Energy saving potential from served thermal energy and in heating buildings of Russia’s northern region

Введение

Одним из основных составляющих стоимости жизни на Севере России является теплоснабжение. Проблемы энергосбережения в теплоснабжении северных территорий связывают с ветхостью систем коммунальной инфраструктуры, дороговизной северного завоза в труднодоступные населенные пункты, экстремальностью климатических условий российского Севера ^[1-4]. В Республике Саха (Якутия) проблема усугубляется наличием многолетнемерзлых грунтов оснований, для сохранения которого наружные теплосети прокладываются не в грунте, где температура от от 0 до -6°С, а на опорах, где температура наружного воздуха от 0 до -60°С.

Сумма проблемных факторов вынуждает исследователей и власти обратиться комплексному решению задач развития северных территорий ^[5].

Вместе с тем, в академических кругах наблюдаются исследования стратегических проблем макроэкономики, а на уровне микроэкономики – исследования эффективности техники и технологий. В этой связи, актуальным становится исследование задач организации внедрения эффективной техники, технологии и управления теплоснабжением в специфических условиях Севера России, а определение потенциалов энергосбережения отпущенного тепла и отопления ставят перед властями и кредитными организациями региона осязаемые ориентиры.

В статье применен понятийный аппарат Федерального закона «Об энергосбережении…» ^[6].

Методы и объект исследования

Средствами исследования служат статистические показатели теплоснабжения региона, тарифные решения регулятора. Метод основывается на маржинальном сравнительном анализе фактических затрат производства в теплоснабжении с нормативными, а также с аналоговыми. Равновесие спроса и предложения тепла может быть достигнуто при предельно низком потреблении тепла зданиями при заданных климатических условиях региона ^[7]. В теплоснабжении и в водоснабжении наиболее ярко проявляется действие закона предельной полезности. Авторы и ранее отмечали, что “излишне тепло, поступающее в уже теплый дом, или вода, капающая из крана при наличии в водопроводе нормального давления” величина в маржинальном анализе всегда отрицательная ^{[8, стр. 18]}.

В качестве объекта исследования использованы показатели за 2000-2018 гг. Республики Саха (Якутия), как региона, наиболее выпукло представляющего специфику северных территорий России. 19-летний срок задан с целью приближения периода исследования к сроку нормативной эксплуатации активных основных фондов теплоснабжения равной 20 годам ^[9].

Определение приоритетов инноваций в теплоснабжении и отоплении объектов

Основным приоритетом в теплоснабжении является надежность (беспрерывность) подачи тепла потребителю. Соответственно, региональные власти прежде всего обращают внимание на безаварийность систем теплоснабжения, которая, в свою очередь, связана с обновлением основных фондов теплоснабжения. Исключение аварийных и приведение к нормативу ветхих систем теплоснабжения – задача номер один.

Следующим приоритетом в организации теплоснабжения, на взгляд авторов, является снижение потерь энергоресурсов: как прямых, так и косвенных. Прочие проблемы теплоснабжения северных территорий могут устраняться после решения первых двух по мере их обострения и в данной статье не затрагиваются.

Со стороны потребителя приоритетом в отоплении объектов является комплекс мероприятий по снижению потребления тепла.

Экономическими механизмами реализации этих мероприятий являются: а) внедрение учета потребления тепла; б) определение ограждающих конструкций, имеющих наименьшее сопротивление теплопередаче: окна, наружные входные двери, наружные стены, цокольные и чердачные перекрытия или совмещенные кровли расчетным путем или тепловизионными обследованиями; в) определение исполнителей собственными силами или путем концессионного соглашения с организациями, работающими в сфере энергосбережения в соответствии с федеральным законом «О концессионных соглашениях» № 115-ФЗ от 21.07.2005 в ред. от 22.12.2018.

Технологическими механизмами реализации мероприятий потребителя по снижению потребления тепла являются: а) регулировка систем отопления зданий; б) установка приборов учета тепла; в) утепление ограждающих конструкций, имеющих наименьшее сопротивление теплопередаче; г) регулировка ввода тепла в здание путем: - шайбирования, устройства элеватора; устройства автоматизированных индивидуальных тепловых пунктов.

Данные приоритеты совпадают с приоритетами в Энергетической стратегии РФ ^[10].

Потенциал энергосбережения региона в теплоснабжении

В проекте Энергетической стратегии России до 2035 г. ^[10] отмечается, что энергоемкость экономики с 2008 г. по 2018 г. снизилась, по различным оценкам, на 17-18 %. Уровни энергоемкости производства важнейших отечественных промышленных продуктов выше (хуже) среднемировых в 1,2 – 2 раза, а по отношению к лучшим мировым практикам – в 1,5 – 4 раза. Отмеченная тенденция в Энергетической стратегии РФ наблюдается и в Республике Саха (Якутия).

Рисунок 1 – Динамика параметров теплоснабжения РС (Я) за период 2000-2018 гг. ^[11]

Диаграмма на рисунке 1 показывает увеличение мощности котельных региона за 19 лет на 20 %, в то же время снижение полезного отпуска с 2000 г. до 2014 г. на 26 % и прибавление отпуска к 2018 г. на 12 % по сравнению с 2014 г., связанного с увеличением ввода нового жилья и подключением частных домов к централизованному источнику теплоснабжения (ЦИТ).

Надо отметить, что в республике было принято решение, в связи с удалением порубочных делян и в целях повышения качества жизни сельского населения широко практиковать подключение частных домов к ЦИТ. Этим решением было преодолено неравенство в субсидировании жилищного фонда, подключенного к ЦИТ, и частного жилищного фонда на печном отоплении, который только с 2011 г. начал получать мизерные субсидии на заготовку дров.

Повышение качества жизни селян, подключившихся к ЦИТ, наверно, не требует доказательств, в регионе, где отопительный сезон продолжается от 9 до 11 месяцев в году. Снижение полезного отпуска тепла связано исключительно с внедрением приборов учета тепла не только в потребление населением, но также различными организациями. Несомненно, большую роль в этом сыграла деятельность товариществ собственников жилья (ТСЖ) и управляющих компаний (УК) жилищных фондов, бюджетных и коммерческих организаций, активно внедряющих индивидуальные тепловые пункты (ИТП) в многоквартирных домах и зданиях.

Снижение полезного отпуска тепла связано также с увеличением автономных (в т.ч. крышных) котельных ТСЖ, УК, коммерческих и бюджетных организаций, дислоцированных, в основном, в газифицированных районах республики. Расходы тепла и топлива данных котельных гораздо меньше расходов ЦИТ. Автономные котельные, вместе с тем, могут служить основой ценообразования тепловой энергии муниципального образования на принципе «альтернативной котельной» ^[10].

В специфических климатических условиях Якутии умощнение котельных при одновременном снижении отпущенного тепла не связана со снижением эффективности теплоснабжающих организаций, как может показаться на первый взгляд. Умощнение котельных связана с повышением надежности теплоснабжения. Когда наружная температура воздуха наиболее холодной пятидневки составляет –63°С, мощности котельных должны перекрывать расчетную температуру наружного воздуха не менее чем в два раза в целях обеспечения беспрерывности теплоснабжения в аварийных ситуациях.

Диаграмма на рисунке 1 показывает сокращение количества котельных за анализируемый период на 31 % или на 577 ед. Это значит, что из 1288 котельных на 01.01.2018 г. самое меньшее 577 заново построены. С учетом модернизаций в существующих зданиях котельных за 19 лет порядка 50 % котельных региона обновлены.

По данным регулятора – Госкомцен РС (Я) на 01.01.2019 г. в республике действует 310 теплоснабжающих организаций. При 411 муниципальных образованиях республики, раскинутых на 3,0 млн кв. км территории – это в русле государственной политики по поддержке единых теплоснабжающих организаций в муниципальных образованиях, о чем писали авторы еще в 2011 г. ^[12]. При нормативной долговечности стационарных водогрейных котлов в 20 лет (норма амортизации 5 %) ^[9] по региону в состоянии ветхости должно быть 65 котельных. Если считать 300 котельных частных владельцев условно модернизированными, все равно остается порядка 300 котельных, подлежащих реконструкции, что превышает нормативный износ котельных в пять раз. А по сведениям о снабжении теплоэнергией ^[13] за 2018 г. из 4456,8 км тепловых сетей республики в двухтрубном исчислении подлежат замене 518,3 км. При норме амортизации тепловых сетей 4 % ^[9] их должно было быть 222,8 км или по тепловым сетям нормативный износ также превышен 2,3 раза.

Из вышеизложенного анализа параметров теплоснабжения на рисунке 1 становится ясным наличие сверхнормативных потерь в 21,4 % или 2996 тыс. Гкал. за 2018 г. ^[11]. Средние экономически обоснованные затраты на тепловую энергию Республики Саха (Якутия) за Гкал составляют 4000 руб. ^[14]. Не сложно подсчитать, что потенциал энергосбережения региона от снижения уровня потерь до 10 % от отпущенной энергии приведет к ежегодной экономии средств на 6,4 млрд руб. Уровень потерь равный 10 % от отпущенной тепловой энергии достигнут в Ленском районе республики. В г. Якутске также идет снижение потерь, где по данным за 2018 г. достигнут уровень 12,9 %, хотя в актуализированной на 2018 г. Схеме теплоснабжения городского округа «город Якутск» до 2032 г. уже значатся 5 % потери, как рубеж к которому необходимо стремиться ^[15].

Потенциал энергосбережения в отоплении зданий

Авторами были проведены исследования на 50 объектах организации А в г. Якутске на предмет эффективности внедрения энергосберегающих мероприятий. Было принято решение, потенциал энергосбережения в отоплении зданий рассчитать по результатам сравнения удельной теплоемкости зданий в нормативах региона ^[16] и в нормативах РФ ^[17] с фактическим расходом тепла на отопление зданий, отраженных в бухгалтерских документах по взаиморасчетам с теплоснабжающими организациями. Поскольку СНиП ^[17] 2003 г. выпуска, а региональный норматив ^[16] 1986 г., последний имел больший норматив, чем первый. Имелись также расхождения в методах расчета. Региональный норматив вел расчет объема зданий по наружному обмеру, а СНиП по внутренним поверхностям стен, а также по региональному нормативу температура внутреннего воздуха помещений была ниже на 1-2°C, чем по ГОСТ 30494. Расчеты велись в объёмных показателях зданий.

В настоящее время в соответствии с постановлением Правительства РФ ^[18] при отсутствии проектной документации и приборов учета тепловой энергии допускается расчет годового количества тепловой энергии (Гкал/год), необходимой для отопления зданий по формуле (1) на кв. м. общей площади здания:

(1)

где: – нормативная удельная часовая тепловая нагрузка на отопление здания в зависимости от расчетной температуры наружного воздуха и этажности здания согласно источнику ^{[19, табл. 4]}, ккал в час на 1 кв. м;

S – общая площадь здания, кв. м;

– температура внутреннего воздуха отапливаемых помещений зданий в соответствии ГОСТ ^[19], °C;

– среднесуточная температура наружного воздуха за отопительный период согласно Своду правил ^[20], °C;

– температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки согласно Своду правил ^[20], °C;

– продолжительность отопительного периода, характеризующегося среднесуточной температурой наружного воздуха 8°C и ниже согласно Своду правил ^[20], суток в год;

24 – количество часов в сутках;

10-6 – коэффициент перевода из ккал в Гкал.

В формуле (1) , и могут быть заданы как средние за последние 5 лет метеорологических наблюдений или по Своду правил ^[20] строительной климатологии. В нашем случае были применены данные строительной климатологии.

В результате исследования было выяснено, что на 14 объектах фактически расходуется тепловой энергии больше регионального норматива. Таковыми являются все гаражи, в основном, построенные хозяйственным способом. По другим зданиям из-за холодных цокольных перекрытий и других ограждающих конструкций температурный график подачи тепла был разрешен администрацией организации А с повышающим коэффициентом. Было рекомендовано по этим 14 объектам проведение на первом этапе ремонта отопительных систем с их регулировкой и утепления ограждающих конструкций, проёмов зданий и уже следующим этапом – внедрение на объектах ИТП.

По 13 объектам организации, расходующим меньше федерального норматива, было рекомендовано воздержаться от модернизаций на первом и втором этапах с внедрением ИТП на третьем этапе энергосберегающих мероприятий. Из этих 13 объектов на трех из них имелись ИТП, смонтированные в ходе строительства этих объектов. По их данным составлена таблица 1. По этим зданиям в среднем показана фактическая теплоемкость, в 1,7 раза меньшая от нормативной удельной теплоемкости зданий по СНиП.

Таблица 1 – Сравнительные данные расхода на отопление зданий организации А

с ИТП за отопительный период 2017 гг., Гкал

На первом этапе энергосберегающих мероприятий организации А было предложено устройство ИТП в 23 зданиях, где годовое потребление тепловой энергии было меньше регионального норматива, но больше федерального, как показано в таблице 2. Из этих объектов здание по ул. Ленина, 1 имеет ИТП. По этому объекту был предложен ремонт по отдельному проекту, т.к. ИТП был разрегулирован из-за поломок. Его объемы исключены из расчета, а также исключены здания на строках 5; 6; 10; 21 как объекты с малыми потреблениями, не окупающими стоимости ИТП.

С учетом отмеченных исключений расчетная годовая экономия от внедрения ИТП на 18 объектах организации составила 10 416 Гкал. Если за основу расчетов заложим средневзвешенные тарифы (расчеты авторов) по г. Якутску ^{[21, БДТР]}, равные 1950 руб. за 1 Гкал, то годовая экономия от внедрения ИТП составит 20,3 млн руб.

Расчет средневзвешенного тарифа за расчетный период.

Поставщиками тепловой энергии для организации А являются:

1. ПАО «Якутскэнерго» поставкой за отопительный сезон 22836,76 Гкал с тарифами за 1 полугодие 1371,45 руб./Гкал и за 2 полугодие 1542,91 руб./Гкал. Средний тариф 1457,18 руб./Гкал.

2. МУП «Теплоэнергия» поставкой за отопительный сезон 31030,24 Гкал с тарифами за 1 полугодие 2138,63 руб./Гкал и за 2 полугодие 2484,04 руб./Гкал. Средний тариф 2311,33 руб./Гкал

Также было предложено приобретение по одному комплекту ИТП для групп зданий по адресам – Каландарашвили, 17; Строителей, 8; Красильникова, 13: это, несомненно, удешевило бы внедрение новой техники для организации А.

Таблица 2 – Расчет экономии потребления тепла от внедрения ИТП на объектах организации А, Гкал

Как показало исследование, на первом этапе необходима:

а) разработка предварительного технико-экономического обоснования:

до начала работ авторами были направлены технические паспорта 5 объектов организации А для расчета предварительного технико-экономического обоснования внедрения оборудования блочных ИТП компанией «Danfoss» https://www.danfoss.com/ru-ru/search/?query , по которым был получен ответ и данные сведены в таблицу 3.

Таблица 3 – Подбор оборудования ИТП для зданий организации А для расчета средней стоимости оборудования блочного ИТП на 1 Гкал фактически полученного тепла

Для устройства на 18 объектах ИТП потребуется 23489х2,319=54 471 тыс. руб. оборудования. Стоимость монтажа и пуска-наладки – 20 % от стоимости оборудования, а транспортные расходы на 40 футовых контейнерах железнодорожным транспортом с Москвы до Нижнего Бестяха 277 530 руб. (см. www.tlkyastreb.ru Контейнерные грузоперевозки в Якутск). С доставкой автотранспортом через паромную переправу Нижний Бестях-Якутск всего 300 тыс. руб. за один контейнер. На 4-х контейнерах 1 200 тыс. руб. Проектные работы 10 % от стоимости оборудования 5 500 тыс. руб. Всего: 54 471х1,2+1 200+5 500=72065,2 тыс. руб. С процентом банковского кредитования 17% примерный срок окупаемости составит:

72 065/20 300*1,17= 4,2 года.

б) классификация зданий по их удельной и фактической теплоемкости и с планированием этапности энергосберегающих мероприятий;

в) разработка проектно-сметной документации энергосберегающих мероприятий;

г) разработка бизнес-плана внедрения энергосберегающих мероприятий по проектно-сметной документации с расчетом конкретного срока окупаемости заемных средств;

д) по зданиям, имеющим значительные потери тепла через ограждающие конструкции, производство ремонтно-строительных работ по утеплению;

е) по зданиям, потребляющим тепло незначительно превышающим нормативные по СНиП ввод в эксплуатацию ИТП.

Вторым этапом необходимо внедрение ИТП в здания, расходующим тепло равные и меньше нормативного.

Третьим этапом внедрение ИТП по зданиям, значительно превышавшим нормативный расход тепла после утепления их ограждающих конструкций на первом и втором этапах энергосберегающих мероприятий организации А.

Разбивка на этапы целесообразна для более быстрого начала периода окупаемости проекта энергосбережения, ритмичности ремонтно-строительных работ, мягкой адаптации режима энергосбережения в организации.

Заключение

Как показало исследование, за анализируемый 19-летний период в Республике Саха (Якутия) наблюдается снижение потребления тепла с 13359 до 11034 тыс. Гкал или на 17,4% при одновременном росте за тот же период жилищного фонда республики с 17990,3 до 21778,1 тыс. кв. м. жилья или тоже на 17,4 % и росте объемов строительства социальных и промышленных объектов ^{[22, стр. 86-92]}. Это, безусловно, является положительной тенденцией. В то же время, в регионе сохраняются значительные потери тепла на теплоснабжении – до одной пятой отпущенного тепла. При этом, имеются примеры фактически достигнутого минимального уровня потерь отпущенного тепла в районах региона равные 10 %.

Приведенные, рассчитанные и целевые индикаторы теплоснабжения и отопления зданий показывают имеющийся потенциал энергосбережения региона. Только снижение потерь отпущенного тепла до достигнутого 10 % уровня может привести к ежегодной экономии средств народного хозяйства региона на 6,4 млрд руб. Как показали расчеты значительный потенциал энергосбережения со стороны потребителя имеется в отоплении зданий. Внедрение современных технологий приема и распределения тепла потребителями может снизить потребление тепла до 40 % от нормативных расходов.

Примечательно, что в схемах теплоснабжения муниципальных образований региона утверждены потери до 5 % от отпущенного тепла.

Снижение потребления тепла получателями тепла, видимо, и впредь будет преобладать над ростом подключений вновь возведенных объектов (17,4 % за 19 лет), так как резерв экономии тепла (40 %), как показали сравнительные расчеты, весьма высок. Данное обстоятельство ведет к снижению выручки теплоснабжающих организаций. Соответственно теплогенерирующим и теплопередающим организациям, помимо снижения потерь отпущенного тепла, необходимо искать пути снижения затрат такие как: увеличение теплосъёма с единицы топлива, увеличение КПД котлов, снижение прочих переменных, таких как, например, соблюдение температурного графика подачи тепла, особенно, в межсезонные периоды и постоянных затрат и т.д.

Приведенный в статье потенциал энергосбережения в теплоснабжении и отоплении зданий могут служить для органов государственной и муниципальных властей, кредитных и теплоснабжающих организаций региона ориентирами для составления их инвестиционных программ, заключаемых ими концессионных соглашений и их активного финансирования кредитными организациями с последующим погашением инвестиционным налоговым вычетом из налога на прибыль инвестора, перечисляемого на региональный бюджет ^{[23, Статья 286.1]} и компенсируемого на 2/3 из федерального бюджета, выпадающих доходов субъекта ^[24].

Источник финансирования статьи.

Статья подготовлена в рамках проекта АААА-А17-117031410034-1 по государственному заданию Министерства науки и высшего образования РФ «Социально-экономическая безопасность регионов восточной Арктики: проблемы взаимообусловленности и трансформации в современных условиях, мониторинг, оценка, разработка комплекса государственных мер по её повышению (на примере Республики Саха (Якутия)»