Ученые НГТУ НЭТИ предложили способ повышения надежности и экономичности энергоснабжения в малых и средних городах
Проект, реализующийся в Новосибирском государственном техническом университете НЭТИ, направлен на повышение доступности и бесперебойности энергоснабжения в малых и средних городах (МСГ) путем создания гибкой энергетической инфраструктуры. Предлагаемые решения создадут условия для социально-экономического развития МСГ, что в определенной степени повысит их инвестиционную привлекательность, снизит уровень социальной напряженности и повысит деловую активность.
Актуальность проекта обусловлена тем, что в России около 30% населения проживает в малых и средних городах. В крупнейших и крупных городах основой систем теплоснабжения служат крупные ТЭЦ, доля комбинированного производства энергии составляет 50–70%, что обуславливает высокий уровень энергоэффективности при производстве энергии. В МСГ доминирует раздельное производство энергии: электроснабжение осуществляется от крупных районных подстанций, а основными источниками тепловой энергии являются изношенные котельные с высоким удельным расходом топлива.
«В малых и средних городах проблемы по оказанию коммунальных услуг во многом обусловлены низкой надежностью систем теплоснабжения и высокой стоимостью тепловой энергии. Поэтому на первом этапе исследования большое внимание уделяется вопросам теплоснабжения. Управление развитием систем теплоснабжения зачастую осуществляется по принципу «поддержания работоспособности», но темп роста износа тепловых сетей значительно превышает темп замены оборудования. Увеличение числа аварий в сочетании с отсутствием экономической доступности приводят к социальной напряженности. Муниципальные власти оказываются в сложной ситуации, так как не обладают возможностью создать условия для повышения эффективности энергоснабжения. Недостаточно реконструировать тепловые сети и модернизировать котельные. Необходим комплексный подход к совершенствованию энергетической инфраструктуры, включающей системы тепло- и электроснабжения», — рассказала ассистент кафедры автоматизированных электроэнергетических систем НГТУ НЭТИ Елизавета Иванова.
В рамках проекта был проведен анализ состояния энергетической инфраструктуры рабочего поселка Линево. Источник тепловой энергии в поселке — котельная, изначально предназначенная для того, чтобы обеспечивать паром промышленное предприятие. Опираясь на открытые данные, ученые НГТУ НЭТИ провели оценку количества прерываний теплоснабжения в Линево за год. Оно составило более 45 отключений со средней продолжительностью 35 часов. Снижение экономичности и надежности производства и передачи тепла указывает на отсутствие необходимой гибкости системы теплоснабжения р. п. Линево. Необходимо рассматривать различные инновационные технические решения, которые позволили бы повысить надежность и экономичность энергоснабжения в малых и средних городах.
Как отмечает Елизавета Иванова, применительно к энергетике гибкость — это способность экономически эффективно справляться с изменчивостью и непредсказуемостью генерации и спроса на электрическую и тепловую энергию, притом повышая надежность энергоснабжения. В малых и средних городах в качестве первого шага на пути к гибкой энергетической инфраструктуре следует рассматривать создание мини-ТЭЦ с газопоршневыми установками, так как совместное производство тепловой и электрической энергии позволяет полезно использовать до 87% сжигаемого топлива. Для конечных потребителей повысится надежность электроснабжения за счет двустороннего независимого питания электроприемников. Возрастет техническая и экономическая доступность электричества для субъектов реального сектора экономики, что повысит деловую активность в МСГ.
Эффективность использования топлива на когенерации максимальна при условии 100-процентного использования попутного тепла в системе теплоснабжения, однако в межотопительный период спрос на тепло снижается в 3—4 раза. Отсутствие тепловой нагрузки приводит к «удорожанию» электричества, поэтому предлагается сохранять избыточное тепло в сезонных тепловых аккумуляторах и использовать его для покрытия пиковых нагрузок зимой. Избыточное тепло также может быть преобразовано в холод при помощи холодильных машин.
Наличие «недорогой» электроэнергии обеспечит развитие МСГ, кроме этого, появляются предпосылки использования электроэнергии для производства тепловой энергии. Появление электрокотлов позволит снизить выработку тепла на углеводородных котельных, что улучшит экологическую обстановку в регионе.
Ученые НГТУ НЭТИ предложили трансформировать индивидуальные тепловые пункты в активные интеллектуальные тепловые пункты за счет установки электрокотла, что позволит сохранить отопление при авариях во внешней системе и «догревать» теплоноситель вблизи к потребителю, т. е. обеспечить качество отопления. Предлагаемое техническое решение повысит надежность домовой системы теплоснабжения и позволит «облегчить» режим работы тепловых сетей. Еще один перспективный вариант — накопитель тепловой энергии, выполняющий функцию регулятора тепловой нагрузки. Его включение в систему теплоснабжения позволит снизить влияние температуры окружающей среды на режим работы источника тепловой энергии.
Предлагаемые решения могут стать методической основой при разработке и актуализации схем теплоснабжения МСГ. Апробация результатов на примере муниципальных образований Новосибирской области позволит выбрать МСГ для трансформации энергетической инфраструктуры и повысить ее инвестиционную привлекательность, определив потенциальные технические, экономические и социально значимые эффекты.
В качестве апробации предложенного в исследовании подхода к формированию гибкой системы теплоснабжения выполнен раздел «Схемы теплоснабжения рабочего поселка Линево», где предложен энергоэффективный вариант развития системы теплоснабжения с мини-ТЭЦ, состоящей из газопоршневых и котельных установок.
Проект «Трансформация коммунальных систем энергоснабжения малых и средних городов» реализуется при поддержке Российского научного фонда.
