к.т.н. Мракин А.Н., к.т.н. Вдовенко И.А., к.т.н. Дубинин А.Б.,

д.т.н. Николаев Ю.Е.

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., г. Саратов, Российская Федерация

 

Определение оптимального радиуса

 теплоснабжения при разработке схем теплоснабжения

 

Действующие во многих городах РФ системы теплоснабжения характеризуются низкими показателями энергоэффективности и имеют значительный потенциал энергосбережения. В соответствие с Федеральным законом №190 «О теплоснабжении» предусматривается разработка перспективных схем теплоснабжения муниципальных образований с целью планомерного внедрения передовых технологий во все звенья теплового хозяйства для повышения эффективности, надежности и качества теплоснабжения потребителей [1].

Разработка перспективных схем теплоснабжения предусматривает техническое перевооружение действующих источников, переключение между ними тепловых нагрузок потребителей, вывод из эксплуатации физически изношенного оборудования, замену и строительство новых источников, сетей, тепловых пунктов. Величина подключаемой тепловой нагрузки потребителей к источнику теплоты должна быть экономически обоснованной, определяющей эффективный радиус теплоснабжения [2, 3]. Под эффективным радиусом теплоснабжения понимается расстояние от теплопотребляющей установки потребителя до ближайшего источника тепловой энергии (по радиусу) при котором достигается положительная величина проста экономического эффекта. Наряду с эффективным радиусом важным показателем системы теплоснабжения является величина предельного радиуса, при котором экономический эффект от присоединения потребителей оказывается равным нулю. Превышение предельного радиуса приводит к экономической нецелесообразности подключения теплопотребляющей установки к данной системе теплоснабжения по причине увеличения совокупных затрат. Этот показатель формирует решения по определению зон действия централизованных источников теплоснабжения, а также обосновывает применение локального и индивидуального теплоснабжения.

При определении предельного радиуса теплоснабжения необходимо учитывать фактическую длину теплотрассы от источника до потребителя, которая всегда больше радиуса из-за возможных ограничений по геологическим и урбанистическим требованиям. Реальная длина и конфигурация тепловой сети отражает степень транзита теплоты и всегда больше радиуса теплоснабжения и  определяется по формуле, км:

,

(3)

где  – радиус теплоснабжения, км;  – коэффициент конфигурации тепловых сетей.

         Значение  в реальных проектах небольших систем теплоснабжения без резервирования сетей изменяется в пределах 1,25-2,30, что свидетельствуют об излишнем транзите теплоты в сетях. Средняя протяженность различных тепловых сетей составляет:  поселковых и внутриквартальных – 250 м;  распределительных межквартальных – 250-1000 м [2]. Однако в реальных условиях систем теплоснабжения присоединение дополнительных потребителей требует обязательной экономической оценки [4].

В качестве критерия для определения предельного радиуса теплоснабжения используем прост среднегодового чистого дисконтированного дохода от присоединения дополнительных потребителей к действующей (перспективной) системе теплоснабжения [5]. В общем виде годовой эффект представлен в виде, руб./год:

,

(1)

 

(2)

где  – изменение экономического результата от увеличения (сокращения) реализации тепловой энергии, руб./год;  – стоимость (тариф) на тепловую энергию на границе балансовой ответственности теплосетевой компании и потребителя, руб./Гкал;  – изменение количества потребляемой тепловой энергии, Гкал/год;  – годовой прирост эксплуатационных затрат, связанный с изменением тепловой нагрузки системы теплоснабжения, руб./год;  – изменение капиталовложений при модернизации и реконструкции источника теплоты, тепловых сетей, центральных тепловых пунктов и насосных станций, руб./год;  – сумма коэффициентов дисконтирования;  – ставка дисконтирования, 1/год;  – срок жизни инвестиционного проекта, лет; ,  – стоимость топлива и электроэнергии, руб./кг у. т., руб./кВт∙ч;  – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг у. т.; ,  – КПД котельной и тепловой сети;  – коэффициент отчислений на амортизацию, ремонт и обслуживание дополнительного оборудования, 1/год;  – удельный расход электроэнергии на производство и транспорт тепловой энергии, кВт∙ч/Гкал;  – изменение численности обслуживающего персонала, чел.;  – коэффициент, учитывающий отчисления на социальное страхование;  – фонд заработной платы, руб./чел.∙год.

Расчетная схема подключения дополнительной тепловой нагрузки потребителей представлена на рис. 1.

Рис. 1. Расчетная схема к определению предельного радиуса теплоснабжения

С использованием выражения (1), (2) и [6] выполнены расчеты изменения годового эффекта в зависимости от радиуса теплоснабжения и величины подключенной нагрузки. Расчеты проводились для климатических условий Среднего Поволжья, стоимостные показатели энергоносителей и оборудования приняты на уровне 2012 г.:  руб./Гкал;  руб./кг у. т.;  руб./кВт∙ч;  кДж/кг у. т.; ; ;  1/год;  млн. руб./(Гкал/ч);  кВт∙ч/Гкал; ;  1/год;  лет;  ч/год; tпс/tос=95/70 оС. Стоимость сетей определялась с учетом коэффициента конфигурации, удельная стоимость теплопроводов в зависимости от диаметров (89-159 мм) изменялась в пределах 10,5-19 тыс. руб./м. Результаты расчетов представлены на рис. 2.

Рис. 2. Изменение годового эффекта в зависимости от радиуса теплоснабжения и присоединяемой тепловой нагрузки: ─── – при ∆Q=1,0 Гкал/ч; ── ── ── – при ∆Q =2,0 Гкал/ч;

 ─   ─   ─ – при ∆Q =3,0 Гкал/ч

 

Как следует из рис. 2, с увеличением радиуса теплоснабжения в диапазоне от 310 до 1400 м экономический эффект снижается, достигая нулевых значений. При этом с увеличением нагрузки предельный радиус растет. Графическая зависимость предельного радиуса теплоснабжения представлена на рис. 3.

Рис. 3. Влияние величины присоединяемой тепловой нагрузки на предельный радиус теплоснабжения: 1 – в условиях догрузки имеющихся мощностей источника теплоснабжения; 2 – с учетом затрат на увеличение тепловой мощности источника теплоснабжения

 

Из рис. 3 видно, что предельный радиус теплоснабжения при увеличении тепловой мощности  источника в пределах 1-3 Гкал/ч и осуществления дополнительных капитальных вложений в котельное оборудование не превышает 300 м. В случае имеющегося резерва тепловой мощности на источнике теплоты предельный радиус увеличивается до 860 м. Следовательно, при определении  предельного радиуса теплоснабжения важным является оценка существующего состояния источника, возможности увеличения его тепловой мощности или  модернизации, реальной трассировки сетей [7].

Эффективный радиус теплоснабжения, в соответствии с приведенным выше определением, будет  меньше предельного и присоединение дополнительной тепловой нагрузки к источнику экономически целесообразно.

 

 

 

Выводы

1. Предложена  методика определения предельного радиуса теплоснабжения в существующих системах теплоснабжения, основанная на использовании  критерия среднегодового прироста чистого дисконтированного дохода.

2. Показано влияние на предельный радиус теплоснабжения величины тепловой нагрузки, возможности ее обеспечения от существующих источников.

 

Список литературы

1.     РД-10-ВЭП. Методические основы разработки схем теплоснабжения поселений и промышленных узлов Российской Федерации. – М.: ОАО «Объединение ВНИПИЭнергопром», 2006. – 61 с.

2.     Папушкин В.Н. Радиус теплоснабжения. Хорошо забытое старое // Новости теплоснабжения. 2010. №9. С. 44-49.

3.     Кожарин Ю.В., Волков Д.А. К вопросу определения эффективного радиуса теплоснабжения // Новости теплоснабжения. 2012. №8. С. 30-34.

4.     Николаев Ю.Е., Дубинин А.Б., Вдовенко И.А., Мракин А.Н. Обоснование эффективного радиуса теплоснабжения от ГТ-ТЭЦ // Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2012. С. 131-135.

5.     Теплоэнергетика и теплотехника. Общие вопросы. – М: Издательский дом МЭИ, 2007. – 528 с.

6.     Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: учебник для вузов. – М.: Издательский дом МЭИ, 2006. – 472 с.

7.     Николаев Ю.Е. Научно-технические проблемы совершенствования теплоснабжающих комплексов городов. – Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2002. – 88 с.