Вы здесь

Градостроительный взгляд на энергетическую безопасность городов и территорий

Версия для печати

В последние годы при анализе положения нашей страны на макроэкономическом уровне все шире применяется специфический термин “энергетическая безопасность”, охватывающий весь комплекс вопросов, связанных с надежностью энергообеспечения социально-экономического развития государства на данный момент и перспективу.
С градостроительных позиций есть практический смысл использовать это емкое и содержательное понятие для оценки способности региональных и местных систем энергоснабжения обеспечивать развитие социальной, экономической и экологической сфер городов и территорий при воздействии внешних факторов, т.е. устойчивости функционирования и развития энергетики городов и территорий.
В данной статье рассмотрены состояние и некоторые решения по обеспечению энергетической безопасности городов и территорий.

Среди комплекса мероприятий по обеспечению энергетической безопасности республики есть такие, которые тесным образом связаны с местными условиями городов и территорий и для решения которых необходимо активное участие градостроительных организаций, ведущих разработку генеральных планов городов, курортно-рекреационных территорий и схем комплексной территориальной организации административных районов (СКТО). К ним в первую очередь следует отнести:
экологическое и экономическое обоснование использования местных энергетических ресурсов;
повышение энергетической эффективности инженерной инфраструктуры населенных мест путем применения новейших технологий и сокращения потерь первичных ресурсов;
обоснование применения индивидуальных и локальных систем энергоснабжения, конкурирующих с централизованным энергоснабжением;
разработку дифференцированных критериев энергетической безопасности городов и территорий, согласующихся с энергетической политикой и состоянием энергоснабжения республики в целом.
Стоит признать, что все эти вопросы при разработке генеральных планов городов, курортно-рекреационных территорий и СКТО в настоящее время рассматриваются не в полном объеме. Это обусловлено как низкой стоимостью проектных работ, так и действующими нормативными требованиями к их составу и содержанию, не учитывающими происходящих в условиях экономических преобразований изменений в энергетической политике государства и возросших требований к надежности и эффективности систем энергоснабжения. Авторы проектов, предлагая качественные архитектурно-планировочные решения, при освещении вопросов энергоснабжения вынуждены пользоваться материалами специализированных организаций энергетической отрасли (перспективными схемами электро-, теплоснабжения и газоснабжения), в которых в силу ведомственных интересов приоритет отдается централизованным системам энергоснабжения с крупными энергоисточниками, протяженными и дорогими энергосетями. Как следствие, в проектных предложениях по развитию энергетики городов превалируют ведомственные интересы энергоснабжающих организаций, нестыковка решений по отдельным системам энергоснабжения и др.
В условиях развивающейся рыночной экономики такой подход с приоритетом ведомственных (отраслевых) интересов вступает в противоречие с реальной жизнью и в долгосрочных градостроительных проектах становится неприемлемым.
Генеральные планы и СКТО как основные документы, определяющие развитие городов и территорий на 20–30 лет вперед, должны содержать самостоятельные первичные решения по развитию энергетики городов и территорий, которые учитывали бы достижения фундаментальных энергетических исследований, прогнозы социально-экономического развития и повышения уровня жизни, а также изменения в структуре организации и управления энергохозяйством городов и территорий. Непременным условием этих решений должна стать высокая энергоэффективность и экологичность, способствующая привлечению инвестиций и развитию рыночных отношений в сфере энергоснабжения.
Изложим кратко градостроительный взгляд на методологию решения поставленных вопросов, к которым УП “БелНИИПградостроительства” как территориальная организация имеет непосредственное отношение.

Использование местных энергетических ресурсов (МЭР)

В условиях городов и территорий Республики Беларусь к МЭР можно отнести три категории энергоресурсов.
1. Вторичные энергоресурсы (ВЭР) — горючие и тепловые отходы на промышленных предприятиях, низкопотенциальная теплота городских сточных вод, твердые бытовые отходы, механическая энергия сжатого природного газа и пр.
2. Местные топливные ресурсы — торф, древесное топливо, горючие отходы сельхозпроизводства, специально выращиваемое растительное топливо.
3. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии — гидроэнергия малых рек, энергия ветра, солнечная и геотермальная энергия, низкопотенциальная теплота наружного воздуха, грунта, подземных и поверхностных вод.
Многочисленные расчеты показывают, что использование ВЭР экономически оправдывается на всей территории республики даже по сравнению с природным газом и при существующей сравнительно низкой его стоимости. При этом энергетический потенциал ВЭР определяет эффективность затрат, вложенных на их использование, — чем он выше, тем ниже срок окупаемости этих затрат.
Экономическая целесообразность использования местных топливных ресурсов непосредственным образом зависит от их стоимости и затрат в альтернативные варианты топливоснабжения. Имеются резервы по снижению стоимости местных видов топлива, реализация которых возможна лишь при активном участии территориальной власти. Например, цена древесных отходов при очистке лесных угодий от валежника, сухостоя и макушечника может быть снижена за счет отнесения части затрат на их сбор и первичную обработку на лесное хозяйство. Такой же принцип в распределении затрат может быть применен и при использовании энергии малых рек, когда определенные преимущества, наряду с энергетикой, получают сельское и лесное хозяйство.
При оценке ресурсов торфа при отсутствии экологических ограничений могут быть задействованы небольшие забалансные его залежи, расположенные вблизи населенных пунктов и не требующие больших затрат на транспорт. При этом для переработки торфа в бытовое топливо могут быть применены специальные передвижные установки с их перемещением от одного месторождения к другому.
Техническая возможность и экономическая целесообразность использования гидроэнергии малых рек, энергии ветра, солнечной и геотермальной энергии определяются исключительно природно-климатическими условиями и функциональным назначением территории.
Использование низкопотенциальной теплоты наружного воздуха, грунта, подземных и поверхностных вод, как и низкопотенциальных ВЭР, возможно только для теплоснабжения с помощью парокомпрессионных тепловых насосов, в чем и состоит их техническое, энергетическое, экологическое и экономическое преимущество в сравнении с топливными котельными. Парокомпрессионные тепловые насосы с электроприводом компрессоров расходуют на производство полноценной 1 Гкал около 100 кг условного топлива, т.е. в 1,7 раза меньше, чем в обычных котельных. Область и масштабы их применения зависят от значений тарифа на потребляемую электрическую энергию и доступности отбора низкопотенциальной теплоты.
Опыт разработки и внедрения тепловых насосов, использующих низкопотенциальную теплоту вытяжного воздуха, оборотной воды, сточных вод, водопроводной воды, речной и грунтовой воды и трансформаторного масла на 19 объектах теплоснабжения в разных регионах республики, показал, что их применение экономично даже при существующем соотношении цен на тепловую и электрическую энергию. Следует отметить, что большинство из внедренных установок теплоснабжения на основе тепловых насосов являются пионерными в СНГ.
Однако, несмотря на признание технических возможностей и эффективности тепловых насосов, масштабы их внедрения в республике не соответствуют требованиям времени, а низкопотенциальная теплота не рассматривается как МЭР, использование которых повышает энергетическую безопасность республики.
Поскольку генеральные планы и СКТО рассматривают далекую перспективу развития городов и территорий, то при их разработке необходимо учитывать не только текущую ситуацию в энергоснабжении потребителей, но и сценарии развития систем энергоснабжения в будущем. В этом отношении представляется целесообразным руководствоваться важнейшим выводом, сделанным ведущими учеными, о том, что с течением времени энергия будет только дорожать вследствие исчерпания запасов ископаемого топлива и высокой стоимости предлагаемых альтернатив.
Для Беларуси стоимость импортируемого топлива во многом будет зависеть от взаимоотношений с Российской Федерацией и изменения цен на европейском рынке энергии. В любом случае экономическую целесообразность использования МЭР необходимо рассматривать во временной динамике: что оказывается экономически неприемлемым сегодня, приемлемо будет завтра. Это хорошо иллюстрируется графиком на рис. 1, где сопоставлены удельные приведенные затраты в котельную средней мощности при работе ее на природном газе и древесном топливе. При этом цена древесного топлива принята постоянной в размере 40 долл./т у.т., природного газа — 60 долл./т у.т. с ежегодным ростом в 4%. Из графика видно, что в настоящее время использование древесного топлива экономически проигрывает природному газу и равноэффективными они могут стать через 4,5 года.
На рис. 2 и рис. 3 показано расположение вторичных энергетических ресурсов, местных топливных ресурсов и ресурсов низкопотенциальной теплоты на территории административного района и крупного города.

Вариативность выбора систем теплоснабжения и теплоисточников

Централизованные системы теплоснабжения с ТЭЦ, районными котельными и протяженными тепловыми сетями были и остаются доминирующими в наших городах. В то же время за последнее десятилетие энергетическая и экономическая эффективность этих систем заметно упала как в результате сокращения тепловых нагрузок потребителей, изношенности тепловых сетей, так и вследствие ухудшения показателей работы оборудования. Одновременно с этим у потребителей тепловой, а в отдельных случаях и электрической энергии появилась возможность создавать собственные индивидуальные энергоисточники, и число их стало интенсивно возрастать. Как к этому относиться при планировании градостроительства?
Во-первых, не следует впадать в крайности, отдавая предпочтение централизованному или децентрализованному теплоснабжению. Истина лежит где-то между ними. К тому же при использовании природного газа абсолютная децентрализация не имеет места, т.к. обе системы объединяются системой газоснабжения.
Во-вторых, необходимо знать истинные причины ухудшения показателей работы существующей системы централизованного теплоснабжения: они временные, преходящие, вызванные временной недогрузкой оборудования, или органически присущи данной системе.
В-третьих, следует учитывать, что в последние годы оборудование для децентрализованных систем теплоснабжения стало более многообразным, а качество его возросло. Это и компактные автоматизированные котлы с КПД 93–94%, когенерационные газопоршневые и газотурбинные установки, дающие в 1,5–2 раза больше теплофикационной выработки электроэнергии на единицу отпущенной теплоты.
В любом случае при выборе типа теплоисточников и вида систем теплоснабжения необходимы технико-экономические расчеты, обосновывающие степень централизации теплоснабжения в данном городе на перспективу.
Особое внимание необходимо уделять теплоснабжению индивидуального сектора, которым помимо градостроителей до настоящего времени никто серьезно не занимается. Доля этого сектора в суммарном потреблении теплоты на теплоснабжение в крупных городах составляет 8–10%, в средних и мелких доходит до 30%, а в сельской местности приближается к 100%.
В то же время существующую систему теплообеспечения индивидуальных жилых домов нельзя признать рациональной и тем более оптимальной. Повсеместно применяются традиционные отопительные печи с низкой эффективностью сжигания топлива. Там, где это возможно, индивидуальные дома подключаются к системе городского теплоснабжения или к системе газоснабжения, при этом владельцы домов расходуют немалые средства на такое подключение и оплачивают потребляемые энергоносители по высоким тарифам.
Непростое положение сложилось с теплоснабжением коттеджной застройки. Во многих коттеджах для отопления напрямую используется электроэнергия, что весьма затратно для энергосистемы и государства. Значительная часть коттеджной застройки из-за отсутствия отопления не вводится в эксплуатацию. Если учесть, что в генеральных планах городов коттеджной застройке отводится до трети вновь вводимого жилого фонда, нетрудно понять остроту этой проблемы.
Оценивая перспективы коттеджной застройки, следует отметить, что экономика теплоснабжения индивидуального сектора не вписывается в принятую стратегию платы за тепловую энергию по льготному тарифу в зависимости от дохода семьи. Во-первых, потому, что у проживающих в индивидуальных домах сложна и неоднозначна оценка этого дохода, который наряду с зарплатой по основной работе может включать доход от использования земельного участка, сдачи внаем помещений, дополнительной трудовой деятельности. И, во-вторых, потому, что владелец индивидуального дома уже несет часть затрат на сооружение и эксплуатацию теплогенерирующей установки.
Анализ показывает, если в теплоснабжении индивидуального жилого сектора ничего не предпринимать и оставить на уровне старых понятий, то положение будет только ухудшаться, а в случае весьма вероятного роста цен на поставляемые в республику энергоресурсы может привести к острой социальной напряженности среди проживающих в этом секторе.
Чтобы избежать негативных последствий и достигнуть мировых стандартов в теплообеспечении индивидуального жилья, необходимо предпринять активные усилия в следующих трех направлениях.
Первое — приступить к техническому перевооружению индивидуальных систем теплоснабжения с применением имеющихся достижений научно-технического прогресса и опыта передовых стран в организации этого дела. Необходимо разработать и наладить производство современных малых теплогенераторов и систем теплоснабжения для индивидуальной застройки, включая комбинированные установки, тепловые насосы, солнечные водонагреватели, устройства для сжигания различных видов местного топлива, и обеспечить свободный рыночный доступ к ним потребителей.
Второе — обеспечить оптимальный винтересах всего народного хозяйства выбор исходного энергоресурса для индивидуальных теплоснабжающих систем, где значительное место должно быть отведено местным видам топлива с предварительной их обработкой и подготовкой к сжиганию. Необходимо выработать эффективную ценовую политику для этих видов топлива, обеспечивающую их конкурентоспособность.
Третье — оказать действенную экономическую помощь со стороны государства владельцам индивидуальных домов в виде долгосрочных льготных кредитов на приобретение теплогенерирующего оборудования и систем автоматики, на реконструкцию существующих теплоисточников, а также на утепление индивидуальных домов.
Решения по названным направлениям должны приниматься согласованно, комплексно и с системных позиций. В качестве экономического принципа при их реализации следует принять положение, при котором все связанные с теплоснабжением затраты, которые непосредственно несет семья, проживающая в индивидуальном доме, в расчете на один квадратный метр отапливаемой площади не превышали бы соответствующих удельных затрат в многоэтажных домах с централизованным теплоснабжением.
Естественно, что разработчики генеральных планов городов и тем более СКТО не в состоянии, да и не должны предлагать конкретные решения по энергоснабжению жилых домов, групп зданий и отдельных предприятий. Это работа последующих стадий проектирования и сфера деятельности специализированных ведомственных организаций. Однако генеральные планы и СКТО — та стадия, где должны быть четко прописаны определяющие элементы долгосрочной энергетической политики в данном городе или на данной территории, свободные от ведомственного влияния и подчиненные основной цели — достижению высокой энергетической и экономической эффективности энергоснабжающих систем.
К таким элементам прежде всего следует отнести установление оптимальных пропорций в развитии централизованного и децентрализованного теплоснабжения, определение величины и обоснованных масштабов использования местных энергетических ресурсов. При этом необходимо учитывать, что если за централизованным теплоснабжением и использованием промышленных ВЭР стоят соответствующие ведомства, заинтересованные в их развитии, то децентрализованное теплоснабжение, использование городских ВЭР и природной энергии являются прерогативой городских и местных властей и должны рассматриваться в градостроительных работах перспективного планирования более предметно и адресно.
В первую очередь это относится к решениям, затрагивающим интересы энергосистемы, в частности применения установок теплоснабжения на основе тепловых насосов и турбодетандерных установок на городских газораспределительных станциях, преобразующих избыточную механическую энергию сжатого природного газа в электроэнергию и промышленный холод.

Применение комплексных показателей энергетической эффективности

Как известно, показателем энергетической эффективности процесса энергоиспользования является коэффициент полезного использования первичного энергоресурса (КПИ), который определяется как произведение КПД входящих звеньев: системы топливоснабжения; источников производства тепловой и электрической энергии; сети магистрального и распределительного транспорта теплоты и электроэнергии; конечных потребителей исходных и преобразованных энергоресурсов. Экономическая эффективность энергоиспользования характеризуется величиной суммарных затрат приведенных затрат (Зуд) по каждому звену энергетического процесса, отнесенных на единицу потребленной энергии.
В настоящее время КПИ и Зуд по городу или территории не определяются, что не позволяет достоверно характеризовать уровень эффективности использования энергоресурсов. Применяемые ныне показатели — удельные расходы условного топлива и удельные затраты на производство тепловой и электрической энергии на энергоисточниках безусловно имеют важное практическое значение, однако они охватывают только генерирующее звено процесса энергоиспользования. Вне поля зрения остаются наиболее ущербные звенья, где потери энергии весьма велики, а стоимость этих потерь наибольшая: сети транспорта и конечного потребления энергии. Такое положение не соответствует научно обоснованному подходу к оценке энергоэффективности.
Отличие комплексных показателей энергетической и экономической эффективности от ныне применяемых весьма велико. Например, для существующих систем централизованного теплоснабжения с КПД генерирования тепловой энергии около 82% значение КПИ, включая значительные потери в тепловых сетях и через ограждающие конструкции зданий, составляет не более 45%. Это означает, что фактический удельный расход условного топлива, отнесенный на 1 Гкал полезно потребленной теплоты, находится на уровне 317 кг у.т., в то время как на стадии генерирования теплоты в котельной он равен 172 кг у.т.
Отсюда следует вывод, что системы централизованного теплоснабжения по энергетической эффективности в современных условиях могут существенно уступать децентрализованным, т.к. включают дополнительные звенья по транспорту тепловой энергии при сравнительно равных КПД процесса ее генерирования. Сверхнормативные тепловые потери в сетях в настоящее время оплачиваются потребителями и мало волнуют централизованную систему в части их устранения. Предлагаемый системный подход делает это обстоятельство наглядным и обосновывает необходимость совершенствования самих децентрализованных систем, в частности применяя тепловые насосы. Последние, являясь экологически чистыми источниками теплоснабжения, могут размещаться непосредственно у потребителя, что не только исключает тепловые потери в сетях, но и повышает КПД процесса генерирования теплоты до уровня, при котором использование электрической энергии оказывается энергетически и экономически обоснованным.
Основным препятствием для применения комплексных показателей энергоэффективности в текущем управлении городским энергохозяйством и проектировании является отсутствие фактических данных по потерям и затратам в звеньях распределительного транспорта и потребления энергии. Необходимы значительные усилия, направленные на то, чтобы знать, где и сколько мы теряем энергии и во что эти потери обходятся.
При разработке генеральных планов городов и ПДП жилых районов в сравнительной оценке альтернативных вариантов теплоснабжения значения комплексных показателей можно определять по нормативным потерям энергии и денежным затратам на сооружение объектов по проектам-аналогам. В результате будут выявляться не фактические, а нормативные данные этих показателей, которые можно рассматривать как верхнюю границу достижения их в реальной эксплуатации.
Практическая ценность комплексных показателей энергоэффективности состоит в том, что они являются индикаторами энергетической безопасности функционирования и развития городов и территорий и показывают, где сосредоточены основные резервы энергосбережения, открывают возможность оптимального вложения финансовых средств по звеньям энергетического процесса. Кроме того, используя эти показатели, можно сопоставлять различные города и территории по уровню энергопотребления и оценивать эффективность предлагаемой стратегии развития их местной энергетики и энергосбережения.

Дифференцированный подход к оценке устойчивости энергоснабжения городов и территорий Беларуси

Для сравнительной оценки энергетической безопасности республики на макроэкономическом уровне Национальной академией наук в настоящее время предложены три качественных критерия, описывающих состояние энергоснабжения как нормальное, предкризисное и кризисное. Они учитывают широкий спектр внешних энергетических связей республики, а также уровень и состояние отечественной энергетики.
При трансформации понятия безопасности в устойчивость энергоснабжения на уровне отдельных городов и территорий состав факторов существенно меняется. На смену макроэкономическим показателям приходят местные и территориальные факторы, главные из которых:
— наличие местных энергоресурсов и возможного уровня их использования для целей самообеспечения;
— наличие и состояние внешних энергетических связей города и территориального региона в части электроснабжения, газоснабжения, снабжения привозными видами жидкого и твердого топлива;
— технический уровень и физическое состояние всех видов местных энергоисточников и энергосетей, а также потенциальная возможность их реконструкции, модернизации и расширения с учетом имеющихся экологических ограничений;
— экономические возможности рассматриваемой территории, зависящие от структуры размещенных на ней производительных сил (промышленные предприятия, сельскохозяйственное производство, рекреационные зоны и объекты и др.), от числа и мощности предприятий общегосударственного значения, от наличия зарубежных экономических связей региона.
В принципе возможны следующие пути оценки уровня устойчивости энергоснабжения городов и территорий:
балльная оценка всех факторов в целом, которая дает весьма приближенный качественный показатель, в какой-то мере пригодный для сопоставления городов и территорий по устойчивости их энергообеспечения;
выработка весовых коэффициентов, определяющих влияние каждого фактора на устойчивость энергообеспечения. В этом случае интегральный количественный показатель более строго описывает уровень устойчивости.
Затронутая тема дифференцированного подхода к оценке устойчивости энергоснабжения городов и территорий находится в стадии методологической разработки и нуждается в апробации на практике.

Подчеркивая важность энергетического фактора в обеспечении устойчивого развития городов и территорий, мы обозначили лишь некоторые пути повышения надежности и экономичности их энергоснабжения, для реализации которых необходимы следующие действия:
1. Основные направления энергетической политики республики в части энергетической безопасности должны быть трансформированы и конкретизированы до уровня отдельных городов и территорий.
2. Генеральные планы городов и СКТО административных районов, в которых разрабатываются стратегические направления энергетической политики в обеспечении устойчивого развития городов и территорий, должны стать градостроительными документами, обязательными для исполнения отраслевыми организациями по проектированию систем энергоснабжения в городах и на территориях.
3. В действующие нормативные документы, регламентирующие состав и содержание генеральных планов городов, курортно-рекреационных территорий и СКТО, должны быть включены работы по:
определению их энергосберегающего потенциала и районированию местных энергетических ресурсов;
обоснованию уровней развития централизованного и децентрализованного теплоснабжения городов с конкретизацией по источникам теплоснабжения и видам используемых энергетических ресурсов;
определению комплексных показателей эффективности энергоснабжения городов и территорий;
оценке уровня устойчивости энергоснабжения городов и территорий.
4. Для повышения эффективности принимаемых правительственных решений по обеспечению энергетической безопасности республики целесообразно выполнение градостроительных обоснований (вразрезе административных районов) технической возможности и экономической целесообразности использования местных энергетических ресурсов с учетом планировочных, экологических, социальных и экономических ограничений.



comments powered by HyperComments
Читайте также
23.07.2003 / просмотров: 21 740
Давайте попутешествуем во времени, «пробежимся» по разным уголкам Земли и пристально вглядимся в свои родные места, полюбуемся и восхитимся...
23.07.2003 / просмотров: 15 773
Туризм – одно из наиболее динамичных явлений современного мира. В последнее время он приобрел колоссальные темпы роста и масштабы влияния на...
23.07.2003 / просмотров: 9 996
В ряде стран Западной и Центральной Европы формируются природные парки регионального и местного значения, аналогов которым в Беларуси пока нет. Так...