ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Известно, что в связи с экономическим развитием и ростом населения нашей страны, вырастут показатели энергопотребления. Рост давления на систему энергопотребления повышает актуальность внедрения энергосберегающих мероприятий. Экономичное использование энергоресурсов дает положительную динамику экономического развития страны.

Исследования в области энергоэффективности важны в современном мире. Люди стремятся сохранять энергию в различных областях ее потребления: в транспортном секторе, индустриальном и, конечно же, в строительстве.

Европейские страны столкнулись с проблемой нехватки энергии значительно раньше, чем Россия. Согласно европейской директиве EU Directive 2006/32/ЕС каждая страна – член Евросоюза должна разработать план мероприятий по снижению энергопотребления и представить его Евросоюзу в период с 2008 по 2016 гг. Концепция экологически безопасного, надежного и доступного энергоснабжения Германии главной целью ставит снижение потребления первичной энергии на 20 % к 2020 году, и на 50 % к 2050. Согласно второму национальному плану мероприятий по повышению энергоэффективности Германии требования к отоплению жилищного фонда должны быть снижены на 20% к 2020 году . Долгосрочная климатическая и энергетическая стратегия Финляндии ставит цель по увеличению использования возобновляемых источников до 38% . Согласно второму национальному плану мероприятий по повышению энергоэффективности Финляндии потребления первичной энергии должно уменьшиться на 10 % к 2020 году и на 15 % к 2050 [1, с. 4].

Одним из главных стратегических направлений приоритетного развития экономики России является повешение энергоэффективности и энергосбережение. Согласно «Энергетической стратегии России на период до 2030 года» удельная энергоемкость валового внутреннего продукта должна снизиться не менее чем в 2,3 раза к 2030 году. При этом снижение удельных расходов топлива на производство тепла котельными (в процентах к 2025 году) должно составить не менее 10 процентов.

Поэтому решение проблемы энергосбережения и снижения расходов на энергоресурсы при производстве тепла является актуальным. Решение данной проблемы невозможно без использования четко обоснованных показателей эффективности функционирования систем теплоснабжения (СТС) и выделения основных методов и путей повышения эффективности функционирования СТС.

Однако в современной научно-технической литературе существует довольно большое количество таких показателей и путей повышения энергоэффективности и энергосбережения, что затрудняет их применение на практике.

В рамках технологического процесса работы систем теплоснабжения осуществляется получение тепловой энергии, в виде горячей воды или пара, за счет энергии, выделяемой при сжигании органического топлива. Показателями эффективности служат тепловые и стоимостные показатели, которые зависят от затрат на производство и транспортирование теплоты [2, с. 26].

Под показателем эффективности функционирования СТС понимается характеристика, которая количественно выражает степень выполнения СТС главной цели ее функционирования в заданных условиях. Критерий эффективности – это правило, по которому осуществляется сравнение (выбор) показателей эффективности. Каждый из критериев в общем случае может принадлежать одному из классов: классу критериев пригодности {G}; классу критериев оптимальности {О}; классу критериев превосходства {S}.

В качестве критерия выбора обычно используются условия принадлежности альтернативы к множеству, обладающему определенными свойствами, или достижения при этой альтернативе экстремума по некоторому показателю эффективности системы.

Эффективность характеризуется векторным показателем типа «готовность – техническая эффективность – стоимость и ресурсосберегаемость»:

                                         (1)

Первая составляющая представляет собой коэффициент готовности K(t), который характеризует надежность СТС в процессе эксплуатации с учетом её восстановления. Вторая составляющая общего показателя W(t) отражает техническую эффективность эксплуатации СТС. Третья составляющая представляет собой суммарные материальные, финансовые, людские затраты C(t) в ходе эксплуатации СТС.

В штатных ситуациях суммарные затраты на проведение мероприятий по эксплуатации СТС или их составляющие могут выступать в качестве целевой функции, удовлетворяющей требованию: - min. В этом случае первая и вторая составляющие комплексного показателя эффективности заданы и используются в качестве ограничений.

В нештатных ситуациях, когда главной целью эксплуатации является обеспечение заданного уровня надежности и технической эффективности эксплуатации СТС, суммарные затраты выполняют роль ограничений:

                                           (2)

Под показателем энергосбережения понимается качественная и/или количественная характеристика проектируемых или реализуемых мер по энергосбережению. Деятельность в области энергосбережения характеризуют следующими показателями [3, с. 14]:

• фактической экономии топливно-энергетических ресурсов;
• снижения потерь топливно-энергетических ресурсов, в том числе за счет оптимизации режимных параметров энергопотребления;
• проведения не требующих значительных инвестиций энергосберегающих мероприятий и т.п.;
• снижения энергоемкости производства продукции.

Выбор энергетических затрат в качестве целевой функции при оптимизации параметров СТС обусловлен определяющей долей этих затрат в эксплуатационных расходах. Анализ годовых эксплуатационных расходов показывает, что доля расходов на топливо достигает в крупных по мощности котельных 70-80%, а в менее мощных - 50-60% (рисунок 1). На соотношение эксплуатационных расходов котельными станциями теплоснабжения существенное значение оказывают установленные цены на топливо. По сравнению с мазутом цены на природный газ, как правило, более низкие. Расходы на электроэнергию, воду лежат в пределах 15-20%, причем большие значения относятся к небольшим котельным. Затраты на заработную плату обслуживающего персонала на крупных котельных составляют 5-8%, а в небольших котельных, особенно с паровыми котлами- 15-20%. Отчисления от первоначальных капитальных затрат на амортизацию и ремонт находятся в пределах 6- 12% [4, с. 240].

Рисунок 1. Структура эксплуатационных расходов на котельных станциях теплоснабжения

Оптимизации работы СТС за счет автоматизации происходящих процессов посвящены работы Ротач В. Я., Латышева Г. В., Чистович С. А., Быкова С. И. и Темпель Ю. А.

Пути снижения расходов энергии в СТС рассмотрены в работах Кокорина О. Я., Богуславского Л. Д., Круглова Г. А., Малой Э. М., Андрющенко А. И.  и других ученых.

Но оптимизация режима работы отдельных систем и элементов не может привести к определению оптимального режима работы СТС в целом, так как СТС представляют собой сложный энергетический комплекс, все элементы которого, как и параметры, определяющие режим их работы, взаимосвязаны, и необходимо учитывать эти связи.

В указанной выше литературе существуют отличия и в подходе к решению задач оптимизации. В некоторых работах исследования строятся на основе энергетического анализа систем, используя понятие энергия Однако в этом случае авторы не рассматривают экономические факторы. Основная масса исследований выполнена на основе технико-экономического анализа, предполагающего учет как термодинамических, так и экономических факторов. Здесь можно отметить два направления, отличающихся методом учета этих факторов .

Первое направление – метод последовательного учета термодинамических и экономических факторов, представляет традиционный общепринятый технико-экономический метод. Второе направление, именуемое методом термоэкономики, характеризуется одновременным учетом термодинамических и экономических факторов. Эти два направления содержат принципиальные отличия в подходе к решению оптимизационной задачи, поэтому их можно рассматривать как два самостоятельных метода технико-экономического анализа [5, с. 128].

Таким образом, обзор методов термодинамического анализа позволяет сделать вывод, что оптимизацию параметров функционирования СТС целесообразно проводить с использованием эксергетических методов.

Список литературы:                                                            

1. Грачев И.Д. Нормативно-правовое обеспечение государственной по­литики энергосбережения / И.Д. Грачев // Журнал «Энергосбережение». - 2013.-№ 2.-С. 4-10.
2. Гулабянц Л.А. Заинтересованность в энергосбережении у жильцов есть / Л.А. Гулабянц // Энергосбережение. - 2016. - № 1. - С. 26-30.
3. Закон об энергосбережении: комментарии специалистов / Редакция журнала «Энергосбережение» // Журнал «Энергосбережение». - 2010. - № 1.-С. 14.
4. Касьяненко Т.Г. Инвестиции: учеб, пособ. /Т.Г. Касьяненко, Г.А. Маховикова. - М: Эксмо, 2009. - 240 с.
5. Киреев В.В. О работе ОАО «Теплосеть» по повышению эффектив­ности системы централизованного теплоснабжения г. Ставрополя / В.В. Ки­реев, Е.Л. Багрий // Журнал «Новости теплоснабжения». - 2011. - № 04 – 128 с.