Централизованное теплоснабжение в призме энергоэффективности

Потребление энергетических ресурсов в РФ кратно выше, чем  в экономически развитых странах при решении аналогичных задач.

Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.

В дымовые трубы и в своего рода парники типовых городских кварталов (рис. 1, 2) уходит энергия миллиардов тонн невосполнимых ископаемых энергоресурсов.
Четкий экстроведомственный анализ сложившейся ситуации и комплексный, вертикально интегрированный и структурированный план мероприятий с учетом позитивного мирового опыта и прописанных механизмов реализации необходимы для прекращения такого бессистемного и расточительного потребления.

Рис. 1. Дымоотводящие трубы

Рис. 2. Термограмма типового многоэтажного дома

Понимание этого укрепляется в сознании специалистов, простых граждан и государственных менеджеров, но одной только постановки задачи эффективного использования энергии, увы, недостаточно для достижения положительной динамики в ее решении. Нужно четкое понимание того, что, как и для чего делать.

Три сценария и три показателя энергоэффективности

В 2011 г. группой ученых была выполнена работа по определению стоимости владения (инвестиции и содержание) системы централизованного теплоснабжения (ЦТ) города с населением 100 тыс. человек от газовой ТЭС для трех различных технологических сценариев. Полученные данные приведены в табл. 1.

Таблица 1. Стоимость владения при реализации трех технологических сценариев

Система, построенная по сценарию 1, требует самых больших инвестиций и затрат на содержание. А расчеты, из которых следует, что инвестиции, необходимые для строительства системы по сценарию 3, на 10 % меньше, чем по сценарию 1, выглядят вообще парадоксально, в полном смысле претендуя на статус открытия.

В основе расчетов реальные сценарии: 1 – система, аналогичная используемой в г. Москве, 2 –  в г. Риге и 3 – в столице Дании, г. Копенгагене.

Как складывается такая экономия и какие критерии удобно использовать для оценки энергоэффективности централизованных систем отопления, рассмотрим на наглядном примере.

В г. Москве температурный график на вводе в дом ~ 90/70 °C, следовательно, тепловая энергия, потребленная за расчетный период, составит:

Q =∆tм×Mм, кВт×ч,

где  ∆tм – разность температур (20 °С); Мм – масса теплоносителя.

В г. Копенгагене, где температурный режим ~ 120/40 °C, то же самое количество  тепловой энергии (ТЭ) Q будет перенесено примерно вчетверо меньшей массой теплоносителя:

Q =∆tк×Mк, кВт×ч,

где Mк – масса теплоносителя в г. Копенгагене, при этом из равенства следует, что она должна составлять ¼ Mм , так как ∆tк = 80, а ∆tм = 20 °С.

Для транспортировки теплоносителя по трубопроводам расходуется электроэнергия в объеме:

N = V ×M3, кВт×ч,

где V – гидравлическое сопротивление системы.

Из формулы (при условии равенства сопротивлений) следует, что в г. Москве для переноса того же количества тепловой энергии используется в 64 раза больше электрической энергии, чем в Копенгагене.

Так как сопротивление системы принято одинаковым, то учитывая, что в г. Копенгагене в четыре раза меньший расход теплоносителя, трубопроводы потребуются в два раза меньшего диаметра:

D = √M, м,

где D – диаметр трубопровода.

Но трубы меньшего диаметра, во-первых, дешевле, следовательно, дешевле и арматура, и фильтры, и теплосчетчики (см. табл.1), во-вторых, меньшие диаметры труб позволяют уменьшить потери тепловой энергии также примерно вдвое:

q = S×K×∆t, кВт×ч,

где q – потери тепловой энергии; S – площадь внешней поверхности трубопровода, прямо пропорциональная его диаметру; K – коэффициент теплопередачи (теплоноситель–воздух); ∆t – разность температур (теплоноситель–воздух).

При ЦТ показателями эффективности, не зависящими от назначаемой цены (натуральными), могут быть: МДж/кг – количество энергии, перенесенное одним килограммом  теплоносителя (транспортировка энергии); м/с – скорость движения теплоносителя в трубопроводе (загрузка трубопровода) и Вт/м2 ×ºС – приведенные потери ТЭ при транспортировании (теплоизоляция трубопроводов).

Для того чтобы сравнивать системы теплоснабжения и на основании этого делать вывод о направлении вектора изменений системы с точки зрения  энергоэффективности, достаточно знать их значения. Причем для получения первого показателя нужны лишь данные от теплосчетчика, установленного на выходе источника энергии. Методика получения остальных показателей подробно рассматривается в книге «Централизованное теплоснабжение. Проектируем эффективность».

Законы энергоэффективности

При увеличении разности температур на входе/выходе  (∆t, °C ) теплоносителя уменьшаются требуемый его объем и, соответственно, расход электроэнергии на транспортировку. Поэтому первый закон энергоэффективности ЦТ: чем больше разность температур теплоносителя в подающим и обратном трубопроводах, тем выше энергоэффективность централизованной системы теплоснабжения.

Причина неиспользования ∆t для  повышения эффективности  в том, что сильнее охладить теплоноситель должен потребитель, а экономический эффект получает поставщик ТЭ (табл. 2).

Таблица 2. Зависимость энергоэффективности от ∆t, °C (tвн. – 20 °С)

*– гидравлическое сопротивление;

** – уменьшение ∆Р.

 Таким образом, потребитель может снизить температуру в обратном трубопроводе до 50 °С, увеличив поверхность отопительных приборов, но возникший эффект – снижение тепловых потерь (10 %) и экономия электроэнергии  (до 87,5 %) полностью достанется поставщику.

Кроме натуральных показателей энергоэффективности систем теплоснабжения, для анализа обоснованности затрат при формировании/утверждении цены на ТЭ потребуются следующие экономические показатели поставщика ТЭ: цена Гкал/цена Гкал средневзвешенная по стране; средняя зарплата/средняя зарплата в регионе, а также отношение стоимости первичного источника энергии (газ/уголь), фонда оплаты труда, ремонтов, инвестиций, прибыли и налогов к валовой выручке.

Ступени тарифа

Существует эффективный механизм, стимулирующий потребителя к максимальному охлаждению температуры теплоносителя в обратном трубопроводе – используемый за рубежом в виде четырехступенчатых тарифов и позволяющий сформировать консенсус интересов: 1 ступень – 30 % бюджета поставщика формируется  за счет фиксированной оплаты (плата абонентская или за мощность), руб./м2 площади отапливаемого помещения. Эта часть оплаты позволяет учесть интересы поставщиков ТЭ и снизить их сопротивляемость желаниям потребителя экономить ресурс; 2 ступень – 40 % бюджета поставщика формируется  за счет переменной оплаты, руб./Гкал на основе показаний теплосчетчиков (рис. 3). Эта часть оплаты позволяет учесть интересы потребителей, желающих экономить ТЭ; 3 ступень – 30 % бюджета поставщика формируется  за счет переменной оплаты, руб./м3 расхода теплоносителя.

Рис. 3. Приборы в ЦТП

Эта ступень стимулирует потребителей модернизировать инженерное оборудование, снизив расход теплоносителя за счет увеличения ∆t при учете интересов поставщиков – соответственное снижение транспортных потерь ТЭ и потребления электроэнергии сетевыми насосами. Снижение расходов теплоносителя позволяет также снизить ∆Р в сетях, и как следствие – приводит к увеличению срока эксплуатации трубопроводов при улучшении теплоснабжения оконечных потребителей.

Важно, что эта ступень тарифа позволяет экономически обосновать модернизацию системы теплопотребления у потребителя – установку ИТП, систем поквартирного регулирования и т.д. В настоящее же время реализуется бизнес-план, в котором источником возврата инвестиций является неначисление штрафов за нарушение режимов теплопотребления. Системой штрафов пытаются заставить потребителя поддерживать определенную температуру в обратном трубопроводе.

Другое дело, когда в результате технологического перевооружения здание станет отапливаться по температурному графику 90/50 °C (см. табл. 2). Расходуя теплоноситель в два раза меньше при том же потреблении ТЭ, потребитель получит экономический эффект с учетом предлагаемой системы тарифов в размере 15 % (30/2). А со стороны поставщика такая экономия потребителем будет приветствоваться, так как она приведет к соответствующей экономии у поставщика.

Наконец, четвертая, дополнительно мотивирующая ступень:

 ± К×Q (∆Tср – ∆Tп),

где К – коэффициент (тариф), руб.; Q – количество ТЭ, потребленной за рассматриваемый период, кВт×ч (Гкал); ∆Tср , ∆Tп – среднее значение разности температур в рассматриваемый период, соответственно,  у потребителя и по всем потребителям данной сети, °С.

Это ступень, которая уменьшает/увеличивает величину платы потребителей за эффективное/неэффективное охлаждение теплоносителя. Она позволяет стимулировать потребителей, модернизирующих инженерное оборудование, и  штрафовать потребителей, не осуществляющих таких действий.

Эта ступень не влияет на объемы финансовых поступлений поставщику ТЭ, в среднем его выручка не меняется, и часть потребителей получает положительный экономический эффект за счет других. Размер оплаты по этой ступени составляет  2–3 % величины тарифа за ТЭ, что, например, при разности ∆Tср – ∆Tп = 10 °C составит 8–12 % «поощрения» в денежном эквиваленте.

Государство и монополист

К методам государственного управления эффективностью централизованного теплоснабжения следует отнести: систему показателей энергоэффективности; стимулирующие тарифы; стимулирующую систему ценообразования – обоснованную стоимость энергоресурсов; нормы, стимулирующие энергоэффективность; стимулирующее налогообложение – налог на «неверные» технологии и налог на неэффективное потребление энергии; системы учета потребления энергоресурсов. Фонды энергосбережения: финансирование от стимулирующего налогообложения; инвестирование в энергоэффективность; контроль соблюдения показателей энергоэффективности.

Общепризнано, что наибольшая экономическая эффективность достигается в условиях действия конкурентного рыночного механизма. Государство должно создавать условия для свободного функционирования рынка, обеспечивая конкуренцию везде, где возможно, а регулирующее воздействие – везде, где необходимо. При этом, создавая механизмы воздействия, государство должно находить критерии, по которым следует объективно оценивать эффективность работы «регулируемого» предприятия (монополиста).

Одна из функций, выполняемых рынком, заключается в объективном сравнении товаров разных производителей (через здоровые интересы покупателей) и покупке товара у того, кто предлагает более низкую цену (при сопоставимом качестве). Как правило, такой производитель и является наиболее эффективным. Рынок сравнивает эффективность разных производителей, а при равных количественных и качественных показателях товара отдает предпочтение товару, более доступному по цене. Задача государства в таком случае – контролировать достаточность конкуренции на рынке, разработать стройные правила по объективному количественному учету/измерению товара и правила (требования) по качественным характеристикам товара. При выполнении государством этих функций появляется цивилизованный рынок, на котором выигрывает оптимальный и эффективный производитель.

На монополистическом рынке (производство ТЭ) покупатель не может выбирать поставщика товара, а в существующей ситуации конечный потребитель (владелец квартиры) зачастую не может прямо влиять и на количество потребленного товара. И государство должно создать условия для  возможности приобретать именно столько товара, сколько нужно потребителю, для появления инструмента, позволяющего устанавливать справедливую цену на товар монополиста.

Такой инструмент может стать объективным, только если созданы условия, при которых монополист будет заинтересован снижать свои затраты (стоимость топлива, фонд оплаты труда, накладные расходы и пр.). Мотив снижать издержки/затраты появится у монополиста только при условии сохранения у него дополнительной прибыли, получаемой в результате оптимизации своих затрат.

Государственный контроль цен, их регулирование выполняются для ограничения негативных последствий монополистической деятельности. И цель государства –  предоставление обществу товара или услуги по справедливой цене, а не сам  по себе контроль прибыли монополиста и/или себестоимости его работ. Причем, ограничивая монополисту прибыль, государство делает как минимум две ошибки: снижает инвестиционную привлекательность для него и редуцирует инновационную деятельность. Государство вообще-то совершает еще и третью ошибку – таким контролем оно стимулирует рост затрат монополиста.

Любой бизнес стремится к максимализации прибыли, и если нельзя этого добиться в компании монополиста, то можно создать с этой целью какую-то фирму.

Представим, что установлена определенная цена (Х1, руб.) на монопольный продукт – ТЭ (это происходит, например, в США и Японии). При этом для теплоснабжающих организаций, которые установят цену на ТЭ меньше на 5 %, не будет требоваться показывать прибыль и обосновывать затраты. При цене  до Х1 включительно уже потребуется продекларировать затраты и прибыль. Причем государство может проверить обоснованность затрат и скорректировать цену. Для тех кто установит цену выше Х1 (неэффективные монополисты), должна быть предусмотрена процедура, аналогичная действующей сегодня и обосновывающая затраты и норму прибыли.

Через год после введения подобного механизма на основании статистических данных и расчета средневзвешенной цены последнюю можно утверждать как рекомендованную на следующий год.

Причина того, что такие простые и эффективные механизмы до сих пор не действуют в РФ, в том, что при подготовке методик по определению цен на монополистические товары государство в качестве экспертов в основном привлекает самих монополистов и их сотрудников.

Любой менеджер, и государство в том числе, внедряя механизмы регулирования, заинтересован получить инструменты контроля, позволяющие ему держать «руку на пульсе». Таким инструментом должен стать набор экономических показателей конкретного монополиста.

Например, если монополист просит утвердить цену больше рекомендованной, а неэффективность определяется только повышенным показателем затрат на топливо, то проверке достаточно подвергнуть только затраты на топливо.

Правила и результаты

Представляется, что видимых результатов в вопросах повышения эффективности ЦТ нет из-за существующих правил. Цели повышения эффективности систем ЦТ – это получение справедливой цены на ТЭ; рациональное использование невозобновляемых природных ресурсов; снижение экологической нагрузки; достижение  мировых показателей использования ТЭ.

Принципы, следование которым обеспечивает достижение поставленных целей: баланс экономических интересов субъектов системы ЦТ; объективный (приборный) учет ТЭ от источника до потребителя; объективные статистические данные эффективности объектов, производящих, транспортирующих и потребляющих ТЭ. В число принципов входят также запретительные меры на использование неэффективных технологий и оборудования и стимулирование собственников объектов ЦТ к повышению энергоэффективности.

Возможны две принципиальные схемы управления: за счет административного ресурса (сверху) и организации экономических и правовых механизмов, создающих  соответствующие стимулы (снизу). Причем в энергосбережении вполне возможен и даже необходим симбиоз этих схем.

Эффективно применять административный принцип управления системами ЦТ сегодня мешает отсутствие простых и понятных управленцам критериев (показателей) эффективного производства, транспортирования и потребления ТЭ.

Препятствия для эффективного применения второго принципа управления – отсутствие у собственников элементов систем ЦТ мотивов к повышению их эффективности (понятие – эффективность системы ЦТ, четко не сформулировано); сложность и разбалансированность правил в отрасли; отсутствие системных образовательных программ по энергосбережению и эффективному управлению.

Управлять процессом можно и нужно путем применения запретительных норм, содержащихся в нормативных актах соответствующего уровня (технические регламенты и т.д.). Бытовое и промышленное оборудование для производства, транспортирования и потребления ТЭ должно быть стандартизировано и промаркировано при гармонизации с нормами ЕС;  установлены предельные значения нормативных показателей энергоэффективности производства, транспортирования и потребления ТЭ; создан механизм, стимулирующий собственника к модернизации оборудования. Также утверждены нормативные доли в цене ТЭ: топлива, электроэнергии, ФОТ, начисленных к уплате налогов,  прибыли. Важными показателями являются также количество ТЭ, выработанной (транспортированной) в год, отнесенная к количеству  сотрудников и их средняя зарплата.

К административным методам управления относится также прямое финансирование мероприятий за счет бюджетов. Для этого соответствующим законодательным органом должен быть утвержден «Перечень мероприятий и оборудования для софинансирования из бюджета».

Перечень должен представлять собой список мероприятий и/или оборудования, подлежащих софинансированию из бюджета (установка счетчиков тепла или замена старых окон, внедрение систем рекуперации воздуха и т.д.). А также список категорий лиц, имеющих право на частичную компенсацию затрат на повышение энергоэффективности, за счет бюджетных средств. В соответствующем бюджете предусматривается статья расходов на каждое мероприятие, выделяется столько средств, сколько возможно выделить на следующий бюджетный период. Законодательный орган определяет уровень участия бюджетными средствами для стимулирования по каждому мероприятию, но в любом случае уровень (доля) стимулирования не должен превышать 50 %.

Лицо, имеющее право на компенсацию, реализует мероприятие на собственные средства и предоставляет документы, подтверждающие затраты, для перечисления из бюджета средств. Необходимо также законодательно создать возможность гражданам и юридическим лицам, заинтересованным в проведении мероприятий по повышению энергоэффективности, оперативно «выигрывать» споры у лиц, не заинтересованных в проведении таких мероприятий.

Стимул налогообложения

Действенным инструментом управления отраслями экономики является налогообложение. В Финляндии, например, есть налог на производство ТЭ из ископаемых видов топлива. Этот налог снижается, если выработка ТЭ происходит на ТЭС, и от него полностью освобождаются котельные, использующие биотопливо.

В США пользователь энергоресурсами жестко стимулируется к энергоэффективности. Потребитель либо выполняет требования соответствия нормативным показателям, либо платит штрафы. И каждый потребитель обязан разработать и согласовать с административными органами план использования предоставляемых ему энергоресурсов.

Не менее жестко вопросы энергоэффективности регулируются и в ЕС. Энергосбережение вменяется в обязанности сетевым компаниям – поставщикам энергоресурсов. Каждый потребитель должен иметь план использования энергоресурсов, согласованный уполномоченным органом. А если план не будет принят, то потребитель платит налог  10 % стоимости энергоресурса. И этот налог будет ежегодно возрастать на 10 %, а через три года потребитель может быть  отключен от энергоснабжения. Этот налог формирует фонд, финансирующий мероприятия по повышению энергоэффективности.

А крупные строительные компании обязаны ежегодно спроектировать и построить в качестве пилотного образца хотя бы одно здание с повышенными показателями энергоэффективности. На основе законов выделяются средства для льготного кредитования и софинансирования малого и среднего бизнеса, производящего энергию на нетрадиционных видах топлива (ветер, солнце и др.).

Учет и его правила

Для энергоэффективности нужен объективный учет параметров потребления, транспортирования и производства ТЭ на основе показаний приборов. И требуется система правил по организации такого учета.

Во-первых, необходимо сформулировать цели учета. Это создание условий для выполнения требований российских законов к совершению товарно-денежных операций по продаже–покупке энергоресурсов, стимулирования рационального использования ТЭ, достижения социальной справедливости.

Главным в учете должна быть объективность. И необходимо разделять понятия «учет» и «измерение». Приборы (счетчики) лишь измеряют физические величины, а учет обеспечивает подготовку платежных требований  на основе измеренного количества и качества ТЭ (рис. 4).

Рис. 4. Теплосчетчики

Баланс – расчетная процедура, позволяющая уравнять количество ресурса, измеренного (учтенного) при производстве или на вводе куста, с суммой ресурсов, измеренных (учтенных) у потребителей на кусте за рассматриваемый период путем применения коэффициентов. Баланс желательно рассчитывать на основании методик, утвержденных Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии РФ.

В основе организации учета должны быть показания приборов (рис. 5), а всю полноту ответственности за его достоверность следует возложить на  производителей (конечно, при условии безусловного выполнения требований производителя к монтажу и эксплуатации).

Рис. 5. Коллекторные узлы

Кстати, существует ошибочное мнение, что прибор (средство измерения) показывает действительное (истинное) значение физического параметра измеряемой среды, будь то температура, давление или расход. В действительности, получая результат измерений, мы можем говорить только о пределах погрешности, с которой измерена физическая величина. Например, когда-то нас устраивали  счетчики электрической энергии с погрешностью 4 %, а сегодня требуется уже погрешность 2 %.

Когда появились «Правила учета тепловой энергии и теплоносителя» (приказ Минтопэнерго РФ от 12.09.1995 г.), в стране начался бум по установке счетчиков тепла. Но бизнесмены, которые производили и устанавливали счетчики, стали злоупотреблять теми возможностями, которые предоставили им правила.

В массы был вброшен слоган: установите счетчик – и будете платить на… 40 % меньше. Но счетчик сам по себе ничего не экономит. Многие бизнесмены  устанавливали приборы без предоплаты, оплата по договору производилась за счет прибыли, которую должен получить потребитель в результате декларированной экономии. Бизнес стал заложником своей политики, и, когда счетчики начинали показывать большие значения, чем хотелось, их стали «корректировать». Затем был освоен выпуск счетчиков, «обученных» в автоматическом режиме показывать не столько, «сколько надо».

Со временем теплоснабжающие предприятия стали понимать, что их обкрадывают и в свою очередь стали придумывать различные способы, как этому  помешать.

Главная ошибка заключалась в неправильном понимании того, зачем вообще нужны правила. Правила нужны не для того, чтобы указывать каждой из сторон, что надо делать. В них должно быть определено, какую ответственность несут стороны за невыполнение требований и кто и как наказывает за их нарушения. Нужны такие правила учета ТЭ, по которым можно будет договориться заинтересованным сторонам по возникающим вопросам.

Статья подготовлена по материалам доклада И. Кузника, генерального директора ГК SAYANY

вернуться назад

Читайте также:

Navien об итогах выставки Aqua-Therm Moscow 2016

Подводные камни точного учета/В. Сасин

Официальный пост-релиз выставки Aqua-Therm Moscow 2016

Реверсивные кондиционеры