Пути повышения эффективности тепло- и энергоснабжения Москвы

Анализ современного состояния энергетического хозяйства Москвы

П. А. Хаванов, доктор техн. наук, профессор МГСУ,

В. Л. Беккер, ведущий инженер ЗАО НТЦ «ЭТЭКА»

 

Эффективная работа городской энергосистемы предусматривает как надежное и бесперебойное тепло-, электроснабжение уже существующих потребителей, так и присоединение дополнительных городских нагрузок, включая ежегодный ввод в Москве более 4 млн м² жилья, и не может быть осуществлена без ввода новых генерирующих мощностей.

При этом необходимо учитывать, что мероприятия, обеспечивающие интенсификацию энергосбережения, имеют значительно более высокую рентабельность по сравнению с наращиванием энергоресурсов.

Следовательно, наиболее рациональным выходом из сложившейся ситуации является переход к таким технологиям в энергетике, которые обеспечивают экономию ограниченных топливных ресурсов на пути всей цепочки использования энергии первичного топлива от генерации до потребления и платежей. Все это говорит о новой тенденции к развитию малой энергетики как наиболее экономически эффективной и экологичной отрасли топливно-энергетического комплекса.

Автономные теплоэлектростанции (мини-ТЭЦ) как децентрализованные источники электро- и теплоснабжения хорошо известны на Западе и широко используются в развитых промышленных странах. Они заняли важное место на рынке мировой энергетики и продолжают завоевывать его. Этот принцип энергообеспечения жилых микрорайонов сочетает два важнейших элемента – экономическую эффективность и экологическую безопасность – и относится к энергосберегающим технологиям.

Целью проводимого исследования будет являться обоснование эффективности внедрения мини-ТЭЦ как одного из вариантов решения проблемы удовлетворения растущей потребности города в тепловой и электрической энергии и, одновременно, реализации политики энергосбережения в городском хозяйстве Москвы.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- проанализировать современное состояние городских энергоисточников, определить их максимальную мощность и способность покрытия энергетических нагрузок города;

- выявить основные недостатки и проблемы системы энергоснабжения;

- проанализировать возможность пополнения недостающих мощностей путем ввода мини-ТЭЦ;

- выявить основные технологические, экологические, социальные и другие преимущества мини-ТЭЦ по сравнению с централизованным источником энергоснабжения;

- выполнить расчеты экономической эффективности проекта внедрения мини-ТЭЦ в сравнении с традиционным источником энергоснабжения (ТЭЦ) и проанализировать полученные результаты.

Роль энергетической отрасли в жизнеобеспечении Москвы

Московский регион, включающий в себя Москву и Московскую область, площадью 47,08 тыс. км² и с населением 17,0 млн чел., является одним из крупнейших европейских урбанистических центров, во многом определяющим темпы и тенденции экономического развития России в целом.

Москва – один из важнейших в мире политических, финансовых, промышленных, научных и культурных центров. Численность населения столицы – 10,4 млн чел. (по данным последней переписи населения 2002 года), что составляет 7,2 % от показателя по всей России. Территория города занимает 1,08 тыс. км².

Москва выделяется на фоне других регионов своей экономической и финансовой мощью. Москва производит около 20 % российского ВВП. На долю города приходится почти 25 % налоговых поступлений в федеральный бюджет России. Экономика города отличается высоким по российским меркам уровнем диверсификации. В отличие от многих российских регионов, в московской экономике нет доминирующей отрасли.

На долю сектора услуг, приобретающего все большее значение для городской экономики, в настоящее время приходится более 2/3 валового регионального продукта (ВРП). Промышленность играет менее важную роль в экономике, ее вклад в ВРП составляет около 9,1 %. Однако продукция промышленности Москвы составляет 5,6 % от общероссийского уровня. Промышленное производство развивается сравнительно энергичными темпами, которые с 1999 года превышают средние для страны. В 2003 году прирост промышленного производства составил 10,4 % против 7 % в среднем по России. Темпы роста ВРП и промышленного производства Москвы продолжают превышать аналогичные показатели для России в целом [1].

Отраслевая структура промышленного производства Москвы показывает, что наибольший удельный вес в промышленности города занимают такие отрасли, как пищевая промышленность (28,4 % от общего объема промышленной продукции), машиностроение и металлообработка (25,3 %), электроэнергетика (11,3 %), на другие отрасли всего приходится 35 %.

Москва – важный транспортный узел страны, находящийся в индустриальном центральном экономическом районе. 11 железнодорожных линий и 13 автомобильных дорог связывают столицу со всеми районами страны и другими странами.

Кроме того, отличительной особенностью Москвы является тот факт, что в ней как столице России сосредоточена значительная часть предприятий, организаций и учреждений бюджетной сферы федерального уровня.

По прогнозам правительства города, в 2004–2006 годах экономика будет возрастать на 5,0–6,0 % в год. В соответствии с Генеральным планом развития г. Москвы, определяющим параметры долгосрочного социально-экономического развития города, к 2020 году прогнозируется рост ВРП в 4–5 раз, увеличение физического объема производства промышленной продукции – в 8–9 раз, увеличение жилищного фонда за счет строительства нового и реконструкции существующего – более чем в 1,2 раза.

При этом необходимо отметить, что развитие промышленности будет направлено на выпуск продукции, конкурентоспособной с передовыми образцами отечественного и зарубежного производства. Производство такой продукции может быть организовано на предприятиях с передовой технологией, что обязательно связано с ростом электровооруженности труда. Поэтому при определении энергетических нагрузок промышленности необходимо учитывать как намечаемые темпы роста промышленного производства, так и качественные изменения в технологиях производства при реконструкции промышленных предприятий.

Особое место в развитии города занимают планы создания административно-деловых, торговых, гостиничных центров и строительство отдельных объектов общественного и культурного назначения. Опыт проектирования и строительства зданий административно-делового назначения и уникальных объектов показывает, что такие объекты имеют весьма большие энергетические нагрузки.

Эффективная работа городской энергосистемы предусматривает как надежное и бесперебойное тепло- и электроснабжение уже существующих потребителей, так и обеспечение растущей потребности города в электрической и тепловой энергии. Принимая во внимание огромную численность населения, территорию города, экономическое развитие, а также особый статус Москвы, как столицы Российской Федерации, необходимо понимать, что проблема надежности энергообеспечения города приобретает сегодня особую актуальность.

Состояние головных сооружений энергоснабжения Москвы

В Москве значительная часть тепла производится в наиболее экономичном комбинированном цикле совместной выработки электрической и тепловой энергии, хотя реальную долю теплофикации определить трудно из-за отсутствия данных об объемах выработки тепла на ТЭЦ в пиковых водогрейных котлах.

В теплоснабжении Москвы практически используется один вид топлива – газ. Система газоснабжения работает достаточно надежно и значительных перерывов в теплоснабжении из-за отключений подачи газа в последние годы не наблюдается.

Внутренняя цена на газ (около 20 долл. США / 1 000 м³) в 5 раз ниже международных цен и в 2-3 раза ниже цен на замещающие виды топлива (уголь и мазут), что способствует снижению себестоимости энергии. В то же время тарифы на тепловую и электрическую энергию в Москве одни из самых высоких в стране, а на тепловую энергию, отпускаемую от ТЭЦ, работающих на газе, – самые высокие [2].

Система централизованного энергоснабжения охватывает 96 % потребителей.

Таким образом, Москва обеспечивается электроэнергией только от 14 ТЭЦ ОАО «Мосэнерго». Кроме того, ОАО «Мосэнерго» поставляет около 70 % тепла, потребляемого городом. Другая часть тепловой энергии поступает от 39 РТС (районные тепловые станции) и 28 КТС (квартальные тепловые станции) ГУП «Мостеплоэнерго».

В соответствии с Постановлением Правительства Москвы от 01.06.2004 года № 365-ПП «Об основных направлениях развития системы теплоэлектроснабжения г. Москвы на период до 2020 года» прирост тепловых нагрузок ожидается в размере 16 400 Гкал/ч. Планируется, что в результате всех мероприятий по увеличению тепловых мощностей централизованных источников города их суммарный прирост тепловой мощности достигнет 7 300 Гкал/ч (таблица).

Произведенный расчет электрических нагрузок показал, что их прирост к 2020 году составит 4,5 млн кВт, а прирост мощности централизованных энергоисточников планируется в размере только 3,31 млн кВт. В основу расчета перспективных электрических нагрузок Москвы положены планы развития города, предусматривающие увеличение жилого фонда, развитие сферы обслуживания и транспорта, строительство многофункциональных центров и объектов административного и делового назначения, а также рост объемов промышленного производства.

Как видно, для надежного энергоснабжения города этих мощностей на период до 2020 года будет недостаточно, вместе с тем дальнейшее строительство новых централизованных источников энергии повлечет за собой необходимость в дополнительных дорогостоящих городских территориях и отрицательно скажется на экологической среде города.

Основные проблемы энергообеспечения Москвы

Энергопотребление в Москве увеличивается ежегодно примерно на 5 %. Это достаточно высокий показатель по сравнению с другими регионами Российской Федерации, где рост энергопотребления составляет около 2 % в год.

Рост электрических нагрузок ожидается во всех сферах потребления электроэнергии, что вызвано как количественными, так и качественными изменениями, ожидаемыми в отдельных группах потребителей.

Таблица Анализ структуры энергетического баланса Москвы по потребителям

Распределение потребления энергетических ресурсов по отраслям Структура потребления энергетических ресурсов Тепловая энергия, % Электроэнергия, % Промышленность 17,1 39,8 Жилищно-коммунальное хозяйство 59,6 26,4 Строительство 2,5 3,5 Транспорт 2,6 11,7 Прочие 18,2 18,6

В жилищно-коммунальном секторе рост электрических нагрузок обусловлен прежде всего расширением номенклатуры и увеличением количества электробытовых приборов, применяемых в быту при заметном росте единичной мощности отдельных приборов.

Существенный рост нагрузок ожидается в связи с повышением уровней освещенности автомобильных магистралей, дорог внутреннего пользования и дворовых территорий, расширением сети торговых предприятий, качественными изменениями в рекламе, строительством многоэтажных гаражей.

При этом анализ структуры энергетического баланса города по потребителям в настоящее время показывает, что жилищный фонд города и учреждения социальной сферы охватывают самую большую группу потребителей тепловой энергии, которая составляет около 60 % от общего теплопотребления Москвы. Кроме того, на данный сектор приходится примерно 30 % потребления электрической энергии.

Таким образом, основными проблемами энергообеспечения Москвы остаются:

- отсутствие свободной тепловой и электрической мощности на подавляющем большинстве ТЭЦ ОАО «Мосэнерго» и тепловой мощности на РТС ГУП «Мостеплоэнерго» при незначительном резерве на отдельных тепловых станциях;

- снижение надежности и экономичности работы оборудования ОАО «Мосэнерго» за счет его значительного физического износа, что негативно воздействует на экологическую обстановку в городе;

- устойчивая тенденция к дальнейшему увеличению протяженности ветхих тепловых и электрических сетей, выработавших свой нормативный срок эксплуатации;

- достижение предельных значений пропускной способности существующих высоковольтных линий электропередачи и загрузки трансформаторов;

- недостаточные темпы реализации энергосберегающих мероприятий при производстве, транспортировке и потреблении тепловой и электрической энергии;

- отставание ввода мощностей на центрах питания и развития сетей от роста потребности в присоединении дополнительных нагрузок [3].

Система управления энергосбережением

Концепция системного подхода к управлению энергосбережением в городском хозяйстве

Под системой понимают объективное единство закономерно связанных друг с другом предметов и явлений в природе и обществе. Основой этого понятия является, таким образом, наличие связей между объединяемыми в систему ее составными частями, называемыми элементами. Одни и те же элементы, в зависимости от объединяющих их в единую систему закономерностей, могут образовывать различные по своим свойствам системы. Характеристики системы в целом определяются не только и не столько характеристиками составляющих систему элементов, хотя они, разумеется, имеют весьма существенное значение, сколько характеристиками взаимосвязей между ними. Сложные системы обладают особым свойством – организационной сложностью. Это свойство определяет наличие у системы таких характеристик, которые не являются простой суммой характеристик, составляющих систему элементов, а присуще только системе как определенной целостности. Система в целом качественно отличается от суммы составляющих ее частей, имеет свойства, которых нет у ее элементов. Причем важно, что эти новые свойства определяются именно взаимосвязями между элементами.

Одно из важных положений системного подхода заключается в следующем: если каждую часть системы заставить функционировать с максимальной эффективностью, система как целое еще не будет в результате этого функционировать с максимальной эффективностью.

Существующая методология управления базируется преимущественно на устаревшем мышлении. Когда возникают сложные проблемы при управлении, они почти всегда разбиваются на разрешимые или управляемые части. После этого решают каждую часть или управляют каждой частью наилучшим образом, а результаты этих автономных усилий собираются затем в «решение» целой проблемы. Однако мы можем быть уверены, что сумма лучших решений, полученных для частей по отдельности, не является лучшим решением для целого.

Особенность противоречия между частями и целым отражается во всем известной необходимости координировать поведение частей системы. В то же время, для частей устанавливаются показатели эффективности, которые противоречат друг другу. Формулирование этих показателей, как правило, исходит из предпосылки, что наилучшее функционирование целого может быть сведено к сумме наилучших функционирований его частей, оцененных отдельно. Принцип системности утверждает, однако, что это невозможно.

Поэтому требуется иной, более эффективный способ организации частей и управления ими.

Сказанное выше целиком относится к управлению системой энергоснабжения городов и отдельных объектов. Управление энергосбережением как элементом стратегии городского развития представляется одной из наиболее актуальных и малоисследованных проблем.

Детальное изучение механизмов городского развития проводилось рядом авторов, однако межотраслевому характеру энергосбережения при разработке системных принципов развития городов в 1980-е годы не уделялось должного внимания. Генеральный план развития и реконструкции города до последнего времени был единственным комплексным документом, который показывал будущее наших городов. И, вместе с тем, несмотря на бытовавший до последнего времени плановый характер экономики, нет ни одного примера полного воплощения в жизнь хотя бы одного генерального плана.

Трудность заключается в многосложности и многослойности предмета исследования. Город, как и подчиненные ему структуры (или входящие в него), в том числе и инвестиционно-строительный комплекс, относятся к сложным динамическим системам.

Применение процедуры динамического системного анализа, реализующей в замкнутом цикле мониторинга и анализа состояния ресурсов, как одного из параметров городской системы, использование системных регуляторов, как механизмов одновременного воздействия на несколько элементов системы, вызывающих целенаправленные изменения в социально-экономической структуре и показателях ее развития, оценка эффективности принимаемых решений послужили основой для разработки автором модели замены традиционного «управления» на многоуровневое «регулирование» городского развития в вопросах энергосбережения. Такая модель предполагает в общем виде определение точек воздействия системных регуляторов на инвестиционно-строительный комплекс для обеспечения сочетания интересов города и стройкомплекса в смене строительной продукции на новую, в данном случае – энергосберегающие решения при одновременном сохранении ее валового объема, и нахождение наиболее благоприятных для этого путей структурной перестройки стройиндустрии города.

Основная идея предлагаемой Концепции многоуровневого управления энергосбережением в строительстве крупного города включает:

- многоуровневое (многослойное) построение системы городского управления энергосбережением;

- переход от вертикальной к горизонтальной структуре функционального управления инвестиционно-строительным комплексом;

- развитие процедуры динамического системного анализа в режиме мониторинга для формирования перспективных и текущих показателей городской программы энергосбережения, то есть планируемых показателей удельной энергоемкости строящихся зданий и научно-проектно-организационно-технических мероприятий по их достижению;

- использование комплекса системных регуляторов городского значения для обеспечения перехода инвестиционно-строительного комплекса на планируемые показатели.

Формирование перспективных показателей энергоемкости строительной продукции – начальная точка отсчета функционирования системы – осуществляется на основе исследования параметров состояния городской системы и ее трех отраслей: топливно-энергетической, жилищно-коммунальной и строительной. Их изменение во времени – следствие реализации тех или иных отраслевых программ, внешних и внутренних факторов, многие из которых не поддаются городскому контролю.

Программы развития отраслей формируются на верхнем уровне управления системы органами городской администрации на основе Генерального плана развития города и осуществляются промышленно-технологической частью строительного комплекса. Финансирование программ осуществляется городскими инвесторами.

Программа развития строительного комплекса в части энергосбережения, адаптированная к условиям переходного периода, состоит из управляющей и регулирующей частей. Первая содержит управляющие воздействия в виде пообъектного распределения материальных и финансовых потоков, которые предоставляются строительному комплексу городскими инвесторами через организации-заказчики.

Однако в современных условиях значительно больший вес приобретает для стимулирования модернизации и структурной перестройки стройкомплекса с целью повышения качества продукции по показателю энергоемкости вторая часть – регулирующие воздействия, представляющие собой набор правил функционирования городской системы и входящие в нее подсистемы (городское хозяйство, строительство, транспорт и т. д.). Этот набор регулирующих воздействий или регуляторов можно сгруппировать в пять основных классов: административно-нормативный, земельный, бюджетно-налоговый, организационно-правовой, договорный. Регуляторы формируются органами законодательной и исполнительной власти, создающими верхний уровень системы управления. Блок оценки реальной эффективности программ позволяет органам власти на основе системного анализа данных о выполнении показателей Генерального плана, мониторинга показателей энергопотребления объектов, постоянно оценивать и контролировать текущее состояние городской системы, внося коррективы в текущую политику и показатели энергосбережения в городе.

Отличительной особенностью второго уровня системы управления является переход от вертикальных структур к формированию горизонтальной структуры управления деятельностью рыночно ориентированных организаций и фирм строительного комплекса через распределение городского заказа, между комплексом перспективного развития города, комитетами по делам архитектуры, а также системами надзорных органов в строительстве: инспекций Госархстройнадзора, Государственной экспертизы и т. п.

Третий уровень управления – внутрифирменный – создается в организациях-исполнителях на каждой из фаз инвестиционно-строительного цикла: исследовательской, проектной, подготовки массового промышленного производства изделий, конструкций и материалов, собственно строительства объектов.

Таким образом, в соответствии с разработанной Концепцией система управления энергосбережением в крупном городе должна иметь три уровня: общегородской, отраслевой, внутрифирменный. При этом структура управления на общегородском уровне зависит от состояния городской экономики, динамики перехода к рыночной методике управления, развития городского самоуправления и других факторов.

Средний отраслевой уровень управления также в большой степени подвержен трансформации в зависимости от изменения отношений собственности в строительном комплексе, развития рыночных отношений между участниками инвестиционно-строительной деятельности, преобладания экстенсивного или интенсивного вариантов развития стройкомплекса. Внедрение технологии энергосбережения, анализируемой в данном проекте, осуществляется в первую очередь в интересах города. В следующем номере журнала будет продолжено обсуждение проблемы и рассмотрение рациональных направлений развития топливно-энергетического хозяйства Москвы и повышение его энергоэффективности.

Литература

1. Социально-экономическое положение в Москве в январе-декабре 2004 года. Основные показатели, характеризующие экономику столицы // www.mosstat.ru.

2. Семенов В. Г. Теплоснабжение Москвы – направления реформы // Электронный журнал «ЭСКО». 2004. № 1.

3. Постановление Правительства Москвы от 01.06.2004 года № 365-ПП «Об основных направлениях развития системы теплоэлектроснабжения г. Москвы на период до 2020 года».