вариантов технических и атмосфероохранных мероприятий для теплоснабжающих систем г. Калязин.

4.2.2. Этап сравнения конкурирующих вариантов и выбора эффективного варианта ТСС.

Выводы по главе 4.

Для России, на территории которой преобладают суровые климатические условия, теплоснабжающие системы являются важнейшими структурными составляющими топливно-энергетического комплекса, обеспечивающими тепловой энергией жизнедеятельность населения и всего хозяйства страны.

Суммарное годовое теплопотребление в РФ составляет сейчас около 2060 млн. Гкал, при этом 71 % теплопотребления обеспечивают централизованные источники (включая ТЭС, котельные, АИТ, электробойлерные, ТУУ и пр.), порядка 11 % - децентрализованные (включая крупные, средние и мелкие котельные), и около 18 % - коммунальные котельные (включая котельные мощностью менее 3 Гкал/ч). Основными потребителями тепла на настоящий момент являются промышленность - 38,2 %, коммунально-бытовой сектор и население - 48,7 % (включая мелких потребителей, получающих тепло от теплоисточников на печном топливе и мелких собственных котлов), на сельское хозяйство приходится порядка 4 % от общего потребления тепла, на транспорт и другие потребители -9,1 %.

Производство и распределение тепловой энергии является важной государственной задачей, решение которой необходимо для успешного развития экономики и обеспечения социальной стабильности. Поэтому повышение надежности, качества и экономичности теплоснабжения является одной из основных целей, заложенных в Энергетической стратегии России до 2020 года.

С другой стороны, производство тепловой энергии на источниках тепла, работающих на органическом топливе (ТЭС, ТЭЦ и котельных), неизбежно связано с негативным воздействием на окружающую среду, вызывающим отрицательное влияние на здоровье населения, сохранность растительного и животного мира.

Поэтому развитие теплоснабжающих систем должно быть неразрывно связано с соблюдением требований по охране окружающей среды, которые в ряде случаев могут оказать решающее влияние на формирование направлений развития систем.

Особо это актуально сейчас, когда положение дел в теплоснабжении страны характеризуется снижением надежности и экономичности теплоснабжения, и загрязнением окружающей среды от большинства теплоисточников.

Актуальность работы. Решение проблем теплоснабжения требует серьезных подходов и должно основываться на соответствующей научно-методической базе. Существующие подходы в области теплоснабжения в основном ориентированы на повышение технического уровня систем, их надежности, управляемости и экономичности. Примером могут служить научные труды Мелентьева Л.А., Копьева С.Ф., Левенталя Г.Б., Соколова Е.Я., Хасилева В.Я., Меренкова А.П., Некрасова А.С., Хрилева Л.С., Попырина Л.С., Чистовича С.А., Сенновой Е.В., Федяева А.В., Стенникова В.А. и других. В этих работах, как правило, влияние ТСС на окружающую среду рассматривается после технико-экономического обоснования эффективности направлений совершенствования теплоснабжающих систем, что не всегда дает оптимальный эколого-экономический эффект.

Главное место в списке экологических факторов воздействия ТСС на окружающую среду занимает загрязнение атмосферы. Существующие подходы к учету такого загрязнения от объектов теплоэнергетики позволяют решать проблемы планирования атмосфероохранной деятельности. К ним относятся: модель оптимизации атмосфероохранных мероприятий (ВНИПИ-энергопром), эколого-экономическая модель "Регион" (ИДСТУ), метод оптимального размещения промышленных предприятий Марчука Г.И., ситуационный подход атмосфероохранной деятельности Бронштейна A.M. и Литвина В.А., информационно-моделирующая система оценки загрязнения атмосферы городов (ИВЭП СО РАН), энерго-экологическая модель ВЕЕМ (ИСЭМ СО РАН), проекты американской группы "ISEG" и др.

В этих подходах решаются задачи планирования атмосфероохранных мероприятий, однако, как правило, они не взаимосвязаны с теплоснабжающими системами.

Таким образом, возникает необходимость в разработке подхода, позволяющего получать оптимальный набор мероприятий для совершенствования ТСС с учетом эффективного снабжения потребителей теплом и электроэнергией и минимального воздействия объектов этих систем на окружающую среду. Такой подход должен оценивать как прямое воздействие таких сложных ТСС на окружающую среду (оценка загрязнения), так и обратное воздействие - влияние учета атмосфероохранных мероприятий на варианты развития ТСС.

Целью работы являлась разработка методического подхода к обоснованию направлений совершенствования ТСС с учетом атмосфероохранных мероприятий, включая поэтапное описание методики определения оптимальных наборов технических и атмосфероохранных мероприятий по системам теплоснабжения и решение на предпроектном уровне задач совершенствования ТСС.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней получены и выносятся на защиту следующие наиболее важные результаты:

1. Комплексная постановка задачи выбора направлений совершенствования теплоснабжающих систем населенного пункта с технико-экономических и экологических позиций.

2. Методика учета экологических ограничений, которая позволяет получать оптимальный конечный набор мероприятий для совершенствования ТСС с учетом эффективного энергоснабжения потребителей теплом и минимального воздействия теплоснабжающих систем на атмосферу.

3. Программно-вычислительный комплекс по выбору эффективных наборов технических и атмосфероохранных мероприятий для населенных пунктов. Практическая ценность работы состоит в том, что предлагаемый методический подход позволяет проводить предпроектные исследования по оценке эколого-экономической эффективности направлений совершенствования ТСС на уровне городов и населенных пунктов.

Разработанный подход был использован при решении предпроектных задач по:

- оценке эффективности снижения загрязнения атмосферы при закрытии ряда угольных и мазутных котельных г. Иркутска и подключения потребителей этих котельных к системе централизованного теплоснабжения от Ново-иркутской ТЭЦ (НИТЭЦ). В результате рассмотрения вариантов расширения Ново-иркутской ТЭЦ ОАО "Иркутскэнерго" и закрытия ряда котельных МУЛ "Иркутсктеплоэнерго" выявлено, что учет только технико-экономического фактора в задачах совершенствования теплоснабжающих систем не всегда способствует необходимому снижению загрязнения атмосферы до санитарных норм. Предлагаемые технико-экономические варианты в должной мере не улучшают состояния атмосферного воздуха. Обоснован состав котельных, которые требуют проведения технических и атмосфероохранных мероприятий с целью улучшения экологической ситуации в городе; выбору направлений развития и совершенствования теплоснабжающих систем г. Калязин (Тверской обл.) при учете атмосферного загрязнения и возможности газификации города на перспективу. Определены: целесообразность реконструкции существующей централизованной теплоснабжающей системы; эффективность использования природного газа и местных видов топлива; перспективы развития потребителей тепла и снижения экологического воздействия объектов теплоснабжения на окружающую среду города. Из множества рассмотренных вариантов теплоснабжения рекомендованы оптимальные, реализация которых позволит снизить себестоимость тепла на ряде котельных и сократить выбросы вредных веществ в атмосферу до требуемого уровня ПДК.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на: конференциях научной молодежи ИСЭМ СО РАН (г. Иркутск 1999, 2000, 2001, 2002 гг.); заседании всероссийского семинара "Информационные технологии в энергетике и образовании " (г. Иркутск, 2001 г.); заседании международного семинара "Математические модели и методы анализа и оптимального синтеза развивающихся трубопроводных и гидравлических систем" (г. Туапсе, 2002 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе одна - в коллективной монографии.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (103 наименования) и приложений. Общий объем работы без приложений - 183 стр., в том числе список литературы - 11 стр., приложения на 40 стр. В работе 38 рисунков и 40 таблиц.

Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1) Проведен анализ существующих подходов к решению задачи оптимальной реконструкции, модернизации и развития ТСС, который показал, что они в основном ориентированы на повышение технического уровня систем, их надежности, управляемости и экономичности. Однако, на современном этапе для теплоснабжающих систем необходим более глубокий учет экологии совместно с решением вопросов надежного и экономичного теплоснабжения.

2) Предложена двухэтапная постановка задачи комплексного совершенствования теплоснабжающих систем населенных пунктов с учетом ат-мосфероохранных мероприятий, которая состоит в выборе эффективных направлений реконструкции, модернизации и развития теплоснабжающих систем при одновременном планировании оптимальных атмо-сфероохранных мероприятий с целью максимального достижения требований по охране окружающей среды на предпроектном уровне.

3) Разработана методика учета экологических ограничений в задачах совершенствования ТСС для решения задачи нахождения эффективных наборов технических и атмосфероохранных мероприятий, которая предусматривает:

- выбор из "внутренних" вариантов оптимальных мероприятий по каждой теплоснабжающей системе по минимуму уровня загрязнения приземного слоя атмосферы;

- составление единого списка мероприятий по каждому "внешнему" варианту развития ТСС.

Методика представляет собой выбор рациональных вариантов совершенствования ТСС совместно с необходимыми атмосфероохранными позволяет осуществлять более полный экологический и технико-экономический поиск эффективных решений; — оптимально учитывать (размещать, применять, выделять) рациональные с технико-экономической и экологической точек зрения мероприятия и получать максимальный эколого-экономический эффект, который достигается от комплексного применения атмосфероохранных и технических мероприятий для всех действующих и вновь вводимых энергоисточников.

Методика позволяет также заменить "ручное" объединение списков мероприятий в результате решения задачи оптимизации нахождения эффективных наборов мероприятий по каждому загрязнителю на автоматизированную процедуру составления единого набора эффективных технических и атмосфероохранных мероприятий по всем загрязнителям.

4) Разработан программно-вычислительный комплекс ТЕП-ЭКО, который позволяет эффективно: а) определять уровень загрязнения приземного слоя атмосферы в рассматриваемом населенном пункте; б) анализировать перспективные технические и атмосфероохранные мероприятия; в) проводить оптимизационные расчеты по минимизации затрат на эти мероприятия для всех источников выбросов вредных веществ при выборе рационального варианта совершенствования теплоснабжающих систем населенного пункта с учетом минимального воздействия на атмосферу.

5) Проведены практические исследования на примере решения двух практических задач: Комплексной оценки загрязнения атмосферы для предварительно разработанных вариантов совершенствования теплоснабжающих систем г. Иркутска. В результате проведенной работы удалось получить следующие результаты:

- выявлено, что учет только технико-экономического фактора с задачах совершенствования теплоснабжающих систем не всегда способствует необходимому снижению загрязнения атмосферы до санитарных норм. Предлагаемые технико-экономические варианты закрытия котельных ИТЭ и варианты увеличения мощности НИТЭЦ в должной мере не улучшают состояния атмосферного воздуха в г. Иркутске;

- предложен список котельных, которые требуют проведения технических и атмосфероохранных мероприятий с целью улучшения экологической ситуации в городе;

- продемонстрировано успешное использование ПВК для проведения экологической оценки крупного города с множеством теплоисточников.

Комплексного анализа возможных вариантов реконструкции модернизации и развития теплоснабжающих систем г. Калязин, Тверской области с учетом их экологической эффективности.

Результаты выполнения работы можно сформулировать следующим образом:

- проведен технико-экономический и экологический анализ существующих теплоснабжающих систем города, свидетельствующий о неудовлетворительном качестве теплоснабжения, устаревшем оборудовании большинства котельных, высоких тарифах на тепловую энергию и превышении ПДК по ряду загрязняющих атмосферу веществ;

- сформированы варианты совершенствования теплоснабжающих систем г. Калязин с учетом необходимости совершенствования существующей централизованной теплоснабжающей системы, эффективного использования природного газа и местных видов топлива, перспектив развития потребителей города и снижения экологического воздействия объектов теплоснабжения на окружающую среду;

- рекомендованы оптимальные варианты теплоснабжения, что позволяет снизить себестоимость тепла на ряде котельных и сократить выбросы вредных веществ в атмосферу до требуемого уровня ПДК;

- показано, что состав эффективных наборов технических и атмосфероохранных мероприятий при формировании вариантов совершенствования ТСС может быть различным в зависимости от выбора методики расчета приземных концентраций. Принятие решений по реализации мероприятий по какой-либо методике предлагается осуществлять с дополнительной оценкой загрязнения по другим методикам, и возможно, поиску приемлемого компромиссного решения;

- проведено исследование влияния повышения цен на газ и электроэнергию на выбор эффективного варианта совершенствования ТСС города.

Основные положения и результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Баранова О.А. Основные положения учета экологических факторов при обосновании направлений развития теплоснабжающих систем // Системные исследования в энергетике. - Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 1999. - (Тр. молодых ученых ИСЭМ СО РАН, вып. 29). - С.2-8.

2. Баранова О.А., Еделев А.В., Семин И.А. Учет воздействия объектов теплоснабжения на атмосферу при формировании вариантов развития систем на базе ГТУ-ТЭЦ // Системные исследования в энергетике. -Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2000. - (Тр. молодых ученых ИСЭМ СО РАН, вып. 30). -С.182-191.

3. Баранова О.А. Методический подход к оптимизации атмосфероохранных мероприятий при формировании вариантов развития системы теплоснабжения населенного пункта // Системные исследования в энергетике. - Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2001. - (Тр. молодых ученых ИСЭМ СО РАН, вып. 31). -С.156-166.

4. Баранова О.А., Еделев А.В. Применение методов комбинаторного моделирования для выбора рациональных вариантов развития ТСС населенных пунктов с учетом экологических ограничений // Современные подходы к интеграции информационных технологий. - Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2001. - (Тр. Всероссийского семинара). - С.46-53.

5. Баранова О.А. Особенности выбора направлений развития систем теплоснабжения города с учетом экологических факторов // Системные исследования в энергетике. — Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2002. - (Тр. молодых ученых ИСЭМ СО РАН, вып. 32). - С. 162-173.

6. Баранова О.А., Федяев А.В. Выбор направлений развития теплоснабжающих систем с учетом загрязнения атмосферы // Трубопроводные системы энергетики: Управление развитием и функционированием. Под общей ред. Тевяшева А.Д. - Новосибирск: Наука, 2004. - С. 158167.

7. Баранова О.А., Федяев А.В. Реконструкция и развитие теплоснабжающих систем в условиях экологических ограничений на современном этапе // Вестник региональной энергетики. - М.: ООО "Издательский дом" "Страховое Ревю", 2004. - С. 45-55.

8. Еделев А.В., Баранова О.А. Программно-вычислительный комплекс для совершенствования теплоснабжающих систем с учетом экологических ограничений // Вестник региональной энергетики. - М.: ООО "Издательский дом" "Страховое Ревю", 2004. - С. 56-74.

Заключение

1. Сводные данные о работе электростанций по РФ за 2002 г. М.: Госкомстат РФ, 2003.

2. Сводные данные о работе отопительных котельных и тепловых сетей по РФ за 2000 г. М.: Госкомстат РФ, 2001.-130 с.

3. Некрасов А.С., Воронина С.А. Состояние и перспективы развития теплоснабжения в России // Электрические станции. 2004. -№5. - С. 2-8.

4. Сведения об использовании топливно-энергетических ресурсов за 2002 г. — М.: Госкомстат РФ, 2002.

5. Федяев А.В., Федяева О.Н. Комплексные проблемы развития теплоснабжающих систем. Новосибирск: Наука, 2000. - 256 с.

6. Стенников В.А. Методы комплексного преобразования систем централизованного теплоснабжения в новых экономических условиях: : Авторе ф. дисс. д-ра техн. наук. Иркутск, 2002. - 30 с.

7. Чистович С.А. Должно быть разумное сочетание автономной и централизованной систем теплоснабжения? // Теплоэнергоэффективные технологии. — www.promvest.dux.ru/arts/promvest-19-art-3 .html на 01.11.02.

8. Наумов A.JI Тенденции развития теплоснабжения в России. АВОК. -www.abok.ru/forspec/articles.php?nid=446 на 31.03.03.

9. Вихрев Ю.В. Успехи в развитии датской энергетики // Энергетика за рубежом.-2002.-№ 1.-С. 21-22.

10. Централизованное теплоснабжение в Дании. По материалам книги "Повышение эффективности использования энергии в промышленности Дании".

11. РДИЭ новости. 1999. - № 1. www.rdiee.msk.ru/russian/infbull/nl/rinf3html на 01.03.03.

12. Никкинен Рейо. Энергетическое сравнение систем централизованного теплоснабжения России и Финляндии // Теплоэнергетика. 1999. - №4. - С. 7578.

13. Централизованное теплоснабжение в Германии. Состояние и перспективы развития электроэнергетики в странах мира. ОИР. - 2002. - №3. -ww.inergo.ru/news.asp?id=21&pg=57&p=852&ng=l l&dbp=23. на 01.04.03.

14. Федяев А.В., Федяева О.Н. Тенденции и перспективы развития в XXI веке систем теплоснабжения и теплофикации России // Известия Академии Наук. Энергетика. 2004. -№1. - С.46-56.

15. Еремин Л.М., Роганков МП., Малафеев В.А. Теплофикация и выбросы парниковых газов // ТЭК. 2000. - № 3. - С. 65-66.

16. Энергетическая стратегия России на период до 2020 года. Утверждена распоряжением Российского Правительства от 28.08.03 №1234-р. М.: 2003. -118 с.

17. Яновский Ф.Б., Михайлова С.А. Энергетическая стратегия и развитие теплоснабжения России // Энергосбережение. 2003. №6. — С. 26-32.

18. Национальный доклад "Теплоснабжение Российской федерации. Пути выхода из кризиса" / Реутов Б.Ф., Наумов А.Л., Семенов В.Г. и др. // Новости теплоснабжения. www.ntsn.ru. на 01.11.02.

19. Ковылянский Я.А. Экологические аспекты систем теплоснабжения // Промышленная теплоэнергетика. 1997. - № 10. - С. 25-42.

20. Российский статический ежегодник. 2003: Статистический сборник. -М.: Госкомстат РФ, 2003. 705 с.

21. Перечень и коды веществ, загрязняющих атмосферный воздух. — С-Пб.: НИИ Атмосфера, 2000. 137 с.

22. Сигал И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива. — Л.: Недра, 1988.-312 с.

23. Экологические характеристики теплоисточников малой мощности / Филиппов С.П., Павлов ПЛ., Кейко А.В. и др. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 1999. -49 с.

24. Справочник по пыле- и золоулавливанию / под ред. А.А. Русанова. М.: Энергия, 1975.-296 с.

25. Теплоэнергетика и теплотехника. Общие вопросы: Справочник под общ. ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина. М.: Энергия, 1980. - 528 с.

26. Тищенко Н.Ф. Охрана атмосферного воздуха. Расчет содержания вредных веществ и их распределение в воздухе: Справочное издание. М.: Химия, 1991.-368 с.

27. Мелентьев JI.A. Избранные труды. Научные основы теплофикации и энергоснабжения городов и промышленных предприятий. М.: Наука, 1993364 с.

28. Копьев С.Ф. Теплоснабжение. М.: Госстройиздат, 1953. - 280 с.

29. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. — М.: Энергоиз-дат, 1982. -360 с.

30. Шубин Е.П. Основные вопросы проектирования систем теплоснабжения городов. М.: Энергия, 1979. - 360 с.

31. Вейц В.И., Хасилев В.Я. Загородные теплоэлектроцентрали в энергоснабжении городов // Известия ОТН АН СССР. — 1951. №11. - С. 16501668.

32. Технико-экономические основы развития теплофикации в энергосистемах / под ред. Г.Б. Левенталя, JI.A. Мелентьева. М.: Госэнергоиздат, 1961.-318 с.

33. Мелентьев JI.A. Системные исследования в энергетике. Элементы теории, направления развития. М.: Наука, 1979. — 415 с.

34. Исследование систем теплоснабжения / Попырин Л.С., Светлов К.С., Беляева Г.М. и др. М.: Наука, 1989. - 215 с.

35. Хрилев Л.С., Смирнов И.А. Оптимизация систем теплофикации и централизованного теплоснабжения. М.: Энергия, 1978. 264 с.

36. Сеннова Е.В., Сидлер В.Г. Математическое моделирование и оптимизация развивающихся теплоснабжающих систем. Новосибирск: Наука, 1987. -219с.

37. Математическое моделирование и оптимизация систем тепло-, во до-, нефте- и газоснабжения / Меренков А.П., Сеннова Е.В., Сумароков С.В. и др.

38. Новосибирск: ВО "Наука", Сибирская издательская фирма, 1992. — 407 с.

39. Хрилев JI.C. Теплофикационные системы. -М.: Энергоатомиздат. 1988. -272с.

40. Сотникова О.А Принципиальная экономическая оценка использования различных источников теплоснабжения // АВОК. 2000. №6. - С. 20-26.

41. Филиппов С.П. Исследования новых энергетических технологий и систем на долгосрочную переспективу: Дисс. в форме научного доклада . д-ра техн. наук. Иркутск, 1997. - 89 с.

42. Эффективность энергетических технологий / Б.М. Каганович, С.П. Филиппов, Е.Г Анциферов. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1989. — 256 с.

43. Моложникова Е.В. Учет загрязнения окружающей среды аэрозолями в задачах развития энергетических систем: Автореф. дисс. канд. техн. наук. -Иркутск: 2003.-24 с.

44. Федеральный закон "Об охране окружающей среды" от 10.01.02. №7-ФЗ.- М., 2002. http://www.ecoline.ru/mc/legis/zoos2002.html на 10.02.04.

45. Методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 30 тонн пара в час или менее 20 Гкал/ч. -М., 1999. 53 с.

46. Методика выбросов автотранспорта для проведения сводных расчетов загрязнения атмосферы городов. С-Пб., 1999. -17 с.

47. Сборник методик по расчету выбросов в атмосферу загрязняющих веществ различными производствами. С-Пб.: Гидрометеоиздат. - 1986. - 200 с.

48. Временная инструкция по учету валовых выбросов оксидов азота и углерода на газотурбинных компрессорных станциях по измеренным параметрам работы ГПА. М.: ВНИИГАЗ, 1992. 26 с.

49. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий: ОНД-86. JL: Гидрометеоиз-дат, 1987.-93 с.

50. Отраслевая методика расчета приземной концентрации загрязняющих веществ, содержащихся в выбросах компрессорных станций магистральных газопроводов. М.: Газпром, 1996. - 47 с.

51. Ханна С.Р. Применение исследований в области турбулентности для моделирования загрязнения воздуха //Атмосферная турбулентность и моделирование распространения примесей: пер. с англ. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. -351с.

52. Интегральный метеорологический показатель как составная часть экологической оценки территорий. — Отчет / СЭИ; Отв. исп. Чебаненко Б.Б. Иркутск, 1986. - 124 с.

53. Чебаненко Б.Б., Майсюк Е.П. Байкальский регион: пределы устойчивости. Новосибирск: Наука, 2002. - 190 с.

54. Разработка методики расчета экологической емкости атмосферы к химическим загрязнениям от выбросов ТЭС на органическом топливе. Отчет / СЭИ; Отв. исп. Чебаненко Б.Б. - Иркутск, 1990. - 42 с.

55. Казимировская Е.В., Козлов С.В. Математическая модель переноса выбросов КЭС в локальной зоне // Материалы 24-й конф. науч. молодежи СЭИ СО РАН. Иркутск, 1994. - С. 20-25. - Деп. в ВИНИТИ 30.08.94 № 2129-В-94.

56. Анализ стратегий развития энергетики Российской Федерации с учетом безопасности и экологии: Отчет / Иркутск: СЭИ СО РАН. 1993. 95 с.

57. Берлянд М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. - 448 с.

58. Унифицированная программа расчета величин концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. Руководство пользователя. -С-Пб.: Фирма "Интеграл", 2001. 61 с.

59. Галчихин В.М. Кальтман И.И. и др. Математическая модель и алгоритм выбора решений по снижению атмосферного загрязнения в ареале ТЭЦ и районных котельных // Теплоэнергетика. 1987. - №2. - С.53-56.

60. Волков Э.П., Гаврилов Е.И., Фаткуллин P.M. Оптимизация мероприятий по защите воздушного бассейна от вредных выбросов ТЭС // Теплоэнергетика. 1984. -№7. с. 8-11.

61. Кальтман И.И., Галчихин В.М., Ивкина JI.A. Основы методики обоснования атмосфероохранных мероприятий для предприятий отрасли // Экологические проблемы в энергетике: Сб. научн. Трудов / М.: ВНИПИэнергопром, 1990.-С. 6-18.

62. Кальтман И.И., Альшевский В.Н., Ивкина JI.A. Обоснование и выбор атмосфероохранных мероприятий при проектировании ТЭЦ // Экологические проблемы в энергетике: Сб. научн. Трудов / М.: ВНИПИэнергопром, 1990. -С. 18-27.

63. Эколого-экономическая стратегия развития региона. Новосибирск: Наука, 1990.-184 с.

64. Системные исследования взаимодействия природы и хозяйства региона. — Иркутск: Йзд-во Иркут. Ун-та, 1986. -184 с.

65. Моделирование и управление процессами регионального развития/ под ред. С.Н. Васильева. М.:ФИЗМАТЛИТ, 2001. - 432 с.

66. Марчук Г.И. Математические вопросы размещения тепловых электростанций с учетом их воздействия на окружающую среду // Теплоэнергетика. -1984.-№7.-С. 2-8.

67. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. М.: Наука, 1982. - 320 с.

68. Белолипецкий В.М., Шокин Ю.И. Математическое моделирование в задачах охраны окружающей среды. — Новосибирск: Издательство "ИНФОЛИО-пресс", 1997.-240 с.

69. Широкова С.Л., Воробьев К.В. и др. Разработка информационно-моделирующей системы для оценки загрязненности атмосферы территорий Алтайского края. wvvw-sbras.nsc.ru:8001/win/gisnew/lib/publ/bl0/iwep.htm. на 03.04.03.

70. Benson P. Е. CALINE3. Versatile Dispersion Model for Predicting Air Pollutant Levels Near Highways and Arterial Streets. — Washington: Office of Transportation Laboratory California. Department of Transportation, 1979. 34 p.

71. Американское агентство по охране окружающей среды. — www.epa.gov на 25.04.03.

72. Job Description: Environmental Economist. -www.epa.gov/ttn/ecas/envecon.html на 25.04.03.

73. Василенко В.А. Экология и экономика: проблемы и поиски путей устойчивого развития. Новосибирск: ГПНТБ СО РАН, 1995. - 123 с.

74. Бронштейн A.M., Литвин В.А., Русин И.И. Экологизация экономики: методы регионального управления М.: Наука, 1990. - 120 с.

75. Литвин В.А., Перельмутер Ю.Н. Ситуационная модель управления качеством окружающей среды // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. Т.13. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - С. 267-273.

76. Антоновский М.Я., Литвин В.А., Тер-Микаэлян М.Т. Методология построения эколого-экономических моделей // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. Т.З. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. — С. 229-247.

77. Балацкий О.Ф., Мельник Л.Г., Яковлев А.Ф. Экономика и качество окружающей природной среды. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - 190 с.

78. Временная методика определения предотвращенного экологического ущерба. М.: Государственный комитет РФ по охране окружающей среды, 1999.- 57 с.

79. Хрилев Л.С. Теплофикация и топливно-энергетический комплекс. Новосибирск: Наука, 1979. - 280 с.

80. Баранова О.А. Методический подход к оптимизации атмосфероохранных мероприятий при формировании варианта развития системы теплоснабжения населенного пункта // Системные исследования в энергетике. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2001. -С. 156-166.

81. Гидравлические цепи. Развитие теории и приложения / Н.Н. Новицкий, Е.В. Сеннова, М.Г. Сухарев и др. — Новосибирск: Наука, Сибирская издательская фирма РАН, 2000. - 273 с.

82. Храмов А.В. Программно-вычислительный комплекс СОСНА как инструмент для реализации и исследования алгоритмов оптимального синтеза гидравлических систем // Пакеты прикладных программ. Методы, разработки. Новосибирск, 1981. С. 174-182.

83. Меренкова Н.Н. Разработка и применение математических моделей для оптимизации производительности источнкиов и конфигурации гидравлических сетей на основе их избыточных схем: Автореф. дисс. канд. техн. наук. Новосибирск. 1980. - 22 с.

84. Федяева О.Н. Информационно-модельное обеспечение задач перспективного развития систем теплоснабжения и теплофикации регионов: Автореф. дисс. канд. техн. наук. Иркутск. 1995. - 19 с.

85. Еделев А.В., Баранова О.А. Программно-вычислительный комплекс для совершенствования теплоснабжающих систем с учетом экологических ограничений // Вестник региональной энергетики. М.: ООО "Издательский дом" "Страховое Ревю", 2004. - С. 56-74.

86. СНиП II-1-85. Строительная климатология и геофизика / Минстрой России. М.:ГП ЦПП, 1994. - 48с.

87. Рихтер JI.A., Волков Э.П., Покровский В.Н. Охрана водного и воздушного бассейнов от выбросов ТЭС. М.: Энергоиздат, 1981. - 296с.

88. Волков Э.П. Контроль загазованности атмосферы выбросами ТЭС. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 256 с.

89. Защита атмосферы от промышленных загрязнений. — М.: Металлургия, 1988. — 4.1 — 760 с.

90. Стырикович М.А., Минаев Е.В., Троицкий А.А., Внуков А.К. Пути снижения загрязнения атмосферы городов продуктами сжигания топлива // Теплоэнергетика. 1979. - №9. - С. 26-32.

91. Кропп Л.И., Чмовж В.Е. Некоторые нетрадиционные методы десульфури-зации дымовых газов. В кн.: Энергетика и экология, М.: Информэнерго, 1982. -С. 9-12.

92. Проекты реконструкции, модернизации и технического перевооружения теплоснабжающих систем в Астраханской области. — Москва-Иркутск: ОАО "Промгаз", 2004. 89 с.

93. Разработка технико-экономических предложений по реконструкции и модернизации систем теплоснабжения г. Ахтубинска в связи с газификацией. -Отчет о НИР; Отв. исп. Федяев А.В. Москва, 2004. - 251 с.

94. Криворуцкий Л.Д., Массель Л.В. Информационная технология исследований развития энергетики. Новосибирск: Наука, 1995. - 160 с.

95. Интеграция информационных технологий в системных исследованиях энергетики / Массель Л.В., Болдырев Е.А. и др. / под ред. Воропая Н.И. Новосибирск: Наука, 2003. - 320 с.

96. Маклаков С.В. BPWin и ERWin. CASE средства разработки информационных систем. - М.: ДИАЛОГМИФИ, 2000. - 256 с.

97. Ковязин А.Н., Востриков С.М. Мир InterBase. М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2003.-496 с.

98. Грубер М. Введение в SQL. Пер. с англ. - М.: "Лори", 1996. - 364 с.

99. Технико-экономическая оценка вариантов развития и реконструкции системы теплоснабжения от Ново-иркутской ТЭЦ. — Отчет ИСЭМ СО РАН; Рук. раб. Стенников В.А. Иркутск, 2004. - 178 с.

100. Климат Иркутска / под ред. канд. геогр. наук Ц.А. Швер, Н.П. Форман-чук. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. - 245с.

101. Климатические характеристики условий распространения примесей в атмосфере: Справочник. Л.: Гидрометеоиздат. 1983. — 328с.