автореферат диссертации по энергетике, 05.14.01, диссертация на тему:Повышение эффективности энергоснабжения ЖКХ путем перевода котельных в режим комбинированной выработки тепла и электроэнергии

11-3 2931

На правах рукописи

НЕКРАСОВ Сергей Александрович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ ЖКХ ПУТЕМ ПЕРЕВОДА КОТЕЛЬНЫХ В РЕЖИМ КОМБИНИРОВАННОЙ ВЫРАБОТКИ ТЕПЛА И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

05.14.01 - энергетические системы и комплексы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва —2011

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Объединенный институт высоких температур РАН.

Научный руководитель

доктор технических наук Зайченко В.М.;

Официальные оппоненты

член-корреспондент РАН доктор технических наук Филиппов С.П.

доктор технических наук, профессор Кудрин Б.И.

Ведущая организация

ГОУ ВПО Тверской государственный технический университет

Защита состоится «_»_2011 г. в_ч_мин. на заседании

Диссертационного совета Д 002.110.03 Учреждения Российской академии наук Объединенный институт высоких температур РАН по адресу: 127412, г. Москва, ул. Ижорская, 13, стр. 2, актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИВТ РАН.

Автореферат разослан «_»_2011 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета

доктор физико-математических наук : к \ Л \ ; А.Ю. Вараксин

©Учреждение Российской академии наук Объединенный институт высоких температур РАН, 201 1

2

ГОСУДАРСТВЕННАЯ

БИБЛИОТЕКА

А '¿011 „

Актуальность раооты ооусловлена неооходнмостыо принятия неотложных мер повышения надежности и эффективности энергообеспечения экономики Российской Федерации. Энергоэффективность и энергосбережение входят в 5 стратегических направлений приоритетного технологического развития, обозначенных президентом России Д.А. Медведевым на первом заседании Комиссии по модернизации и технологическому развитию экономики России 18.06.2009 г. На энергоснабжение населения в Российской Федерации расходуется более 47 % тепловой и 23 % электрической энергии. Характерной закономерностью последнего десятилетия является рост доли потребления тепловой энергии населением с 43.8 до 47.1 (7с на фоне практически неизменного суммарного потребления тепла в стране.

Как показывает сравнительный анализ, расходы на теплоснабжение в структуре потребления энергии и топлива населением значительно выше в России, чем в других странах (Канада, страны Скандинавского полуострова) даже при условии аналогичного количества градусо-суток отопительного периода. Высокий сегодняшний уровень и дальнейший рост доли затрат населения на оплату ЖКХ требует перехода на технологические решения, позволяющие снизить себестоимость производства тепловой энергии, что определяет актуальность работы.

Комбинированная выработка электрической и тепловой энергии — это наиболее эффективный способ экономии топлива как в жилищно-коммунальном хозяйстве, так и в промышленности. Но в настоящее время в комбинированном режиме энергия производится практически только на паротурбинных теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) в крупных городах. Значительная часть централизованного производства тепловой энергии (48,9 %) вырабатывается в котельных, которые не только не производят электроэнергию, но и являются се крупными потребителями в сфере ЖКХ. Доля тепла, производимая без выработки электроэнергии, составляет 63,4 % (с учетом децентрализованно! о теплоснабжения от непромышленных изолированных котельных мощностью менее 20 Гкал/ч и тепла, получаемого на индивидуальных теплогенераторах).

С другой стороны, развитие комбинированной выработки тепловой и электрической энергии при использовании существующей инфраструктуры котельных позволит наименее капиталоемким способом в значительной части обеспечить потребности экономики в росте элсктропотреблсния.

Объект исследования: теплоснабжение ЖКХ и населения, влияние тарифов на тепловую энергию на внутрирегиональное развитие;

з

технологические решения, обеспечивающие повышение эффективности и надежности теплоснабжения.

Предмет исследования: тенденции развития выработки тепловой и электрической энергии в Российской Федерации, влияние системы тарифообразования на развитие населенных пунктов в пределах одного региона, перспективы снижения удельных расходов топлива на выработку электроэнергии за счет создания энергетических комплексов с комбинированной выработкой тепловой и электрической энергии на малых и средних котельных, позволяющих снизить стоимость энергоснабжения.

Целыо работы является разработка липовых технологических решений, направленных на повышение надежности энергоснабжения и снижения удельных расходов топлива на производство энергии за счет перевода малых и средних котельных в режим комбинированной выработки тепла и электроэнергии.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

- рассмотрены основные закономерности и прогноз производства и потребления тепловой и электрической энергии в Российской Федерации;

- определены тенденции в развитии энергоснабжения различных населенных пунктов, в том числе малых городов, поселков городского типа (Г1ГТ) и сельских поселений;

- проведен анализ экономической ситуации и выявлены основные проблемы в региональном энергоснабжении;

- исследованы зависимости стоимости произведенной тепловой энергии от объема отпуска тепла энергоснабжающей организацией и закономерности в распределении величии тарифов;

- определены закономерности развития энергоснабжения стран с развитой рыночной экономикой и их применимость в условиях России;

- показаны причины нецелесообразности массового тиражирования в Российской Федерации капиталоемких технологий до реализации менее затратных проектов модернизации системы энергоснабжения и ЖКХ, направленных на улучшение технико-экономических показателей работы предприятий, представляющих жилищно-коммунальные услуги (ЖКУ);

- показано, что перевод котельных в режим комбинированной выработки тепловой и электрической энергии ведет к наиболее значимому повышению энергоэффективности ЖКХ;

- представлены технологические решения по переводу котельных в режим комбинированной выработки тепловой и электрической энергии,

позволяющие повысить надежность энергоснабжения муниципальных образований и получить максимальный объем электроэнергии при круглогодичном использовании тепловой энергии;

- исследованы режимы работы надстроек котельных, позволяющие согласовывать электрические и тепловые нагрузки потребления;

- разработаны варианты увеличения производства электроэнергии на тепловом потреблении котельных: от производства электроэнергии для нужд теплоснабжения до обеспечения электропотребления муниципального образования.

Информационная база исследования

В работе использованы следующие материалы и сведения:

1. Материалы работ по Программе фундаментальных исследований Президиума РАН №1 «Фундаментальные основы развития энергетических систем и технологий»;

2. Материалы работы Экспертного совета при Комитете по энергетике Государственной Думы РФ;

3. Данные Региональных энергетических комиссий о тарифах на ЖКУ;

4. Научные источники, монографии, периодические издания, научные доклады, отчеты;

5. Экспертные оценки специалистов.

Методы исследования: системный и ситуационный анализ, метод экспертных оценок, методы математической статистики, балансовые исследования, микро- и макроэкономический анализ, прогнозирование.

Научная новизна работы и вклад автора:

1. Применен ценологический подход к анализу распределения величин тарифов на ЖКУ. Выявлена закономерность повышения тарифа с уменьшением населенного пункта.

2. Показано, что жители оплачивают ЖКУ в среднем по более высокому тарифу в населенных пунктах, где коммунальные службы были переданы с балансов ведомственных организаций на баланс муниципалитетов и стали специализированными теплосетями и водоканалами.

3. Определен ряд положительных обратных связей между распределением тарифов и развитием различных населенных пунктов в пределах одного региона. Наряду с другими причинами существующая тарифная система является катализатором депопуляции малых населенных пунктов и стимулирует развитие гиперурбанизации. Показано, что возможно значительно снизить влияние найденных негативных тенденций в результате перехода на новые принципы построения энергетических комплексов малых

населенных пупктов на основе комбинированного производства тепла и электроэнергии.

4. Предложен новый подход к реализации надстроек котельных — одна электрогенерируюшая установка на котельную. Резервирование обеспечивается не за счет работы нескольких, расположенных на одной площадке энергоустановок, а в результате параллельной работы с сетью пространственно разделенных (до 10-15 км) энергоблоков в пределах зоны действия понизительной подстанции высокого напряжения. Данный подход позволяет рассматривать несколько котельных в пределах одного населенного пункта как единую площадку для создания распределенной энергетики.

Практическая значимость

На основе проведенных исследований показано, что существующая система тарифообразоваппя формирует условия для роста миграции населения из малых поселений в крупные города за счет более высоких тарифов на ЖКУ.

Рассмотрены различные режимы работы надстроек котельных с полной утилизацией тепловой энергии и проведен сравнительный анализ экономической эффективности использования оборудования. Показано, что наиболее инвестиционно привлекательными проектами надстройки котельных являются газопоршневые агрегаты мощностью 1-1,3 МВт.

Переход к системе взаиморезервирования генераторами, установленными на нескольких котельных, работающими параллельно с сетью, позволит значительно снизить удельные капитальные затраты при строительстве объектов распределенной генерации и повысит надежность энергоснабжения муниципальных образований.

Предложен поэтапный план увеличения выработки электроэнергии на тепловом потреблении котельных: от производства электроэнергии для нужд теплоснабжения до обеспечения электропотребления муниципального образования.

Публикации и апробация результатов исследования

Материалы работы з период 2007-2010 гг. представлены на международных конференциях и опубликованы в 15 работах, в том числе 4 изданиях, рекомендованных ВАК.

Данные о структуре и объеме диссертации

Общий объем работы 166 с. Структура работы включает введение, 4 главы, заключение, список литературы из 127 наименований.

Основное содержание работы

Во введении дана общая характеристика диссертации: актуальность темы, цели, задачи, научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе проведен анализ изменения фактического потребления тепловой и электрической энергии, рассмотрены прогнозы потребления тепла и электроэнергии, а также влияние существующих тенденций на экономические характеристики тепловых станций и перспективы развития ТЭЦ. Из рассмотренных материалов следует:

- тенденция преимущественного роста производства электроэнергии по отношению к теплу сохранится в будущем (рис. 1);

110,00% 100,00% 90.00% 80,00% | 70.00% | 60,00%

1990 1995 2000 2005 2010

i

Рис. 1. Динамика производства тепловой и электрической энергии в России 1990-2009 гг.

- более половины роста (58 % для Московской области) потребления электроэнергии до 2030 г. будет происходить за счет жилищно-коммунального сектора;

- отсутствуют предпосылки для суммарного роста потребления тепловой энергии;

- в результате фиксированного объема выработки тепла и роста производства электроэнергии доля электроэнергии, произведенной в комбинированном режиме на ТЭЦ, будет уменьшаться, что будет вести к снижению экономичности и росту удельных расходов топлива на производство электроэнергии;

- доля горячего водоснабжения (ГВС) в структуре потребления тепла жилым фондом увеличится с 25 % до 37 % к 2020 г., что создаст предпосылки для роста экономического эффекта от использования круглогодичной тепловой

нагрузки при комбинированной выработке тепловой и электрической энергии, а также потребует корректировки подходов по управлению режимами работы существующих энергоисточников. Рост доли ГВС, с одной стороны, вызван ростом доли домов, обеспеченных ГВС, а с другой - лучшей теплоизоляцией и снижением тепловых потерь новых объектов.

Отсутствие роста теплового потребления при увеличении площади отапливаемых помещений обусловлено повышением эффективности использования тепловой энергии и делает маловероятным формирование зон теплоснабжения, необходимых для строительства ТЭЦ с суммарной присоединенной тепловой нагрузкой более 1000 Гкал/ч.

В результате роста электропотребления при неизменном потреблении тепла на действующих ТЭЦ происходит увеличение доли электроэнергии, произведенной в конденсационном режиме, что ведет к ухудшению удельных показателей существующей теплофикационной системы и росту стоимости энергии. Для оптимизации удельного расхода топлива и снижения издержек необходим новый подход, позволяющий в период жизненного цикла системы энергоснабжения (который в большинстве случаев превышает 50-70 лет) менять соотношение производства электрической и тепловой энергии. Достигнуть гибкости при создании систем энергоснабжения значительно проще при использовании возможностей малой энергетики.

Объем централизованного производства тепловой энергии в Российской Федерации без выработки электроэнергии составляет более 650 млн. Гкал в год и является потенциальным рынком для перехода на комбинированную выработку тепловой и электрической энергии. Например, в Московском регионе в структуре производства тепловой энергии доля централизованного тепла, произведенного без выработки электроэнергии, превышает 50 % (рис. 2).

Во второй главе рассмотрены закономерности развития систем теплоснабжения, проведен анализ распределения величин тарифов на ЖКУ и влияния муниципальных систем жизнеобеспечения на социально-экономическое развитие страны.

Для определения закономерностей в распределении величин тарифов на ЖКУ применена методология рангового ценологического анализа. В графическом виде ранговое распределение представляет собой ряд, где по оси абсцисс откладывается ранг объекта, по оси ординат — величина параметра. Распределение описывается выражением:

где г - ранг объекта, А, - коэффициент (производство тепловой энергии самой крупной энергоснабжающей организации (ЭСО)), @ - характеристический показатель.

Рис. 2. Структура производства тепловой энергии Москвы и Московской области (МО)

В ходе исследования рассмотрено распределение организаций Краснодарского края, представляющих услуги теплоснабжения, водоснабжения и водоотведения, по величине тарифа и по объему предоставленных услуг (рис. 3). Характеристический показатель ^ и величина достоверной аппроксимации /?" представлены в табл. 1.

Таблица 1

Показатели параметрических распределений но величине тарифа и по объему предоставляемых услуг предприятий Краснодарского края, оказывающих ЖКУ

Тип организации и вид ЖКУ По вели тарис чине за По объему услуг Количество организаций !

R2 Р R"

Теплосети 0.31 0.94 1,69 0.82 63

Ведо- (ственные ЭСО 0.45 0.73 1,32 0,89 180

Все организации, предоставляющие услуги теплоснабжения 0,50 0.74 1,74 0,92 243

Водоснабжение водоканалов 0,36 0,84 1,49 0,89 195

Ведомственные водопроводы 0.48 0,82 1,39 0,62 185

Все организации водоснабжения 0,47 0,76 1,42 0.74 380

Водоотведение водоканалов 0,42 0,74 2,3 0,9 105

Ведомственное водоотведение 0,75 0,71 1,4 0,76 77

Все организации водоотведения 0,58 0,62 1,96 0,89 182

На рис. 3 жирная линия показывает распределение теплосетей и водоканалов по объему представленной услуги. Для иллюстрации существующих закономерностей в формировании стоимости услуг на рис. 3 нанесен второй ряд в виде пилообразной линии, пропорциональный величине тарифа в соответствующей организации, пунктирной линией изображен тренд изменения тарифа на ЖКУ с уменьшением объема предоставляемой услуги и соответственно населенного пункта. В крупных населенных пунктах, имеющих первые порядковые номера на рис. 3 и наиболее значительные объемы предоставляемых услуг, тарифы имеют значения ниже среднекраевых. С ростом порядкового номера, соответствующего уменьшению объема предоставляемой услуги и уменьшению населенного пункта, величины тарифов увеличиваются._

Параметрическое распределение теплосетей по объему реализованной тепловой энергии

Параметрическое распределение водоканалов по объему водоотведения

60000 т

ггНН

и ПА £]. м. А -1+Н

^ШААфшт

■ 1 V

17 25 33 41 49 57 номер по порядку

21 41 61 81 Ю1

номер по порядку

Параметрическое распределение по ой ь ем у реоли зованнон воды водоканалов

60000

1 21 41 61 81 101 121 141 161 181 ноие|> по порздку

Рис. 3. Параметрическое распределение муниципальных сетевых организаций по объему предоставляемой услуги: жирная линия - распределение по объему произведенной услуги; пилообразная -пропорциональна величине тарифа; пунктир -тренд изменения тарифа

Из анализа величии тарифов 243 предприятий, оказывающих услуги теплоснабжения, 380 водопроводов и 182 организаций водоотведения в Краснодарском крае, можно сделать следующие выводы:

1. Характер распределения величины тарифа не имеет связи с профилем деятельности коммунальных предприятий и характерен как для услуг теплоснабжения, гак водоснабжения и водоотведения.

2. Отношение величины тарифов па различных предприятиях за одинаковую услугу в рамках одного климатического пояса и с относительно одинаковым уровнем экономического развития различается для теплосетей в 6 раз, что соответствует отношению максимальных и минимальных ординат пилообразной линии на рис. 3, а с учетом ведомственных ЭСО - более чем в 25 раз.

3. Величина тарифа никак не связана с величиной платежеспособности населения. Тариф в малых городах и сельских поселениях, как правило, выше среднекраевого, на что указывает тренд пунктирной линии на рис. 3. В Российской Федерации затраты на теплоснабжение в структуре энергообеспечения населения имеют наиболее высокую долю среди других стран. В связи с этим величина тарифа на услуги теплоснабжения определяет не только комфортность, но и доступность проживания в муниципальных образованиях.

4. Средний тариф на услуги, представляемые специализированными предприятиями, при сопоставимых объемах поставляемых услуг выше тарифов ведомственных предприятий.

5. Теплосети и водоканалы более корректно описываются распределением (1) и имеют более высокую величину достоверной аппроксимации R2 в распределении по величине тарифа, чем ведомственные предприятия.

Проверка полученных закономерностей и определение причин сложившейся ситуации проведена па примере ЖКХ Кировской области. Анализ состояния теплоснабжения Кировской области показал, что в системах теплоснабжения со снижением размера поселения происходит рост удельного расхода топлива; как правило, наблюдается снижение коэффициента загрузки оборудования. Увеличивается процент потерь и утечек, а также численность работающих на предприятиях теплоснабжения на тысячу жителей (табл. 2). Указанные параметры входят в структуру себестоимости при определении тарифов. В итоге создаются условия для экономического обоснования высоких тарифов для населения, проживающего в небольших поселениях с более низкой платежеспособностью.

ГГри производстве любого товара или услуги в пределах населенного пункта с более высокими тарифами полные издержки производства при прочих равных условиях будут выше. Таким образом, товары и услуги, изготовленные в малых населенных пунктах, будут иметь более высокую себестоимость, проигрывая в конкурентной борьбе аналогичным товарам, изготовленным в крупных городах с более низкими тарифами на коммунальные услуги. Из теории динамических систем известно, что при таких условиях начальное состояние стремится перейти в новое состояние равновесия. В нашем случае состоянием равновесия является стагнация малых городов, поселков городского типа и сельских поселений.

Таблица 2

Ресурсная -»ффекч ивность на предприятиях теплоснабжения Кировской области

Показатель Города ПГТ Посёлки и сельские поселения Норматив- ^ индикатор

крупные малые развивающиеся стагни-рующие

Удельный расход топлива, кгу.т/Гкал 169 182 195 205 212 155-160

Удельный расход электроэнергии, кВтч/Гкал | 26 28 29 30 32 19-24

11 отер и п утечки, % 7 6 12 16 24 12-15

Численность работающих на 1 тыс. обслуживаемых жителей 4 1 1 15 18 25 3,5—4,5

На основании статистически обработанных данных, представленных во второй главе, автор пришел к заключению, что распределение стоимости ЖКУ создаст условия для снижения качества жизни в малых городах и сельских поселениях, стимулирует перераспределение населения в крупные города. В результате расчета величины тарифа па основе величины издержек, существующая методика тарифообразования проводит к экономическому обоснованию различия тарифа более чем на порядок для территории с одинаковыми климатическими условиями и уровнем экономического развития.

Так как доходы населения, как правило, снижаются с уменьшением размера поселения, существующее тарифообразование на системном уровне создаст механизм для возникновения обострения социального неравенства населения малых городов и сельских поселений по отношению к крупным городам.

В случае расчета тарифа на следующий отчетный период методом индексации текущего значения происходит не только сохранение сформировавшихся диспропорций, но и их рост но закону геометрической прогрессии. При этом текущее значение фактически является первым членом прогрессии, а регулируемый коэффициент индексации - знаменателем геометрической прогрессии.

На основе анализа деятельности систем жизнеобеспечения населенных пунктов Российской Федерации показано, что существующая сегодня система тарифообразования ЖКУ оказывает существенное влияние на долгосрочное развитие страны за счет перераспределения человеческих ресурсов из малых городов, поселков городского типа, сельских поселений в крупные мегаполисы.

Изменения сложившейся ситуации можно достичь в результате технологической модернизации, направленной на снижение издержек производства. Для теплоснабжения таким решением является комбинированное производство тепловой и электрической энергии на существующих котельных.

Из приведенного анализа следует, что отсутствуют механизмы совместного решения проблем, возникающих при развитии крупных энергетических комплексов и энергообеспечении на муниципальном уровне. В связи с этим в третьей главе рассмотрены основные закономерности построения энергоснабжения и повышения энергоэффективности в странах с сформировавшимися рыночными отношениями.

Например, в стратегии энергоснабжения Лондона в качестве основных направлений повышения эффективности снабжения энергией потребителей отмечено использование комбинированных циклов выработки тепловой и электрической энергии, внедрение централизованного отопления, снижение сетевых потерь на основе развития локальной генерации. При этом развитие сетей должно способствовать развитию распределенной энергетики и происходить с учетом потребностей локальных источников электроэнергии.

Темпы развития когенерации на протяжении более 30 лет превышают темпы роста внутреннего потребления энергии практически во всех развитых странах. При этом развиваются технические решения, обеспечивающие максимальное использование вырабатываемой тепловой энергии. Основным результатом развития распределенной энергетики в мире является снижение издержек на энергоснабжение и повышение эффективности использования энергетических ресурсов. Зона экономической эффективности для комбинированного производства тепла и электроэнергии смесилась до сотен киловатт. На уровне государственной политики происходит содействие развитию малых мощностей. Например, в Дании законодательно запрещено

устанавливать системы теплоснабжения мощностью более 1 МВт без комбинированной выработки электроэнергии, в Нью-Йорке средняя мощность устанавливаемых когенерационных установок снизилась в 2000-2006 гг. с 2 до 0,3 МВт.

В программе развития энергетики штата Онтарио (Канада) указывается, что 100 000 энергоисточников мощностью по 5 кВт, установленных рядом с потребителем, на практике являются более надежными и эффективными, чем одна станция на 500 МВт. В программе указывается, что оптимальная тепловая мощность энергетических комплексов по комбинированному производству тепла и электроэнергии составляет 5 МВт. Верхняя граница лимитируется растущими издержками на строительство длинных сетей, нижняя -возможностью повышения использования тепла за счет разнородной тепловой нагрузки несколькими различными потребителями. Отмечается, что за счет ввода в эксплуатацию мини-ТЭЦ достигается снижение нагрузки на распределительные электрические сети.

Одним из направлений программы предусматривается перевод в режим генерации электроэнергии в периоды пикового спроса аварийных газопоршневых агрегатов (ГПА) и дизель-генераторов для обеспечения резервного электроснабжения, установлен-ных на коммерческих зданиях Онтарио и подключенных к местным распределительным сетям.

Перевод в режим когенерации существующих систем теплоснабжения происходил на протяжении длительного времени и в большинстве случаев уже завершен. В связи с этим прирост производства энергии обеспечивается в результате реализации решений более дорогих, чем перевод источников тепловой энергии в когенерационный режим. Одним из направлений стало развитие возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Рост ВИЭ в первую очередь начался в развитых странах, где потенциал перехода на комбинированную выработку тепловой и электрической энергии на мощностях в единицы мегаватт в значительной степени израсходован.

Прогнозируется, что доля инвестиций в возобновляемые источники энергии будет составлять 75-80 % от общих капиталовложений в мировую энергетику до 2030 г. и достигнет 450 млрд. долл. в год. Темп роста финансирования проектов ВИЭ превышает 50 % /год и составил в 2007 г. 148 млрд. долл. США. В Китае — более 100 %/год и 13 млрд. долл. США.

В 2007 г. было введено в эксплуатацию установок распределенной генерации на основе ВИЭ суммарной мощностью 31 ГВт, ввод новых мощностей увеличивается на 21 %/год. На увеличение ввода ВИЭ не оказал влияния экономический кризис. Объем ввода только ветровой энергетики

увеличился с 20 до 31,2 ГВт/год в 2007-2009 гг. В 2009 г. США увеличили установленную мощность ветроэнергетики с 12 до 22 ГВт.

Развитие распределенной генерации выдвигает новые требования к распределительным сетям по созданию устойчивой активной системы для динамичной балансировки между приемом мощности от малых и нерегулярно работающих генераторов и обеспечением переменной нагрузки потребления. Наблюдается повышенный интерес к разработке систем аккумулирования энергии.

В четвертой главе показано, что введение в Российской Федерации мер по стимулированию ВИЭ за счет других производителей энергии приведет к дополнительному росту стоимости электроэнергии, что не будет способствовать увеличению темпов роста экономического развития.

В условиях значительного производства тепловой энергии без выработки электроэнергии более перспективным является развитие объектов распределенной генерации (ОРГ), которые могут участвовать в регулировании нагрузки энергосистемы, являются менее капиталоемкими и при реализации которых используются отечественные технические решения.

Проведенный совокупный анализ по следующим параметрам:

1. Эффективности энергосберегающих технологий в ЖКХ;

2. Эффективности работы оборудования для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии;

3. Капитальным затратам на установку единичной мощности;

4. Эксплуатационным расходам;

5. Доле заработной платы в стоимости произведенной электроэнергии;

6. Статистическим данным об объемах продаж электрогенерирующих установок в Российской Федерации,

позволяет сделать вывод, что среди рассмотренных проектов по энергосбережению комбинированная выработка тепловой и электрической энергии имеет максимальную эффективность.

Проведение энергетических обследований ЖКХ указывает на более значимый вклад в повышение энергоэффективности от надстроек котельных электрогенерирующим оборудованием в сравнении с другими мероприятиями по энергосбережению (частотным регулированием электроприводов, системами управления отоплением зданий, восстановлением от отложений теплообменных поверхностей энергетического оборудования).

Удельные расходы топлива на производство энергии при комбинированном производстве тепловой и электрической энергии более чем в два раза меньше, чем на лучших газотурбинных (ГТУ) и паротурбинных

установках и в 1,5 раза меньше, чем на самых современных парогазовых установках. Прирост потребления первичного топлива на котельных за счет установки ОРГ по комбинированному производству тепловой и электрической энергии с эффективностью до 80-85 % преобразуется в электрическую энергию.

На основе сравнения экономической эффективности показано, что при единичных электрических мощностях до 5 МВт среди различных технологических решений преимущества имеют ГПА.

В работе проведен сравнительный анализ эффективности проектов перевода котельных в режим комбинированного производства тепловой и электрической энергии на основе газопоршпевых агрегатов мощности от 105 до 3385 кВт и показано, что наиболее инвестиционно привлекательными являются проекты по установке ГПА номинальной электрической мощностью 1000-1300 кВт (рис. 4). В этих проектах полное возмещение капитальных затрат происходит в течение 4-4,5 лет, чистый дисконтированный доход на инвестиции в целом превышает объем общих капитальных вложений не менее чем в 2,4 раза, внутренняя норма доходности для инвестиций составляет 23-25 %, что существенно превышает максимальную расчетную ставку дисконтирования. При сравнении ГПА производства фирмы СаСегрШаг с отечественными аналогами, показано преимущество ГПА 6ГМГ (1300 кВт) производства ОАО «Коломенский завод».

................1

I

»Суммарные удельные кэптальные затраты миниТЭЦ доля/кВт

1100 |...............................................................................................-.......-..........................................................................

Удельная сюимиоь ГПА долл/'иВг

Рис. 4. Удельные капитальные затраты мини-ТЭЦ в зависимости от мощности

(кВт, долл/кВт)

При установке надстроек котельных наименее капиталоемкой является выработка электроэнергии для собственных нужд системы теплоснабжения.

1700

900

4------ф.--*"

500 !........................................................................................!.........................................................................................

100 1000 юооэ

Мощность установки для производства электроэнергии собственных нужд подбирается для каждой котельной индивидуально и составляет 2-3,2 % от установленной тепловой мощности котельной (удельный расход электроэнергии при производстве тепла составляет от 23 до 37 кВтч/Гкал).

В работе рассмотрен поэтапный подход к вопросу увеличения производства тепловой и электрической энергии на существующем тепловом потреблении. Рассматривается увеличение доли электроэнергии, произведенной в комбинированном режиме — от производства электроэнергии для функционирования системы теплоснабжения до обеспечения электропотребления муниципального образования. Проведена оценка требуемой электрической мощности для реализации различных этапов с учетом того, что полученные значения будут варьироваться не только в регионах Российской Федерации, но и в разных муниципальных образованиях. Поэтому сделана оценка максимального и минимального значения для центрального региона России в условиях централизованного теплоснабжения городской застройки. В табл. 3 представлены оценки верхней и нижней границ электропотребления потребителями, расположенными в зоне действия котельной установленной мощности 100 МВт (86 Гкал/ч).

Таблица 3

Оценки потребления электроэнергии в зоне действия котельной производительностью 100 МВТ (86 Гкал/ч) в центральном регионе России (МВт)

№ этапа Перечень потребителей электроэнергии Нижняя оценка Верхняя оценка

1. Собственные нужды объектов теплоснабжения 2 3,2

2. Собственные нужды инфраструктуры жизнеобеспечения муниципального образования (теплоснабжение, водоснабжение и водоотведение, уличное освещение и т.д.) 3,5 6

3. Система жизнеобеспечения и объекты, финансируемые из муниципального бюджета (объекты здравоохранения, образования и т.п.) 4,5 15

4. Объекты, финансируемые из муниципального бюджета, и прочие муниципальные предприятия (муниципальная торговая сеть, прачечные, бани, парикмахерские и т.п.) 7 20

5. Муниципальные объекты и жилой фонд 11 25 (*)

6. Реализация электроэнергии на среднем напряжении для потребителей в зоне действия понизительной подстанции 110/10 КВ Более 14 *

7. Выход на оптовый рынок электроэнергии в случае недостатка потребителей, подключенных к распределительным сетям среднего напряжения. * *

* Недостаток электроэнергии, произведенной в комбинированном режиме при использовании теплового потребления котельной, для полного обеспечения потребности и необходимость получения электроэнергии из других источников.

Выполнение каждого этапа приводит к увеличению перечня объектов, энергоснабжение которых можно обеспечить за счет генерации на тепловом потреблении. При установке на котельной генерирующих мощностей, обеспечивающих собственное потребление котельной, для уменьшения капитальных затрат предлагается установка по одному генератору мощностью не менее собственного потребления котельной, что полностью обеспечит резервное электрообеспечение котельной. В случае тиражирования подобного решения на котельных в пределах зоны действия одной понизительной подстанции высокого напряжения будет сформирован энергетический комплекс, состоящий из нескольких пространственно разнесенных электрогенераторов, работающих параллельно с сетью. Резервирование обеспечивается сетью и генераторами, установленными на других котельных в пределах зоны энергоснабжения понизительной подстанции.

Когда надстройками по производству электроэнергии будет оборудована значительная доля котельных, регулирование производства электроэнергии будет производиться включением необходимого количества генераторов по графику, заданным системным оператором. Технологически оптимальная зона действия понизительной подстанции 110/10 кЗ составляет 10-15 км. Пространственно распределенные на котельных генераторы, находящиеся в одной зоне действия понизительной подстанции, обеспечивают большую надежность электроснабжения и меньшие потери в сетях по сравнению с вариантом размещения генераторов в одном месте.

При работе генераторов, расположенных на разных котельных, достигается получение целого ряда системных эффектов:

- более глубокое регулирование потребления электроэнергии за счет покрытия пиковых нагрузок энергосистемы по графику системного оператора;

- обеспечение работы каждого энергоблока в оптимальном режиме с минимальными удельными расходами топлива;

- возможность более эффективного согласования электрических и тепловых нагрузок, в том числе за счет установки, аккумуляторов тепловой энергии;

- обеспечение резервирования энергоснабжения в аварийных ситуациях в местах расположения единичных энергоблоков.

В работе совместно рассмотрены сезонные и суточные, в отсутствие отопительной нагрузки, графики потребления тепловой энергии и рассчитаны мощности надстроек с условием полного использования тепла при различных режимах работы. Показано, что при отсутствии систем аккумулирования тепловой энергии максимальная мощность надстройки при работе в

полупиковом режиме по электроэнергии будет составлять 13 % от тепловой мощности мини-ТЭЦ (котельной и надстройки) (рис. 5). Частичное производство тепловой энергии для обеспечения ГВС в неотопительный период будет производиться в режиме, близком к полупиковому, при этом около 35 % тепла будет вырабатывать оборудование котельной. В отопительный период полезное использование тепла будет обеспечено при работе в базовом режиме. Так как при работе поршневых двигателей тепловая энергия генерируется в контуре охлаждающей жидкости, в контуре масла и потоком продуктов сгорания, утилизация тепловой энергии ГПА может быть осуществлена в виде подогрева обратной сетевой воды котельной в отдельном водогрейном котле-утилизаторе.

а б

Рис. 5. Суточный график потребления тепла при отсутствии отопительной нагрузки и работы надстройки котельной без аккумулирования тепловой энергии (часы, мощность потребления в % от номинальной мощности мини-ТЭЦ) (а) и годовое распределение производства тепла и электроэнергии (сутки, мощность в % от номинальной мощности мини-ТЭЦ) (б)

Оценка суммарной мощности надстроек котельных без систем аккумулирования тепловой энергии для Московской области показывает, что требуется ввод мощностей в объеме 1500 МВт в рамках выполнения 3-5 этапов (табл. 3) для обеспечения потребителей электроэнергией в комбинированном режиме.

При переводе половины котельных Российской Федерации в комбинированный режим производства тепловой и электрической энергии с круглогодичным использованием тепловой энергии (за счет надстройки котельных в пределах потребления ГВС) можно обеспечить выработку электроэнергии не менее 120 млрд. кВтч в год.

Удельные расходы топлива при производстве электроэнергии на ГПА при полной утилизации тепла не превышают 160 г у.т./кВтч и значительно ниже среднего расхода на ТЭС (333 г у.т./кВтч). Перевод котельных в режим комбинированной выработки в указанных объемах позволит снизить потребление топлива до 20 млн. т у.т. в год.

19

Это даст возможность уменьшить стоимость услуг по теплоснабжению в первую очередь малых городов, поселков городского типа и сельских поселений, что должно устранить одну из причин, вызывающих обезлюдивание 95 % территорий Российской Федерации и гиперурбанизацию.

В заключении сформулированы основные выводы диссертационной работы:

1. В результате применения ценологического подхода к анализу распределения величин тарифов на ЖКУ показана закономерность повышения тарифа с уменьшением населенного пункта. Показан ряд положительных обратных связей между распределением тарифов и развитием населенных пунктов в пределах одного региона. Наряду с другими причинами существующая тарифная система является катализатором депопуляции малых населенных пунктов и стимулирует развитие гиперурбанизации.

2. Реализация проектов по комбинированному производству тепловой и электрической энергии на уже существующих котельных является эффективным решением по повышению надежности энергоснабжения, ведет к снижению издержек и имеет максимальную эффективность среди проектов по энергосбережению в ЖКХ. В работе рассмотрен поэтапный подход к вопросу увеличения комбинированного производства тепловой и электрической энергии на существующем тепловом потреблении от производства электроэнергии для нужд теплоснабжения до обеспечения электропотребления муниципального образования.

3. На основе сравнительного анализа эффективности проектов перевода котельных в режим комбинированного производства тепловой и электрической показано, что наиболее инвестиционно привлекательными проектами с установленной мощностью менее 5 МВт являются газопоршневые агрегаты мощностью 1-1,3 МВт.

4. Энергоблоки на котельных целесообразно объединять в локальную сеть, работающую параллельно с энергосистемой и позволяющую увеличить надежность энергоснабжения. При этом в пределах зоны действия понизительной подстанции обеспечивается работа пространственно разделенных (до 10-15 км) энергоблоков.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1 .Грачев И.Д., Некрасов С.А. Создание углехимических комплексов - путь улучшения теплоснабжения населения //Уголь. 2009. №10. С. 58-64.

2. Некрасов С. А. Влияние тарифов тепло и водоснабжения на развитие городов.

// Промэнергетика. 2009. №10. С. 5-11.

3. Грачев И.Д. Некрасов С.А. Некоторые аспекты энергоснабжения малых населенных пунктов // Теплоэнергетика. 2010. №4. С. 45-48.

А.Грачев И.Д. Некрасов С.А. О различных подходах к регулированию потребления энергии // Вестник МЭИ. 2010. № I. С. 122-126.

Прочие печатные издания

5. Некрасов С.А. Внутрирегиональное развитие и тарифы ЖКХ. // Электрика. 2007. №12. С. 3-8.

6. Некрасов С.А. Влияние тарифов на экономическое развитие в регионах / Электрификация металлургических предприятий Сибири. С. 333-339. М.: Издательский дом МЭИ, 2007.

I. Грачев И. Д., Некрасов С.А., Лазутов М.Г. Создание энерготехнологических комплексов и энергоснабжение населения / Сборник научных докладов II Международной конференции «Человек и природа. Проблемы экологии Юга России». Краснодар. 2008. С. 17-24.

8. Некрасов С.А. Потребителю об энергетической стратегии России // Электрика. 2008. №12. С. 3-8.

9. Некрасов С.А. Тарифы ЖКХ и гиперурбанизация. / Международная научно-техническая конференция «Энергетика - 2008: Инновации, решения, перспективы». Казань 2008. С. 115-121.

10. Некрасов С.А. О необходимости вовлечения отечественного сектора производства малых энергомощностей для достижения целевых индикаторов Энергетической стратегии России // Электрика. 2009. № 7. С. 3-10.

II. Грачев И., Ворожихин В., Некрасов С. Уголь и прибыль // Мировая энергетика. 2008. № 11-12 (59). С. 8-11.

12. Грачев И., Некрасов С. О необходимости создания энерготехнологических комплексов // Мировая энергетика. № 02 (61). 2009. С. 12-18.

13. Некрасов С.А. Значение отечественного производства малых энергомощностей для реализации ЭС 2020 / Сборник трудов Международной научно-технической конференции "Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии", г. Тольятти. 12-15 мая 2009. Ч. 2. С. 2 15-221.

14. Некрасов С.А. О методах управления электроемкостью отечественной экономики / Трансдисциплинарный научный информационно-аналитический ежегодник «Общая и прикладная ценология». М.: 2010. С. 115-121.

15. Некрасов С.А. К вопросу выбора пути и эффективности различных вариантов развития энергетики Российской Федерации // Электрика. 2010. №12. С. 10-15.

НЕКРАСОВ Сергей Александрович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ ЖКХ ПУТЕМ ПЕРЕВОДА КОТЕЛЬНЫХ В РЕЖИМ КОМБИНИРОВАННОЙ ВЫРАБОТКИ ТЕПЛА И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Автореферат

Подписано в печать 04.05.11 Формат 60x84/16

Печать офсетная Уч.-изд.л. 1,31 Усл.-печ.л.

Тираж 100 экз. Заказ № 90 Бесплатно

ОИВТ РАН. 125412, Москва, Ижорская ул., 13, стр. 2.

1 1 ~ 1 1 663

2008178757

2008178757

Введение

1. Глава 1 Оценка состояния комбинированного производства электрической и тепловой энергии в Российской Федерации и перспективы развития

1.1. Динамика производства электрической и тепловой энергии

1.2. Влияние опережающего роста потребления электроэнергии на эффективность работы ТЭЦ

1.3. Прогноз потребления электрической и тепловой энергии.

1.4. Структура производства тепловой энергии

1.5. Структура потребления тепловой и электрической энергии на примере Московской области.

Выводы к главе

2. Глава 2 Влияние ЖКХ на внутрирегиональное развитие

2.1. Теплоснабжение - одна из наиболее острых проблем муниципальных образований

2.2. Краснодарский край.

2.2.1. Общая информация и ТЭБ края

2.2.2. Анализ распределения тарифов

2.2.3. Применение методологии ранговых распределений

2.3. Состояние ЖКХ Кировской области и причины, определяющие дальнейшую динамику тарифов

2.4. Доступность тарифов и степень ее влияния на региональное развитие миграцию населения '

2.5. Прогнозирование влияния тарифов ЖКХ на внутрирегиональное развитие

Выводы к главе

3. Глава 3 Мировой опыт развития распределенной энергетики

3.1. Подходы к выбору приоритетов для развития энергетики.

3.2. Когенерация в мире, как приоритетное направление развития энергоснабжения

3.2.1. Великобритания

3.2.2. Канада

3.2.3. Япония

3.3. Перспективы развитие энергетики за счет возобновляемых источников

3.4. Направление развития энерготехнологий в Европе.

Выводы к главе

4. Подходы к выбору технических решений по распределенной генерации в Российской Федерации.

4.1. Направления развития распределенной генерации в России

4.2. Комбинированное производство тепловой и электрической энергии за счет надстройки отопительных котельных электрогенерирующими установками — наиболее энергоэффективные проекты

4.3. Анализ технологических решений по надстройки котельных.

4.4. Существующие препятствия для реализации проектов и подходы к их решению

4.4.1. Условия работы с сетью

4.4.2. ^Условия реализации тепловой энергии объектами распределенной генерации

4.5. Подходы к определению мощности надстроек котельных

4.5.1. Оптимизация объема производства тепловой энергии в комбинированном режиме

4.5.2. Оптимизация объема производства электрической энергии в комбинированном режиме

4.6. Анализ эффективности проектов по переводу котельных в режим комбинированной выработки тепловой и электрической энергии

Выводы к главе

Актуальность работы обусловлена необходимостью принятия неотложных мер повышения надежности и эффективности энергообеспечения экономики Российской Федерации. Энергоэффективность и энергосбережение входят в 5 стратегических направлений приоритетного технологического развития, обозначенных президентом России Д.А. Медведевым на первом заседании Комиссии по модернизации и технологическому развитию экономики России 18.06.2009 г. На энергоснабжение населения в Российской Федерации расходуется, более 47 % тепловой и 23 % электрической энергии. Характерной закономерностью последнего десятилетия является рост доли, потребления тепловой энергии населением с 43,8 до 47,1 % на фоне практически неизменного суммарного потребления тепла в стране.

Расходы, на теплоснабжение в структуре потребления, энергии и топлива населением значительно выше в России, чем в других странах (Канада, страны Скандинавского полуострова) даже при условии аналогичного количества градусо-суток отопительного периода. Высокий сегодняшний уровень и дальнейший рост доли затрат населения’ на оплату ЖКХ требует перехода* на технологические решения, позволяющие снизить себестоимость производства тепловой энергии, что определяет актуальность работы.

Комбинированная выработка электрической и тепловой энергии — это' наиболее эффективный способ экономии топлива как в жилищнокоммунальном хозяйстве, так и в промышленности. Но в настоящее время в. комбинированном режиме энергия производится практически только на паротурбинных теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) в крупных городах. Значительная часть централизованного производства тепловой энергии (48,9 %) вырабатывается в котельных, которые не только не производят электроэнергию, но и являются ее крупными потребителями в сфере ЖКХ.

Доля тепла, производимая без выработки электроэнергии, составляет 63,4 4 (с учетом децентрализованного теплоснабжения от непромышленных изолированных котельных мощностью менее 20 Гкал/ч и тепла, получаемого.на индивидуальных теплогенераторах).

С другой стороны, развитие комбинированной выработки тепловой и электрической энергии при использовании существующей инфраструктуры котельных позволит наименее капиталоемким способом в значительной части обеспечить потребности экономики в росте электропотребления.

Объект исследования: теплоснабжение ЖКХ и населения, влияние тарифов на тепловую энергию на внутрирегиональное развитие; технологические решения, обеспечивающие повышение эффективности и надежности теплоснабжения.

Предмет исследования: развитие выработки тепловой и электрической энергии в Российской Федерации, влияние системы тарифообразования на развитие населенных пунктов1 в пределах одного региона, перспективы снижения удельных расходов топлива на выработку электроэнергии за счет создания энергетических комплексов с комбинированной выработкой тепловой и электрической энергии на малых и средних котельных, позволяющих снизить стоимость энергоснабжения.

Целью работы является разработка типовых технологических решений, направленных на повышение надежности энергоснабжения и снижения удельных расходов топлива на производство энергии за счет перевода малых и средних котельных в режим комбинированной выработки тепловой и электрической энергии.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

1. Рассмотрены основные закономерности и прогноз производства и потребления тепловой и электрической энергии в Российской Федерации.

2. Определены тенденции в развитии энергоснабжения различных муниципальных образований, в том числе малых городов, поселков городского типа (ПГТ) и сельских поселений.

3. Проведен анализ экономических проблем регионального энергоснабжения и исследованы зависимости стоимости произведенной тепловой энергии от объема отпуска тепла энергоснабжающей организацией и закономерности в распределении величин тарифов.

4. Показаны причины нецелесообразности массового тиражирования в Российской Федерации капиталоемких технологий до реализации менее затратных проектов модернизации системы энергоснабжения ЖКХ, направленных на улучшение технико-экономических показателей работы предприятий, представляющих жилищно-коммунальные услуги (ЖКУ).

5. Обосновано, что перевод котельных в, режим комбинированной выработки тепловой и электрической энергии на основе представленных технологических решений позволяет повысить надежность и эффективность энергоснабжения муниципальных образований и получить максимальный объем электроэнергии при круглогодичном использовании тепловой энергии.

6. Исследованы режимы работы надстроек котельных, позволяющие согласовывать электрические и тепловые нагрузки потребления.

7. Разработаны варианты увеличения производства электроэнергии на тепловом потреблении котельных: от производства электроэнергии для нужд теплоснабжения до обеспечения электропотребления муниципального образования.

Область исследования

Диссертационная работа соответствует пунктам 1,3,5,6 паспорта специальности 05.14.01 - Энергетические системы и комплексы.

Информационная база исследования

В работе использованы следующие материалы и сведения: материалы работы Экспертного совета при Комитете по энергетике Государственной Думы РФ, данные Региональных энергетических комиссий о тарифах на ЖКУ, научные источники, монографии, периодические издания, научные доклады, отчеты, экспертные оценки специалистов.

Методы исследования: системный и ситуационный анализ, метод экспертных оценок, методы математической статистики, балансовые исследования, микро- и макроэкономический анализ, прогнозирование.

Научная новизна работы и вклад автора:

1. Применен ценологический подход к анализу распределения величин тарифов на ЖКУ и выявлена закономерность повышения тарифа при уменьшении населенного пункта. •

2. Показано, что* потребители оплачивают ЖКУ в среднем по более высокому тарифу в населенных пунктах, где коммунальные службы были переданы с балансов ведомственных организаций на баланс муниципалитетов и стали специализированными теплосетями и водоканалами.

3. Определены положительные обратные связи между распределением тарифов и развитием населенных пунктов в пределах одного региона, показано, что* тарифная система является одним из катализаторов депопуляции малых населенных пунктов- и стимулирует развитие урбанизации. Показано, что возможно снизить влияние найденных негативных тенденций в результате перехода на новые принципы построения энергетических комплексов малых населенных пунктов на основе комбинированного производства тепла и электроэнергии.

4. Предложен новый подход к реализации надстроек котельных (одна электрогенерирующая установка на котельную), обеспечивающий резервирование за счет параллельной работы с сетью нескольких пространственно разделенных энергоблоков в пределах зоны действия понизительной подстанции напряжения 6-10 кВ, что позволяет рассматривать котельные как единую площадку для создания распределенной энергетики.

Практическая значимость

На основе проведенных исследований показано, что существующая система тарифообразования формирует условия для роста миграции населения из малых поселений в крупные города за счет более высоких тарифов на ЖКУ, что требует оценки последствий и вмешательства государства.

Рассмотрены режимы работы надстроек котельных с полной утилизацией тепловой энергии^ и проведен сравнительный анализ экономической эффективности использования оборудования. Показано, что наиболее инвестиционно привлекательными проектами надстройки котельных являются газопоршневые агрегаты мощностью 1-1,3 МВт.

Переход к системе взаиморезервирования генераторами, установленными на нескольких котельных, работающими параллельно с сетью, позволит снизить удельные капитальные затраты при строительстве объектов распределенной генерации и повысит надежность энергоснабжения потребителей.

Предложен поэтапный план увеличения выработки электроэнергии на тепловом потреблении котельных: от производства электроэнергии для нужд теплоснабжения до обеспечения электропотребления муниципального образования.

Публикации и апробация результатов исследования

Материалы работы в период 2007-2010 гг. представлены на международных конференциях и опубликованы в 16 работах, в том числе 3 в рекомендованных ВАК РФ научных журналах и изданиях по специальности 05.14.01 - Энергетические системы и комплексы.

Данные о структуре и объеме диссертации

Общий объем работы 177 с. Структура работы включает введение, 4 главы, заключение, список литературы из 132 наименований.

Выводы к главе 4

1. Проекты по комбинированному производству тепловой и электрической энергии на уже существующих отопительных котельных являются наименее капиталоемким решением среди технологий по распределенной энергетике, имеют максимальную эффективность среди проектов по энергосбережению, могут дать кратно больший вклад в повышение энергоэффективности в сравнении с другими мероприятиями по энергосбережению.

2. Среди различных технологических решений надстроек котельных при единичных электрических мощностях до 5 МВт преимущества имеют ГПА. Среди ГПА наиболее эффективным решением являются установки мощностью в диапазоне 0,7-1,5 МВт.

3. Предложен новый подход к реализации надстроек котельных: по одной электрогенерирующей установке на котельную с организацией сети параллельно работающих пространственно разделенных энергоблоков В' пределах одной зоны.’ действия понизительной подстанции. На основе взаимодействия объектов распределенной генерации и сетей* можно добиться решения следующих задач:

- поддержки напряжения в слабых сетях, и повышения надежности энергоснабжения за счет первоочередной установки объектов распределенной энергетики у удаленных потребителей;

- снижения загрузки трансформаторных подстанций и снижения сетевых потерь;

- обеспечения резервирования энергоснабжения в аварийных ситуациях в местах расположения единичных энергоблоков;

- обеспечения работы каждого генератора в оптимальном режиме с минимальными удельными расходами топлива на производство электроэнергии;

- возможности более эффективного согласования электрических и тепловых нагрузок, в том числе за счет установки аккумуляторов тепловой энергии.

4. Показано, что существующая малая энергетика в Российской Федерации не имеет преимуществ при комбинированном производстве тепла и электричества в результате неиспользования тепла. Отсутствие утилизации тепловой энергии при производстве электроэнергии ведет к снижению инвестиционной привлекательности проектов по малой энергетике. В связи с этим рассмотрены различные режимы работы надстроек котельных при полной утилизации тепловой энергии.

5. Предложен поэтапный-план наращивания производства электроэнергии на тепловом потреблении котельных начиная от производства электроэнергии для нужд теплоснабжения до обеспечения электропотребления муниципального образования. Выполнение каждого этапа приводит к увеличению перечня объектов, резервное энергоснабжение которых можно обеспечить за счет ОРГ. Показано, что при типичных в центральном регионе сезонных и суточных графиках потребления* тепла максимальная' мощность надстройки составляет 12-13% от пиковой мощности котельной без создания устройств аккумулирования тепловой энергии и возможностью круглогодичной реализации тепла. При этом в неотопительный период режим работы надстройки близок к полупиковому. Например, реализация проектов по надстройке котельных в пределах 12-13% от пиковой мощности позволит в Московской области обеспечить установку 1500 МВт электрической мощности. Удельные расходы топлива при производстве электроэнергии при полной утилизации тепла не превышают 160 г у.т./кВтч и значительно ниже среднего расхода на ТЭС (333 г у.т./кВтч). Перевод котельных Российской Федерации в режим комбинированной выработки в объемах 120 млрд кВтч позволит снизить потребление топлива до 20 млн. т у.т. в год.

6. На основе сравнительного анализа эффективности проектов перевода котельных в режим комбинированного производства тепловой и электрической энергии на основе газопроршневых агрегатов мощности от 105 до 3385 кВт, показано, что наиболее инвестиционно привлекательным являются проекты номинальной электрической мощностью 1000-1300 кВт. Полное возмещение капитальных затрат происходит в течение 4 лет, чистый дисконтированный доход на инвестиции в целом превышает объем общих капитальных вложений не менее чем в 2,4 раза, внутренняя норма доходности для инвестиций в целом составляет 23-25 %, что существенно превышает максимальную расчетную ставку дисконтирования.

Заключение

1. В результате применения ценологического подхода к анализу распределения величин тарифов на ЖКУ показана закономерность повышения тарифа с уменьшением населенного пункта. Показан ряд положительных обратных связей между распределением тарифов и развитием населенных пунктов в пределах одного региона. Наряду с другими причинами существующая тарифная система является катализатором депопуляции малых населенных пунктов и стимулирует развитие гиперурбанизации.

2. Реализация проектов по комбинированному производству тепловой и электрической энергии на уже существующих котельных является' эффективным решением по повышению надежности энергоснабжения, ведет к снижению‘издержек и имеет максимальную эффективность среди проектов по энергосбережению в ЖКХ. В работе рассмотрен поэтапный подход к вопросу увеличения комбинированного производства тепловой ‘ и электрической энергии- на существующем тепловом потреблении от производства^, электроэнергии, для нужд теплоснабжения до обеспечения* электропотребления муниципального образования. .

3. На основе-сравнительного анализа эффективности проектов перевода котельных в режим комбинированного производства тепловой и электрической показано, что наиболее инвестиционно привлекательными проектами с установленной мощностью менее 5 МВт являются газопоршневые агрегаты мощностью 1-1,3 МВт.

4. Энергоблоки на котельных целесообразно объединять в локальную сеть, работающую параллельно с энергосистемой и позволяющую увеличить надежность энергоснабжения. При этом в пределах зоны действия понизительной- подстанции обеспечивается работа пространственно разделенных энергоблоков.

1. Схема тепло и электроснабжения Московской области / ГУП МО «НИиПИ градостроительства» 2004г.

2. Схема теплоснабжения города Москвы на период до 2020 года с выделением двух этапов 2010 и 2015 гг/ ОАО «Газпром промгаз» 2010г.

3. Анализ итогов деятельности электроэнергетики за 2008 год, прогноз на2009 год./ Отчет СО ЦДУ. 2009г.

4. Некрасов А.С., Синяк Ю.В., Уточненные прогнозы ИНП РАН по развитию российского ТЭК до 2030 г. и основные направления инновационной деятельности в области электро- и теплоснабжения. 2009 г.

5. Нигматулин Б.Э. Состояние и развитие электроэнергетики в России до 2020 года,http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=prmt&sid:=1832

6. Электроэнергетика России-2030. Целевое видение / Под общ. ред. Вайнзихера Б.Ф. М.: Альпина Бизнес Букс, 2008. 352 с.7. http://www.kremlin.ru/transcripts/5979, http://www.kremlin.ru/transcripts/5616.

7. Отчет о НИР по теме: ТЭК-3-013 «Формирование системы балансов основных видов топлива, нефтепродуктов и сжиженных углеводородных газов, электроэнергии и тепла в разрезе субъектов Российской Федерации до 2020 года» ИНЭИ РАН М. 2006

8. Материалы совещания под руководством акад. Фаворского О.Н. в ОИВТРАН 17.2.10г.

9. Пейсахович В. Малая энергетика России. // Коммунальный комплекс России, 2004 №4

10. Генеральная схема размещения объектов электроэнергетики до 2020 года

11. Концепции технического перевооружения энергетического хозяйства1. Московского региона. '13. «О целевом видении стратегии развития электроэнергетики России на период до 2030 года» РАН ОИВТ М-2007

12. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. 7-е изд. 2001г. М.Изд-во МЭИ. 420с.

13. Доклад РАО ЕЭС России О состоянии электроэнергетики. 2005 г. http://www.e-apbe.ru/analytical/doklad2005/doklad20053.php

14. Ольховский Г.Г., Тумановский А.Г. Теплоэнергетические технологии на период до 2030г.// Вести в электроэнергетике 2008, №1.

15. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года, утвержденнаяраспоряжением Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2009 г № 1715-р ’

16. Укрупненный план («дорожная карта») инновационного развития отраслей ТЭК и перехода к экологически чистой энергетике будущего. Отчет РАН 2008.

17. Семикашев В.В. Потребление и затраты на электроэнергию в полностью электрифицированном жилом доме (зарубежный опыт)., // Электрика, 2006, №3.

18. Кудрин Б.И. Техногенная самоорганизация. Для технариев электрики и философов (Материалы к конференциям 2004 г.). Вып. 25. "Ценологические исследования". М.: Центр системных исследований, 2004. 248 с.

19. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий: учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по курсу "Электроснабжение промышленных предприятий". 2-е изд., испр. М.: Интермет Инжиниринг, 2005. 672 с.: ил.

20. Программа реформирования ЖКХ Кировской области на 2007-2010гг.

21. Некрасов С.А. Внутрирегиональное развитие и тарифы ЖКХ. // Электрика 2007г. №12.

22. Некрасов С.А. Влияние тарифов на экономическое развитие в регионах / Электрификация металлургических предприятий Сибири с. 333-339 М. 2007 ' Издательский дом МЭИ.

23. Некрасов С.А. Тарифы ЖКХ и гиперурбанизация. / Международная ' научно-техническая Конференция Энергетика 2008: Инновации, решения, перспективы. Казань 2008 г.

24. Грачев И., Ворожихин В., Некрасов С. Уголь в разрезе // Мировая энергетика 2008г. №11-12 (59)

25. Некрасов С.А. О необходимости вовлечения отечественного сектора производства малых энергомощностей для достижения целевых индикаторов Энергетической стратегии России. // Электрика 2009 г. № 7. С. 3-10.

26. Грачев И.Д., Некрасов С.А. Создание углехимических комплексовпуть улучшения теплоснабжения населения. // Уголь 2009 г. №10 1

27. Некрасов С. Влияние тарифов тепло и водоснабжения на развитие городов.//Промэнергетика. 2009. № 10. С. 5-11.

28. Грачев И.Д. Некрасов С.А. Некоторые аспекты энергснабжения малых населенных пунктов // Теплоэнергетика 2010 г. №4 стр. 45-48

29. Грачев И.Д. Некрасов С.А. О различных подходах к регулированию потребления энергии // Вестник МЭИ 2010. №1. С.122-126.

30. Алексеев А.И., Зубаревич Н.В. Кризис урбанизации и сельская местность в России // Миграция и урбанизация в СНГ и Балтии в 90-е годы. М.: Центр изучения проблем вынужденной миграции в СНГ, 1999. с. 91.

31. Байдаков C.JL, Гашо Е.Г., Анохин С.М. ЖКХ России, М., 2004.

32. Башмаков И.А. Способность и готовность населения оплачивать жилищно-коммунальные услуги, ж. «Вопросы экономики», 2004, №4.

33. Браде И., Нефедова Т.Г, Трейвиш А.И. Изменения в системе городов России в 1990-х годах // Известия РАН. Сер. географич. 1999. №4. С.64-74.

34. Бузырев В.В., Чекалин B.C. Экономика жилищной сферы: Учеб. пособие. -М.: ИНФРА-М, 2001 256 с. - (Серия «Высшее образование»),

35. Ворожихин В.В. «Проблемы и пути развития региональной энергетики России (на примере Московского региона)» Дисс. к.э.н. Москва 2006г.

36. Гашо Е.Г., Коваль А.В. Проблемы энергосбережения существующего жилищного фонда городов и систем коммунального теплоснабжения, ж. «Жилищное строительство», 2004, №6.

37. Жилищное хозяйство и бытовое обслуживание населения России. Росстат, М. 2004.

38. Зайончковская Ж.А. Демографическая ситуация и расселение. М., Наука, 1991.

39. Хайтун С.Д. Феномен негауссовости социальных явленийhttp://www.kudrinbi.ru/public/481/index.htm

40. Яблонский А.И., Модели и методы исследования науки 2001.400 с

41. Лаппо Г.М. География городов. М. 1997.

42. Модернизация экономики России: Итоги и перспективы в 2 кн. / Отв. Ред. Е.Г. Ясин Кн. 1 - М.ГУ ВШЭ, 2003. - 296 с.

43. Модернизация экономики России: Итоги и перспективы в 2 кн. / Отв. Ред. Е.Г. Ясин Кн. 2 - М.ГУ ВШЭ, 2003 - 220 с.

44. Оптимизация развития и функционирования автономных энергетических систем / А.М. Клер, Н.П. Деканова, Б.Г.Санеев, и др. Новосибирск: Наука,2001. - 144с

45. Отчет о НИР «Разработка методики и программного обеспечения для формирования региональных балансов ТЭР и их апробация в субъектах РФ» (лот №15 шифр работы : ТЭК-7-16) Этап1 Книга 2 Краснодарский край ИНЭИ РАН Москва 2007.

46. От холода к теплу. Политика в сфере теплоснабжения в странах с переходной экономикой. ОЭСР/МЭА, Париж, 2005.

47. Полян П.М., Вендина О.И., Карачурина Л.Б., Лаппо Г., Попов Р.А. СССР СНГ - Россия: география населения и социальная география. 1985—1996. Аналитико-библиографический обзор. 2001г. 600с.

48. Поросенков ,Ю. В. Белова В.А. О проблеме депопуляции населения Воронежской области. Вестник Воронежского государственного технического университета. Сер.: География, геоэкология. 2003 . N 2. С. 55

49. Регулирование тарифов на электроэнергию и тепло. М.: «Книгасервис», 2003. 224 с. ‘

50. Стратегия социально-экономического развития Смоленской области 2007.

51. Суворов А.В. Доходы и потребление населения: макроэкономический анализ и прогнозирование. М.: МАКС Пресс. 2001.

52. Трейвиш А. И. Город, район, страна и мир: Россия глазами страноведа. «Новое издательство» 2007.

53. Урланис Б.Ц. Историческая демография Избранные труды М., Наука, 2007. С. 468.

54. Стенограмма внеочередного заседания Социально-консервативного клуба от 13 февраля 2007 года, http://www.cscp.ni/clauses/6/c/2554/

55. Энергетика России. Стратегия развития 2000-2020гг. (Научное обоснование энергетической политики) М., ГУ ИЭС Минэнерго России, 2003.

56. Энергетическая стратегия России на период до 2020 года М.: ГУ ИЭС Минэнерго России, 2001. - 544 с.68. http://www.iea.org/papers/201 l/CHPRenewables.pdf

57. Закон о теплоснабжении Дании № 382 от 1990 г. ст. 6.1 п.4/ The Heat Supply Act

58. Climate Solution. WWF's Vision for 2050. WWF International 2007.

59. Global Trends and Issues in the Financing of Renewable Energy and Energy Efficiency in OCED and Developing Countries. UNEP Global Trends in Sustainable Energy Investment 2007.

60. Global Wind Report. Global Wind Energy Council. 2007.

61. Opportunities for the Raid Development of Renewable Energy in Large

62. Energy Economies. 3rd Ministerial Meeting'of the Gleneagles Dialogue on Climate Change, Clean Energy and Sustainable Development. Berlin 2007. 7

63. Clean Coal Technologies in Japan. Technological Innovation in the Coal Industry. NEDO (New Energy and Industrial Technology Development Organization. Japan 2008.

64. Электроэнергетика России 2030. Целевое видение. Под общей редакцией Вайнзихера / М. 2007.

65. Макаров А.А. Научно-технологические прогнозы развития энергетики России. // Академия энергетики 2009, №2. С.2-7.

66. Платонов В.В. Анализ задач развития электроэнергетики России и проблемы их реализации ИБРАЭ РАН 2009.

67. Energy Efficiency and Beyond. Toronto's Sustainable Energy Plan. 2007.

68. Green Light to Clean power. Энергетическая Стратегия Лондона 2002.

69. Analysis of trends and Issues in the Financing of Renewable Energy and Energy Efficiency. UNEP Global Trends in Sustainable Energy Investment 2008.

70. Дубинин B.C. Лаврухин K.M. Комбинированная выработка тепловой и электрической энергии в котельных //Промэнергетика № 5, 2007. С. 3-982. http://www.wwindea.org/home/index.phpL

71. Renewables 2007 Global Status Report. Renewable Energy Policy Network for the 21st Century

72. Global Financial Energy Investment. European Renewable Energy Council '2007. .

73. Директива Европейского парламента и Совета 2004/8/ЕС от 11 февраля 2004 г. по обеспечению когенерации, основанной на обычной потребности в тепле на внутреннем энергетическом рынке и изменении Директивы 92/42/ЕЭС (OJ 2004 L 52/50).

74. Кудрин Б.И. О Государственном плане рыночной электрификации

75. России. М.: Изд^во Института народнохозяйственного прогнозирования РАН, 2005.205 с. ■ , ■

76. Кудрин Б.И. Техногенная самоорганизация. Для'технариев электрики и 'философов (Материалы, к конференциям 2004 г.). Вып. 25. "Ценологические исследования". М.: Центр системных исследований, 2004. 248 с. 1

77. Филиппов С.П. Малая энергетика России // Теплоэнергетика №8 2:009стр. 38-44. .

78. Аметистов Е.В., Клименко А.В., Леонтьев А.И., Мильман О.О.,

79. Федоров В.А. Мильман О.О. Приоритетные, направления развития энергосберегающих технологий в жилищно-коммунальном хозяйстве России / М. МГТУ им. Баумана. 2004 г.

80. Фаворский О.Н. и др. Сравнительная эффективность использования газотурбинных и газопоршневых установок для нужд дополнительного резервирования собственных нужд АЭС // Теплоэнергетика №4 2009 с 38-43

81. Гуревич Ю.Е. Мамикоянц Л.Г. Шакарян Ю.Г. Проблемы обеспечения надежного электроснабжения потребителей от газотурбинных электростанций небольшой мощности. // Электричество. 2002. №2

82. Шабад М.А. Делительные защиты автоматика деления при авариях М. НТФ Энергопрогресс, Энергетик. 2006.

83. Семенов В.В. Автономная система электроснабжения на основе асинхронизированного синхронного генератора Диссертация на соискание ученой степени к.т.н.

84. Шакарян Ю. Г. Асинхронизированные синхронные машины. Варианты автономного генератора по схеме машины1 двойного питания с различными типами преобразователей частоты, http://www.elecab.ru/obzorl-l.htm

85. Лабунец1 И.А., Сокур П.В., Пинчук Н.Д. и др. Асинхронизированные турбогенераторы как средство повышения- устойчивости и регулирования напряжения в электрических сетях. Электрические станции, №8, 2004г.

86. Мещеряков В.А. Федянин В .Я. Инновационные технологии обеспечения энергией сельских потребителей, расположенных на юге Западной Сибири, // Теплоэнергетика №6 2009 г. с. 64-68.

87. Директор Л.Б. Научно-методические основы энергосбережения и энергоэффективности / М 2008. Дисс. на соискание д.т.н.

88. Лабунец И.А., Рутберг Ф.Г., Шакарян Ю.Г и др. О перспективных направлениях использования асинхронизированных генераторов в электроэнергетике. Известия Академии Наук. Энергетика, №1, 2008.

89. Ионин А. А., Хлыбов Б. М., Братенков В. Н., Терледкая Е. Н. «Теплоснабжение» Под редакцией А. А. Ионина. М., Стройиздат, 1982 г., 336 с.103.www.ntc-power.ru •

90. Зайченко В.М., Цой А.Д., Штеренберг В.Я. Распределенное производство энергии. -М.: БуКос 2008 г.- 207 с.

91. Стенограмма Парламентских слушаний Комитета по энергетике ГД РФ "О совершенствовании нормативно-правовой базы теплоснабжения" 11.05.10 г. 14:00:00

92. ПО.Башмаков И.А. Анализ основных тенденций развития систем теплоснабжения в России и за рубежом. http://www.cenef.ru/file/Heat.pdf

93. Abedin А. Совместное производство теплоты и электроэнергии. // АВОК №1 2005г. стр.54-58.112.http://kremlin.ru/news/4507

94. Филиппов С.П. Развитие централизованного теплоснабжения в России // Теплоэнергетика №12 2009 стр. 1-14.

95. Developing Small-Scale Renewable Energy Projects in New Zealand. Отчет

96. Sinclair Knight Merz 2008 www.skmconsuiting.com •

97. Лапицкий В.И. Организация и планирование энергетики. 2-е изд. М., «Высш. школа», 1975 488 стр.116.http://tonto.eia.doe.gov/

98. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов./ Утверждены Министерством экономики РФ, Министерством финансов РФ, Госстроем РФ 21.06.1999 № ВК 477

99. Методические рекомендации по оценке эффективности и разработке инвестиционных проектов и бизнес-планов в электроэнергетике./ утверждены Главэкспертизой России 26.05.1999 № 24-16-1/20-113. и приказом ОАО РАО «ЕЭС России» от 26.05.2008 № 155

100. Сценарные условия развития электроэнергетики РФ на 2009.2020 гг., М., 2008 г http://www.e-apbe.ru/5years/detail.php?ID=l 1325

101. Экологически чистые энергогенерирующие комплексы на базе газотурбинных надстроек водогрейных котлов РТС. Лапир М.А. ,Батенин

102. В.М., Масленников В.М., Цой А.Д. // Новости теплоснабжения. №1. 2002 с. 41-46.

103. Перспективы развития теплофикации в России Хоршев А.А., Макарова А.С. и др. // Академия энергетики. №2. 2011. С.32-38

104. Мелентьев Л.А. Очерки истории отечественной энергетики / М.: Наука, 1987. С. 278.127100 лет теплофикации и централизованному теплоснабжению в России. / М. Новости теплоснабжения 2003. С. 246.

105. Теория эволюции: наука или идеология? Труды XXV Любищевскихс'чтений. Вып. 7. "Ценологические исследования". Сост. и отв. рд. Б. И. Кудрин. Москва-Абакан: МОИП-Центр системных исследований, 1998. 318 с.

106. Электроэффективность: ежегодный рейтинг российских регионов по электропотреблению за 1990-1999 гг.// Электрика. 2001. № 6. С. 9.

107. Кудрин Б. И. самодостаточность общей и прикладной ценологии /Техногенная самоорганизация и математический аппарат ценологических исследований/ вып. 28. М.: Центр системных исследований, 2005, с. 7 - 60.,

108. Гнатюк В. И. Моделирование и оптимизация в электроснабжении войск /Ценологические исследования/ вып. 4. М.: Центр системных исследований, 1977.-216 с.

109. Гнеденко Б.В. Курс теории вероятностей. Изд. 6-Ое переработанное и доп. М. Наука, 1988, 488с.