Ликбез №38: Лучше ТЭЦ, чем котельная

В России зафиксированы очередные рекорды энергоэффективности. Показатель удельного расхода условного топлива (УРУТ) в энергетике, достигнутый в 2017 году – 311,2 грамм на кВт*час, - оказался минимальным за последнее 15 лет. Снижение к предыдущему году составило 1,3%, а к 2010-му – целых 7,2%! Более того, впервые за последние двадцать лет фактический удельный расход топлива по итогам отдельно взятого месяца — декабря 2017-го — составил 299,2 грамм на кВт*час. Это уже тянет на выдающееся достижение. 

В физических величинах все выглядит не столь красиво – к уровню 2010 года удалось снизить расходы всего на 23,2 грамм на кВт*час; но даже это позволило уменьшить топливную составляющую в себестоимости электроэнергии более чем на 7%. А каждый грамм снижения УРУТ – это более 1,8 млрд рублей экономии по статье «расходы на топливо». Таким образом, за прошлый год в отрасли удалось сберечь более 7,5 млрд рублей (по отношению к году предыдущему). А по отношению к 2010-му – более 42 млрд рублей. 

Все эти цифры содержатся в Госдокладе о состоянии энергосбережения и повышении энергоэффективности в РФ в 2017 году (подготовлен Минэкономразвия РФ). В нем отмечено, что снижение удельных расходов топлива – одно из позитивных последствий масштабной программы модернизации энергетики России, реализованной в рамках «первого» ДМП. Однако все эти достижения – только в сегменте производства электричества. В сфере производства тепла «накопившиеся за последние 20 лет проблемы не позволяют заявить о существенном улучшении основных технико-экономических показателей». «Проводимый мониторинг свидетельствует о негативных тенденциях по прекращению развития централизованного теплоснабжения, снижению доли выработки тепловой энергии в режиме комбинированной выработки электрической и тепловой энергии, снижению эффективности используемого топлива для производства тепловой энергии, хроническому недофинансированию отрасли и старению основных фондов», - говорится в Госдокладе. 

И это несмотря на работу, проделанную с момента принятия ФЗ-190 от 27 июля 2010 года «О теплоснабжении», утверждение Схем теплоснабжения городов и поселений, а также тарифно-балансовое регулирование. Уровень обновления основных фондов в теплоснабжении должен быть не меньше 4% в год, но пока что — всего 2,7% в год. Ежегодные субсидии бюджетной системы в отрасль (без учета субсидий за ЖКУ) превышают 150 млрд рублей (или 10% необходимой валовой выручки), при потребности в 200 млрд рублей. В этой «консерватории» давно пора не только переставить стулья.

Котельных все больше

В России эксплуатируется более 1,6 тыс. ТЭС единичной мощностью 500 кВт и выше; из 169 ГВт их суммарной мощности 90 ГВт, или 53,3% приходится на ТЭЦ. Но при этом в режиме теплофикации в стране вырабатывается лишь более 200 млрд кВт*часов электроэнергии в год, или всего треть общей выработки тепловых станций. ТЭЦ работают с существенным избытком мощности, со средним КИУМ не более 30%. 

При этом в основе теплового обеспечения России – системы централизованного теплоснабжения (СЦТ), доля которых в суммарном производстве тепловой энергии превышает 80% (1300 млн Гкал в год). Эти системы строились во времена СССР, и их ключевыми звеньями были именно ТЭЦ. Но сейчас почти 50% в СЦТ приходится на долю котельных, которая растет с каждым годом – только за 2000-2013 годы общее число отопительных котельных в стране увеличилось с 68 до 74 тыс. Особенно заметно, с 47 тыс. до 57 тыс., выросло количество мелких котельных, установленной тепловой мощностью до 3 Гкал/час. Все это негативно отражается на финансово-экономических показателях ТЭЦ, «являющихся по своим термодинамическим характеристикам наиболее экономичным способом производства электрической и тепловой энергии». 

Конечно, в снижении экономической эффективности ТЭЦ виновата не только массовая «котельнизация». После краха СССР рухнул спрос на тепло, в особенности – круглогодичная промышленная нагрузка ТЭЦ (кроме тепла в виде горячей воды, теплофикационные станции могут отпускать технологический пар для нужд индустрии). Сейчас лишь небольшое число ТЭЦ работают в связке с крупными заводами; остальные же вынуждены подстраиваться под изменчивую в течение года отопительную нагрузку и работать по электрическому графику в неоптимальном для себя конденсационном режиме. Причем промышленный рост начала XXI века не вернул ТЭЦ часть рынка, занятую автономными котельными и индивидуальными котлоагрегатами. 

Но и в этом сегменте ситуация тоже не отдает позитивом. Для котельных характерен высокий износ оборудования и еще более низкая средняя загрузка – не более 15% от установленной мощности. Хуже всего используются мощности как раз мелких котельных – их КИУМ не превышает 13%. Более 60% эксплуатируемых в стране котельных работает на природном газе, а это дорогое топливо; неудивительно, что в среднем по России цена тепловой энергии от котельных на 80% выше цены тепловой энергии от электростанций. Разброс большой, и, как рассказали в «Кислород.ЛАЙФ» в ряде энергокомпаний, если стоимость на отпущенное с ТЭЦ тепло редко превышает 1500 рублей за Гкал (а обычно даже не выходит за тысячу), то цена на котельных может достигать 6-8 тыс. рублей за Гкал. По данным Росстата, средняя цена у производителей тепловой энергии в России в 2016 году составляла 1136,91 рублей за Гкал, при этом у ТЭЦ стоимость в среднем была 904,6 рублей за Гкал, а у котельных — до 1628,8 рублей за Гкал.

Меньше котельных – больше пользы

Один из путей решения проблемы был прописан в Прогнозе НТР отраслей ТЭК до 2035 года, выпущенном Минэнерго РФ в 2016 году. Но он выглядит, мягко говоря, странным. Теплоснабжение предлагается и дальше децентрализировать, переоборудуя котельные в мини-ТЭЦ. За счет этого сложившийся в теплоснабжении минус – наличие большого количество тепловых источников – можно якобы превратить в плюс, сделав его базой не только для крупномасштабного развития когенерации, но и технологий распределенной энергетики на органическом топливе. Таким образом дополнительно можно будет получить около 40-50 ГВт электрической мощности с выработкой на тепловом потреблении, то есть самым эффективным способом, около 160-180 млрд кВт*часов ежегодно. А также сформировать рынок для большого количества когенерационных установок малой и средней мощности. 

Но такая перспектива возможна только в тех местах, где не сложилось СЦТ. Либо там, где «старые» ТЭЦ оказались полностью не эффективны. Яркий пример – в Рубцовске, городе в Алтайском крае, где первым в стране ввели модель «альтернативной котельной». Взявшись за кардинальную перестройку системы теплоснабжения в этом моногороде, Сибирская генерирующая компания (СГК, принадлежит СУЭК) перевела всю тепловую нагрузку на Южную тепловую станцию, заместив мощности других источников, в том числе Рубцовской ТЭЦ. До конца этого года, в завершении программы модернизации городской СЦТ, на ЮТС установят паровую турбину на 6 МВт, которая обеспечит выработку электроэнергии для собственных нужд, что позволит сократить постоянные расходы теплоисточника. И котельная станет мини-ТЭЦ, 

Но вот там, где СЦТ с узловыми ТЭЦ уже сформировались, особенно в крупных городах, заниматься переоборудованием многочисленных котельных в мини-ТЭЦ – явно деструктивное направление. Для специалистов это очевидно. «Двигаясь с юга на север, где-то до Белгорода можно еще играть с децентрализованными системами теплофикации, севернее Воронежа уже выгоднее иметь централизованное отопление. В Сибири это жизненно необходимо — там должно быть все централизовано. В городах, где весь теплоснабжающий комплекс находится в одних руках, эффективность теплоэнергетики выше, а тарифы — ниже», - говорил в интервью изданию «Стимул» эксперт НП «Российское теплоснабжение», завлаб энергосбережения МЭИ Евгений Гашо. 

Поэтому на практике в городах в последние годы набирает силу противоположный тренд – закрытия локальных котельных, с переводом их потребителей на снабжение от крупных ТЭЦ. Схемы теплоснабжения в различных городах предлагают либо закрывать их полностью, с очисткой площадок и передачей дефицитных земель муниципалитетам. Либо выводить в резерв и использовать в качестве пиковых – тем более что многие котельные именно для такого использования и создавались. В ФЗ-190 «О теплоснабжении» заявлен приоритет источников, способных вырабатывать одновременно и тепло, и электричество. Таким образом, замещение малых котельных помогает и росту доли когенерации. Плюсов от такой «расчистки» отрасли предостаточно. Кроме повышения тепловой нагрузки ТЭЦ и, как следствие, роста объемов теплофикации, есть и другие, немаловажные преимущества. Перечислим главные.

Вклад в экологию

За редким исключением котельные, особенно мелкие, можно отнести к низким источникам выбросов. Дымовые трубы на таких объектах не доходят и до 80 метров, а обычно вообще коптят в приземном слое. Тогда как на крупных ТЭЦ трубы в среднем – выше 100-150 метров; а могут доходить и до 300 метров. За счет такого «высотного» преимущества тепловые станции добиваются очень большого радиуса рассеивания вредных примесей в выбросах. А чем больше этот радиус – тем меньше концентрация примесей и воздействие на окружающую среду. Немаловажно и то, что «большая энергетика» в России находится под колпаком у надзорных органов федерального уровня; многие ТЭЦ работают по нормативам ПДВ, которые жестко контролируются. В отличие от множества мелких объектов, надзор за которыми обычно отдан на откуп регионов или муниципалитетов. И, мягко говоря, ослаблен.

Во многих городах, особенно тех, где преобладает угольная энергетика, программы ликвидации котельных преследуют в большей степени именно экологические цели. Например, в Красноярске, где СГК только до конца текущего года собирается переключить на свои ТЭЦ потребителей восьми действующих малых котельных. «Замещение малых теплоисточников, на которых установлено низкоэффективное природоохранное оборудование, либо которое отсутствует вообще, благоприятно скажется на экологической обстановке», - говорит директор Красноярской теплотранспортной компании СГК Сергей Иванов. К 2024 году, когда компания рассчитывает заместить порядка 40 мелких котельных, выбросы в тепловой энергетике города могут сократиться на 10,8 тыс. тонн в год – это примерно пятая часть нынешних объемов.

Еще более масштабные планы у СГК в новом для нее городе – Новосибирске. Здесь предложено в ближайшие три-четыре года перевести на ТЭЦ нагрузку 59 котельных суммарной тепловой мощностью 785,83 Гкал/час. Всего в столице Сибири – порядка 260 котельных, в основном – мелких и производственных; такого хаоса не встретить в других крупных муниципалитетах. За этот год СГК переключила на свои ТЭЦ нагрузку девяти котельных, в том числе двух – МУП «Энергия»; общей нагрузкой 205 Гкал/час. «Вывод котельных из эксплуатации, предусмотренный Схемой теплоснабжения Новосибирска, позволит, в первую очередь, улучшить экологическую обстановку внутри микрорайонов, вблизи которых располагаются котельные — источники вредных выбросов. Жилые дома, общественные и производственные здания будут получать тепло от ТЭЦ, оснащенных современным природоохранным оборудованием», - объясняет преимущества замдиректора Новосибирской теплосетевой компании СГК Николай Шарапов.

Экономия топлива

Очевидное следствие сокращения источников тепловой генерации. По данным ПАО «МОЭК», эксплуатирующей крупнейшую в России централизованную систему теплоснабжения – в Москве, «всего от переключений тепловых нагрузок, с учетом ежегодных переключений в межотопительный период, достигнута экономия газа в системе «ТЭЦ – котельная» порядка 297 млн кубометров в год и соответственно существенно улучшена экологическая ситуация».

Как говорится в презентации МОЭК, подготовленной для РЭН-2018, с 2013 по 2017 годы на ТЭЦ «Мосэнерго» были переключены зоны теплоснабжения 10 крупных тепловых станций в районах столицы, а также более 30 муниципальных котельных с суммарной расчетной тепловой нагрузкой 1228,5 Гкал/час. До 2023 года, по данным компании, запланировано закрытие двух крупных и семи малых котельных суммарной расчетной тепловой нагрузкой около 53 Гкал/час. Кроме того, ежегодно, в межотопительный период, для повышения эффективности работы ТЭЦ, на них переключают зоны теплоснабжения порядка 26 котельных, с суммарной расчетной нагрузкой ГВС около 340 Гкал/час. Учитывая стоимость природного газа, для городов, где энергетика полностью основана на сжигании этого виде топлива, экономия ресурсов – ключевой вопрос экономической эффективности СЦТ.

Повышение надежности и качества теплоснабжения

Крупные ТЭЦ были построены «с запасом»: они устойчивы к переменным нагрузкам и обладают резервными схемами теплоснабжения (например, водогрейными котлами). «Генерация тепла на ТЭЦ, подключенных к централизованной системе теплоснабжения, гораздо надежнее теплоснабжения от единственной котельной в своей выделенной зоне теплоснабжения», - говорит Николай Шарапов.

Это преимущество «большой энергетики» подчеркивают все генераторы. Так, с осени этого года теплоснабжение района Затон в Уфе, а это более 200 зданий, было переведено на новую парогазовую Затонскую ТЭЦ, запущенную в марте (ее тепловая мощность – 290 Гкал в час). По данным Башкирской генерирующей компании («дочка» госхолдинга «Интер РАО»), из трех малых муниципальных котельных, до этого работавших в этом микрорайоне, одна выведена в резерв, а две другие теперь будут эксплуатироваться в режиме центрального теплового пункта. «Теплоснабжение микрорайона от крупной ТЭЦ по сравнению с малыми котельными имеет ряд преимуществ. Главное – это надежность и качество. На ТЭЦ всегда находится в полной готовности к эксплуатации резервное оборудования – водогрейные котлы. Также имеется запас аварийного топлива, на случай перебоев в газоснабжении», - рассказали «Кислород.ЛАЙФ» в БГК.

Кроме того, тепловые сети от крупных ТЭЦ, как правило, имеют большое количество трубопроводов-перемычек. В случае аварийной ситуации на теплосетях это техническое решение позволяет обеспечивать теплоснабжение потребителей по резервной схеме, организовав передачу тепла от другой тепломагистрали или даже от другой ТЭЦ. В случае с котельной о подобной безопасности не стоит и мечтать.

Эффективная когенерация

ТЭЦ технологически были созданы для производства и тепла, и электроэнергии. Нагрузка в энергоузлах комплексная, причем по теплу обычно в два-три раза выше, чем по электричеству – таковы климатическое особенности нашей страны. Для удовлетворения этих нагрузок на ТЭЦ отлажены все необходимые технологические процессы, а установленное сложное оборудование способно работать с высоким КПД (у паросиловых турбин, например, от 80% и выше).

К примеру, на угольной Ново-Иркутской ТЭЦ «Иркутскэнерго» каждую зиму растапливают уникальный котел с кольцевой топкой, КПД которого превышает расчетный показатель и составляет около 93%. С точки зрения экологической эффективности агрегат с кольцевой топкой значительно превосходит обычные котлы: пониженная температура факела позволяет в полтора-два раза сократить выбросы оксидов азота.

Никакая котельная и даже мини-ТЭЦ не способна работать с такой же эффективностью. Так, в Новосибирске, средний КИУМ малых котельных не превышает 20%. В режиме когенерации в столице Сибири может работать только энергоблок ООО «Генерация Сибири» (принадлежит ПСК «Сибирь»). Мощности пяти ГПУ фирмы Caterpillar составляет 10,1 МВт, по теплу котлы способны выдавать более 54 Гкал/час. При этом энергоблок, сжигая в год более 20 млн кубометров газа, работает с КИУМ в 27%, с удельными расходами на отпуск тепла – 179,9 кг у.т. на Гкал, Для сравнения – у угольных ТЭЦ СГК этот же показатель колеблется в пределах 140-150 кг у.т. на Гкал, а коэффициенты использования установленной мощности доходят до 60% (по крайней мере, у ТЭЦ-3 и ТЭЦ-5, но именно они и обеспечивают более 2/3 теплоснабжения всего города).