Анализ изменения средневзвешенного периода эксплуатации теплопроводов в зависимости от объемов реконструкции тепловых сетей
Analysis of the changes in the mean weighted period of heat lines service life depending on the scope of the heating network reconstruction
S.N. Kiryhin, Candidate of Engineering, Head of the Power Supply Systems Safety and Reliability Laboratory, Gazprom Promgaz JSC; A.O. Shimanskaya, Candidate of Engineering, Leading Specialist of Power Supply Systems Development Laboratory, Gazprom Promgaz JSC; P. P. Rymkevich, Doctor of Engineering, Professor of the Physics Department, «Military Space Academy named after A.F. Mozhayskiy»; A.S. Gorshkov, Doctor of Engineering, Head of the Power Supply Systems Development Methods and Programs Laboratory, Gazprom Promgaz JSC
Keywords: district heating systems, heating networks, heating network service life, heating network reconstruction scope, calculation formulas
The city district heating systems are life support systems, and their reliable operation guarantees preservation of the citizens' health, comfortable living habitat and social stability of the society. Heating networks that deliver energy to consumers are subjected to numerous impacts of different factors, and thus are considered the most unreliable element of the systems. Here we offer one of the options of heating line operation life duration calculations depending on their reconstruction scope.
Городские системы централизованного теплоснабжения являются системами жизнеобеспечения, а их надежное функционирование гарантирует сохранение здоровья граждан, комфортную среду обитания и социальную стабильность жизнедеятельности общества. Тепловые сети, по которым энергия передается потребителям, подвергаются значительному количеству воздействий различных факторов и поэтому являются одним из наиболее ответственных элементов системы. Предлагаем один из вариантов оценки требуемого объема перекладки тепловых сетей в зависимости от средневзвешенного срока эксплуатации реконструируемых и аварийных ее участков.
АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЯ СРЕДНЕВЗВЕШЕННОГО ПЕРИОДА ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЕПЛОПРОВОДОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ОБЪЕМОВ РЕКОНСТРУКЦИИ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
Городские системы централизованного теплоснабжения являются системами жизнеобеспечения, а их надежное функционирование гарантирует сохранение здоровья граждан, комфортную среду обитания и социальную стабильность жизнедеятельности общества. Тепловые сети, по которым энергия передается потребителям, подвергаются значительному количеству воздействий различных факторов и поэтому являются одним из наиболее ответственных элементов системы. Предлагаем один из вариантов оценки требуемого объема перекладки тепловых сетей в зависимости от средневзвешенного срока эксплуатации реконструируемых и аварийных ее участков.
По состоянию на 1 января 2024 года в Санкт-Петербурге эксплуатируется почти 10 000 км теплопроводов (здесь и далее значения длин приводятся в однотрубном исчислении), средневзвешенный период (продолжительность) эксплуатации которых превышает 20 лет [1]. Однако при определении данного достаточно часто использующегося в практике технико-экономических расчетов показателя не учитывалось влияние объемов реконструкции тепловых сетей.
Продолжительность эксплуатации тепловых сетей и причины ухудшения их технического состояния
СП 124.13330 (раздел 10)1 нормирует использование тепло-проводов с назначенным сроком службы не менее 30 лет [2, 3]. При этом за весь назначенный срок службы допускается всего лишь один отказ, который и является событием, превращающим директивно назначенный срок в фактическую продолжительность эксплуатации теплопровода. Если событие за назначенный срок службы не происходит, фактическая продолжительность эксплуатации может превысить назначенный срок службы. Но такое обстоятельство, во-первых, маловероятно и, во-вторых, характерно для магистральных теплопроводов большого диаметра.
Чаще событие отказа происходит до достижения назначенного срока службы и является характерным случаем для теплопроводов распределительных сетей, протяженность которых в Санкт-Петербурге составляет более 70 %. Особенно часто в городе отказывают теплопроводы, продолжительность эксплуатации которых превышает 10 лет, но не достигла назначенного срока службы (сейчас, как правило, он принимается равным 25 годам).
Изменчивый климат (с резкими и частыми перепадами температур), агрессивная среда, проблемы своевременного финансирования ремонтов (в требуемом объеме) приводят к ухудшению технического состояния теплопроводов, повышению их аварийности и значительному сокращению фактической продолжительности эксплуатации. Это подтверждается исследованиями статистики отказов тепловых сетей, которые показывают, что «характерное время жизни» (когда отказ становится статистически значимым) теплопроводов в Санкт-Петербурге в настоящее время соответствует 10 годам [4].
Показатель продолжительности эксплуатации теплопроводов
В условиях недостаточно достоверной информации о находящихся в эксплуатации теплопроводах, в качестве универсального показателя, позволяющего количественно оценить их текущее состояние, может быть принят средневзвешенный период (продолжительность) эксплуатации.
Недостатки данного показателя очевидны. Это его неточность, размытость значения по группе, слабые статистические характеристики. Но и достоинства показателя несомненны: универсальность, масштабируемость, оперативность и простота расчета, индикативность значений. Именно эти свойства определяют его востребованность в практике технико-экономических расчетов.
Вниманию читателей представляется один из вариантов расчета этого показателя, позволяющего учесть изменение характеристик тепловой сети (например, в Санкт-Петербурге ежегодно реконструируется примерно 200 км теплопроводов [1]) в процессе ее эксплуатации (см. алгоритм расчета).
Алгоритм расчета
Определим средневзвешенный период эксплуатации теплопроводов с учетом замены новыми трубами участков тепловой сети, которые подлежат реконструкции или замене.
Значение средневзвешенного периода эксплуатации теплопроводов в момент времени t определяется выражением:
где τi – продолжительность (i-й год) эксплуатации теплопроводов. Для новых теплопроводов и теплопроводов первого года эксплуатации τ1 = 1 и т. д.; li– протяженность (длина) трубопроводов i-го года эксплуатации.
Предположим, что на год планирования меняются только те теплопроводы, у которых периоды эксплуатации имеют максимальные значения: n и n – 1 лет.
В таком случае средневзвешенный период эксплуатации заменяемых теплопроводов составит:
здесь l–n–1, l–n протяженности заменяемой части реконструируемых теплопроводов.
Примем допущение, что не подлежащие замене теплопроводы имеют период эксплуатации, равный одному году (то есть заменим все возможные значения периодов одним его значением, равным единице). Тогда через один год средневзвешенный период эксплуатации теплопроводов с новыми участками будет равен:
Выполним преобразование и получим:
Учитывая принятое ранее допущение τi – 1 = 0, выражение примет вид:
В полученном выражении (3) первое слагаемое представляет собой средневзвешенный период эксплуатации теплопроводов в момент времени t, второе слагаемое равно единице. Числитель третьего слагаемого определим из формулы (2):
Подставим правую часть выражения (4) в формулу (3) и окончательно упростим его с учетом введенных ранее обозначений:
Полученное выражение (5) показывает, что через год после частичной замены средневзвешенный период эксплуатации теплопроводов окажется равным сумме текущего значения средневзвешенного периода эксплуатации и единицы (все существующие трубопроводы к этому времени «состарятся» на 1 год) за вычетом значения средневзвешенного периода эксплуатации заменяемой части теплопроводов, умноженного на их долю в суммарной протяженности тепловой сети.
Выражение (5) можно представить в виде:
где l–Σ – суммарная протяженность заменяемой части теплопроводов, км;
lΣ – суммарная протяженность всей тепловой сети, км.
Значение средневзвешенного периода эксплуатации становится стабильным (не изменяется), если выполняется условие:
В этом случае выражение (6) примет вид:
Анализ отношения (8) подтверждает его справедливость, так как очевидно, что чем меньше средневзвешенный период эксплуатации теплопроводов (то есть чем раньше они отказывают с момента замены), тем больше должен быть объем выполняемых перекладок.
Определение объема ежегодных замен трубопроводов для Санкт-Петербурга
Учитывая принятые допущения, определим, какое количество теплопроводов следует перекладывать в Санкт-Петербурге, чтобы средневзвешенный период эксплуатации соответствовал назначенному сроку службы.
Так как суммарная протяженность тепловых сетей города равна 10 000 км, а средневзвешенный период эксплуатации должен быть равным 25 годам, то есть назначенному сроку службы, объем ежегодных замен теплопроводов должен составлять 400 км. Сравнивая это значение с суммарным объемом перекладок по инвестиционным программам тепло-снабжающих организаций, в которых ежегодно замене подлежит не более 200 км [1], можно сделать вывод о существенной недостаточности (как минимум вдвое) объемов мероприятий по обеспечению надежного функционирования тепловых сетей города.
Если учесть результаты исследований [4], в которых «характерное время жизни» теплопроводов Санкт-Петербурга определено как 10 лет, то для стабилизации (то есть предотвращения повышения) аварийности тепловых сетей города объем ежегодных замен теплопроводов должен составлять 1 000 км (то есть впятеро больше, чем предусмотрено инвестиционными программами в [1]).
Снижение тарифа за счет уменьшения ежегодных амортизационных отчислений в себестоимости
Средневзвешенный период эксплуатации теплопроводов будет уменьшаться в том случае, если будет выполняться условие:
Определение ежегодных амортизационных отчислений в себестоимости продукции рассчитывается через норму амортизации, которая определяется периодом полезного использования, в течение которого объект основных средств или объект нематериальных активов служит для выполнения целей деятельности налогоплательщика. Поэтому увеличение продолжительности эксплуатации новых (реконструированных) тепловых сетей должно вести к уточнению классификатора основных средств и/или учетной политики теплоснабжающих организаций в сторону увеличения нормы амортизации объекта «тепловые сети»2. Последнее при прочих равных или близких значениях по стоимости капитальных затрат должно вести к снижению тарифа за счет уменьшения ежегодных амортизационных отчислений в себестоимости.
Таким образом, чем продолжительнее будет эксплуатация теплопроводов, тем длительнее станет период распределения капитальных затрат на реконструкцию тепловых сетей и тем меньшим окажется влияние этих затрат на динамику тарифов тепловой энергии.
Выводы
- Несмотря на простоту, представленный алгоритм расчета позволяет количественно оценить необходимый объем перекладок тепловых сетей.
- Анализ полученных зависимостей показывает, что для стабилизации значений средневзвешенного периода эксплуатации теплопроводов на уровне значений назначенного срока службы следует либо увеличивать объемы перекладок в существующей тепловой сети, либо применять теплопроводы с повышенным сроком службы (назначенным значением).
- Представленный порядок расчета средневзвешенного периода эксплуатации теплопроводов учитывает объем реконструкции тепловых сетей и рекомендуется к использованию в практике технико-экономических расчетов.
Литература
- Схема теплоснабжения Санкт-Петербурга на период до 2033 года (актуализация на 2023 год). https://www.gov.spb.ru/gov/otrasl/ingen/shemy-razvitiya-inzhenerno-energeticheskogo-kompleksa/shema-teplosnabzheniya/ (дата обращения: 10.01.2024).
- Горшков А. С., Рымкевич П. П. Износ и повреждение тепловых сетей. Решение проблемы качества и надежности энергоснабжения // Энергосбережение. 2019. № 4. С. 50–55.
1 СП 124.13330. Свод правил. Тепловые сети. Актуализированная редакция СНиП 41-02–2003.
2 Постановление Правительства РФ от 1 января 2002 года № 1 «О Классификации основных средств, включаемых в амортизационные группы».
Статья опубликована в журнале “Энергосбережение” за №2'2024
Статьи по теме
- Анализ динамики энергопотребления и энергоемкости валового регионального продукта Москвы
Энергосбережение №4'2022 - Москва – энергоэффективная столица России
Энергосбережение №8'2016 - Энергопотребление регионов России. О реальной динамике и о качестве статистики
Энергосбережение №4'2016 - Энергопотребление регионов России. О реальной динамике и о качестве статистики
Энергосбережение №5'2016 - Изменение энергопотребления Москвы на фоне трансформации экономики: из века прошлого в век нынешний
Энергосбережение №8'2018 - Топливно-энергетический баланс – основа перспективного прогнозирования. Энергобаланс Москвы
Энергосбережение №5'2020 - Энергоемкость ВВП России в 2015–2020 годах Ч. 1. Анализ динамики
Энергосбережение №2'2022 - Энергоемкость ВВП России в 2015–2020 годах. Ч. 2. Международные сопоставления
Энергосбережение №3'2022
Подписка на журналы
