Незважаючи на неоднозначне відношення США до проблеми змін клімату, вони сформулювали дванадцять дуже важливих правил переходу країни до економіки з нульовими викидами CO2, наведемо 2 з них:
• Введення обмежень на викиди CO2 для всіх крупних споживачів викопного палива ("жорстке обмеження") з поступовим доведенням до нульової відмітки до 2060 року.
• Заборонення будівництва нових електростанцій на вугіллі, які не передбачають систему уловлювання та захоронення CO2.
Столиця України зобов'язана зайняти активну позицію щодо відповідних зобов'язань відносно рівня викидів парникових газів.
Передбачається, що в Києві при умові впровадження представленої програми буде знижено викиди CO2 на 40 %.
2. В умовах збільшення споживання запасів органічного палива відбувається скорочення його легкодоступних запасів і постійне зростання ціни.
Поточні запаси природного газу у світі достатньо великі, щоб забезпечити відповідні темпи росту попиту до 2030 року і навіть далі. Хоча витрати на розробку нових джерел у довгостроковій перспективі будуть значно збільшуватися. Доведені запаси газу у світі на кінець 2008 року складали більш ніж 180 трлн. м-3, яких при поточних темпах видобутку вистачить ще на 60 років.
Згідно з базовим сценарієм органічне паливо залишається домінуючим первинним джерелом у всьому світі і воно покриває більш ніж три чверті загального росту енергоспоживання у 2007 - 2030 рр.
3. Виникла необхідність в більш жорсткіших природоохоронних обмеженнях.
Так, в 2001 році введена Директива 2001/80/ЄС "Про обмеження викидів деяких забруднюючих речовин в атмосферу з великих "спалювальних установок", яка передбачає, що до 2018 року будуть досягнуті нормативні показники з викидів основних забруднюючих речовин (діоксиду сірки, оксидів азоту та пилу) на енергоблоках ТЕС та ТЕЦ. Таким чином, при проведенні модернізації та реконструкції діючих енергоблоків в України повинно передбачатися спорудження до 2018 року нових повномасштабних систем високоефективного газоочищення на ТЕС і ТЕЦ з параметрами, що відповідають європейським вимогам. За цей час в Україні викиди CO2 слід зменшити приблизно в 20 разів.
4. Збільшення кількості масштабних системних аварій.
Влітку 1999 року і восени 2003 року в США відбулися потужні системні аварії. Так, в Чикаго підвищений попит на енергію, викликаний великою спекою (1999 рік), і аварія на устаткуванні призвели до відключення 2300 підприємств. Ще одна потужна аварія з масштабними відімкненнями споживачів сталася 14 серпня 2003 року. Без електропостачання залишилися понад 50 млн. чоловік. Було зупинено 263 електричні станції загальною потужністю більшою ніж встановлена потужність всіх електростанцій України. Тільки у Нью-Йорку 200 тис. приміщень залишалися без електропостачання протягом 18 годин. Прямий збиток склав 6 млрд. доларів США.
Аналогічні системні аварії з тяжкими наслідками відбулися в Фінляндії, у Великобританії, в енергосистемах Швеції, Данії та інших країн. Типова каскадна аварія відбулася не так давно, коли європейське енергооб'єднання UCTE розділилось на три частини. Причому, аварія відбулася в режимі значних загальних запасів генеруючих потужностей.
Збитки від однієї такої аварії вражаючі. Вони складають від сотень мільйонів до мільярдів доларів. Ці аварії показали, що ми маємо істотні проблеми з забезпеченням надійності функціонування електроенергетичних систем.
В додаток слід визначити ще деякі проблеми, що притаманні Україні. Це - зростаюча вартість землі і води, відсутність чіткої політики (технологічної) щодо розвитку атомної енергетики, практично повне вичерпання потенціалу гідроресурсів, відсутність фінансових засобів на будівництво нових електростанцій і навіть реконструкцію діючих, що свідчить про доцільність перегляду існуючої концепції розвитку енергетики.
У зв'язку з цим були і продовжуються проводитись дослідження, в яких розглядаються різні сценарії розвитку енергетики. Вони ґрунтуються на загальних геополітичних підходах щодо розвитку економік країн та різних варіантах використання енергетичних ресурсів. У результаті пропонуються для розгляду різні варіанти можливого впливу енергетики на навколишнє середовище. Мета цих досліджень - запропонувати різним країнам свої варіанти розбудови або реконструкції енергетики з урахуванням реальних загроз для навколишнього середовища.
Шляхи побудови та способи розв'язання завдань програми.
Аналіз існуючого стану інженерної інфраструктури м. Києва в частині теплопостачання та електропостачання показує, що значна частина обладнання потребує заміни чи технічного переоснащення з метою продовження терміну експлуатації та поліпшення техніко-економічних показників. На думку експертів вже зараз відставання галузі від сучасних світових технологій становить не менш як 20 років.
Перераховані вище міркування говорять про необхідність невідкладного вживання неординарних заходів і формування нової сучасної стратегії розвитку електро- та теплоенергетики з огляду на економічні, політичні, соціальні, географічні й територіальні особливості м. Києва.
Зазначимо, що в світі відбулись значні зміни щодо стратегії формування енергетики. Світова спільнота запропонувала для всіх країн комплекс завдань з розроблення енергетичної стратегії XXI століття. Основний наголос робиться на нерозривності і узгодженні дій у вирішенні трьох завдань: енергозабезпечення (де головним є безперебійність енергопостачання та надання якісної енергії й послуг), енергодоступності (за ціною та енергоощадністю),енергоприйнятності (за мінімальним впливом на навколишнє середовище та пом'якшення змін клімату).
Як вказано вище, у Європейському Союзі прийнята нова платформа енергозабезпечення European Technology Platform SmartGrids [3], що базується на перевагах зазначених систем енергопостачання, які є найвигіднішими для забезпечення енергоспоживання з позицій безпеки, надійності (безперебійності), якості постачання енергії і надання енергетичних послуг, доступних за ціною та привабливих за екологічними наслідками (у першу чергу за викидами CO2), - інтегрованих систем, з подальшим збільшенням їх частки, заснованої на розосередженій (в тому числі альтернативній) генерації. Рішення цього завдання розглядається як фундамент для досягнення глобальної мети - забезпечення стабільного розвитку суспільства, що гарантує стале зростання економіки, рівня життя населення, захист навколишнього середовища. Світове технічне співтовариство визнає, що використовувані сьогодні принципи організації енергопостачання не забезпечують вирішення завдань, які ставить перед людством XXI-ше століття. Тому новий принцип побудови енергетичної системи XXI сторіччя може бути означено як "Створення інтегрованої системи енергозабезпечення за рахунок підвищення рівня децентралізації на базі розосередженої генерації та Smart-технологій".
Для найраціональнішого використання ресурсів, спрямованого на реформування енергетичної галузі, по суті потрібні розробка і реалізація кількох тісно ідеологічно та технологічно узгоджених проектів, пов'язаних з реконструкцією і розвитком діючих електричних мереж, припускаючи можливість появи в їх структурі незалежних виробників енергії; розроблення рекомендацій щодо оптимального використання альтернативних джерел енергії, враховуючи специфіку окремих районів; розроблення технічних засобів інтеграції розосередженої генерації в централізовану систему енергопостачання; створення нових пристроїв захисту і автоматизації інтегрованих систем, інформаційного та програмного забезпечення для керування їх режимами.
Незалежно від того, наскільки швидко лишиться позаду крупномасштабна централізована модель енергетики, як безумовний релікт XX століття, людство вже вступило в період будівництва децентралізованих систем. Звичайно, найближче майбутнє належить інтегрованим системам енергопостачання споживачів, оскільки протягом значного періоду часу будуть "співіснувати" як централізовані, так і децентралізовані системи, з поступовим розширенням останніх. На сучасному етапі винятково важливою задачею є зробити таке "співіснування" безконфліктним, гармонійним і максимально ефективним.
Зазначимо, що саме такі вимоги поставлені в основу формування напряму розвитку енергетики на сучасному етапі, що реалізується побудовою енергетики сталого розвитку України, зокрема м. Києва.
Враховуючи наведені вище аргументи щодо переваг інтегрованих систем енергопостачання, Інститутом енергозбереження і енергоменеджменту НТУУ "КПІ" розроблена нова платформа енергозабезпечення для України - енергетики сталого розвитку регіонів [18], яка схематично зображена на рис. 1.
Розглянемо більш детально складові цієї платформи:
1. Найважливіше - ефективне використання енергії.
Для цього передбачається широке впровадження проектів з енергоощадності об'єктів регіону, проектів створення інтелектуальних енергоефективних споруд та будинків, що поєднують досягнення відомих технологій побудови Smart й еко-енергоефективних технологій та розвиток енергетичного менеджменту.
При цьому важливо враховувати, що нові будівлі та споруди можуть бути на 70 % енергоефективнішими, ніж старі будови. Сучасні вікна за теплоізоляційними властивостями втричі ефективніші, ніж старі. Ефективність нового котельного обладнання на газі та мазуті сягає 95 %. Ефективні кондиціонери використовують на 30 - 40 % менше енергії, ніж моделі десятилітньої давності. Впровадження систем центрального опалення, теплових насосів та сонячних батарей також може призвести до підвищення ефективності використання енергії. Впровадження нових технологій в системах освітлення може підвищити їх економічність на 30 - 60 %. Суттєвого прогресу досягнуто в галузі холодильної техніки, систем нагрівання води, пральних та посудомийних машин. Домашні прилади у непрацюючому стані споживають до 10 % сукупного об'єму витрати енергії домашніми господарствами у країнах - членах МЕА, але є технології, які можуть забезпечити суттєве скорочення цього показника. "Розумні" лічильники електроенергії, малі джерела розосередженої генерації, паливні елементи та сонячні батареї відкривають нові шляхи для розвитку енергетики в житлово-комунальному секторі.
2. Удосконалення традиційної централізованої енергетики включає:
• модернізацію діючих та побудову нових джерел генерації й удосконалення управління централізованою існуючою системою енергопостачання з обов'язковим урахуванням перспективи її інтеграції з децентралізованими системами енергозабезпечення;
• пошук нового, альтернативного типу палива, нових принципів отримання, передачі, перетворення енергії, при яких корисний ефект досягався б за мінімального забруднення біосфери.
3 та 4. Розвиток джерел розосередженої генерації на відновлюваних джерелах енергії з використанням органічного палива та накопичувачів енергії.
• Широке використання малої енергетики (розосередженої генерації), включаючи відновлювані джерела енергії, спектр і значущість яких для кожного регіону визначається місцевими умовами, та стимулювання розширення застосування когенераційних установок малої генерації, інших джерел розосередженої генерації з використанням органічного палива, створення децентралізованих систем енергопостачання і включення їх в інтегровані системи енергопостачання.
• Зміна паливного балансу - максимальне застосування місцевих видів палива.
Мова йде про деревну біомасу (деревина, відходи деревообробної промисловості, лісозаготівель, санітарного вирубування лісу) та міські відходи. Максимальне наближення джерел електричної і теплової енергії до місць, де є деревна біомаса і міські звалища.
• Виробництво електроенергії з відновлюваних джерел.
У період до 2050 року в світі використання таких відновлюваних ресурсів як енергія води, вітру, сонця та біомаси для генерації електроенергії внесе свій вклад у скорочення викидів CO2. Так, частка відновлюваних джерел у виробництві електроенергії на сьогодні складає 18 %. До 2050 року вона зросте до 34 %.
Спалювання біомаси для генерації електроенергії - давно використовувана технологія. Вона є комерційно привабливою, якщо сировина доступна та недорога. Використання невеликих об'ємів біомаси у вугільних станціях не потребує значних модифікацій обладнання. Це може бути дуже вигідним і також сприяти пониженню викидів CO2.
Фотоелектричні технології використання сонячної енергії відіграють все більш помітну роль там, де є особливо вигідні для них умови. Витрати, пов'язані з цими технологіями, постійно знижуються.
Таким чином, з появою нових технологій вироблення енергії в світі почалося достатньо агресивне втручання "зеленої" енергетики (безвуглецевої, заснованої на відновлюваних джерелах енергії - розосереджена генерація з використанням відновлюваних джерел енергії - РГ-ВДЕ) в енергозабезпечення потреб людства. З'явилися також нові ефективні джерела малої енергетики, що мають високі показники використання первинного органічного палива і, значить, справляють незначний вплив на екологію (розосереджена генерація з низькими викидами вуглецю - РГ-НВВ).
Розробка стратегії енергозабезпечення міста проводиться відповідно до принципу "енергетичної тріади" .
На першому етапі розробляються та впроваджуються заходи з енергозбереження для об'єктів енергоспоживання (комунальної власності, муніципалітетів) з метою зменшення рівня загального попиту енергії за видами (теплова енергія, електрична енергія, холодне та гаряче водозабезпечення).
На другому етапі розробляються та впроваджуються інноваційні енергоефективні проекти по енергозабезпеченню об'єктів енергоспоживання з комплексним використанням відновлюваних джерел енергії з врахуванням технічних та економічних чинників.
На останньому етапі розробляються та впроваджуються енергоефективні проекти енергозабезпечення з застосуванням сучасних технологій спалювання.
Враховуючи все вищезазначене, для м. Києва та його приміської зони пропонується варіант енергозабезпечення, що базується на частковому доповненні централізованої генерації поновлювальними джерелами енергії та джерелами розосередженої генерації, що використовують органічне паливо. Таким чином, пропонується розглянути поєднання наступних елементів:
• використання РГ-ВДЕ:
- установки на базі енергетичної біосировини;
• РГ-ВДЕ і РГ-НВВ, що використовують органічне паливо, та накопичувачів енергії:
- когенераційні установки (КГУ);
- теплозабезпечення об'єктів на базі електротеплоакумулюючих технологій (ЕТТ);
- гаряче водопостачання об'єктів на базі накопичувачів води (ГВН);
- комбіновані системи теплозабезпечення об'єктів з використанням КГУ і ЕТТ;
- теплові насоси з живленням від електричної мережі ПАТ "КИЇВЕНЕРГО" (ТН);
- теплові насоси з живленням від електричної мережі від КГУ (ТНку);
- комбіновані системи теплозабезпечення об'єктів з використанням КГУ, (ТНку), ЕТТ та ТН;
- комбіновані системи гарячого водопостачання об'єктів з використанням КГУ, (ТНку), ГВН та ТН;
• централізованої генерації, що має дві складові:
- електропостачання від мереж ПАТ "КИЇВЕНЕРГО";
- теплопостачання від централізованої системи;
- гаряче водопостачання об'єктів від централізованої системи.
При виконанні комплексного аналізу альтернатив, що базується на використанні різних критеріїв (технічних, фінансових, екологічних), застосовується риск-менеджмент, що дозволяє виробити оптимальну концепцію енергозабезпечення визначеної території з додатковим урахуванням таких факторів, як ресурсне забезпечення впровадження концепції, екологічні аспекти її реалізації та інше.
Основуючись на [1], алгоритм реалізації концепції модернізації енергозабезпечення м. Києва на базі розосередженої генерації включає наступні етапи:
1. Досліджується та формується енергетичний баланс м. Києва, який, окрім потенціалу та оцінки ефективності використання існуючих джерел енергії, включає розрахунок густини попиту на теплову (Qт), електричну (Ре) енергію та гаряче водопостачання (Qг.в), а також втрати в тепломережах.
2. Здійснюється аналіз сценаріїв (альтернатив) щодо використання джерел енергозабезпечення та визначається перелік можливих для впровадження заходів та технологій з енергозабезпечення та енергозбереження, спрямованих на підвищення ефективності використання ТЕР, зниження попиту на теплову та електричну енергію, зменшення витрат органічного палива в системах генерації, розподілу та споживання м. Києва.
3. Проводиться територіальна декомпозиція системи теплопостачання (кластеризація обраної території з урахуванням таких показників як площа, густина попиту на енергію, можливість використання характерних технологій енергозабезпечення). В результаті декомпозиції отримуємо повну картину споживання (яка характеризується певною кількістю кластерів), визначаємо місце розташування генеруючої установки для найбільш ефективного використання системи теплопостачання, після чого проводимо порівняння можливих сценаріїв впровадження розосередженої генерації, враховуючи конкретні особливості її залучення у системи теплопостачання.
Наведемо основні технічні засоби другого варіанту для забезпечення попиту на теплову та електричну енергію:
1. Будівництво, переоснащення та модернізація існуючих систем енергозабезпечення.
Будівництво та модернізація котелень шляхом застосування когенераційних установок та технології утилізації тепла димових газів, що дозволить збільшити електричні та теплові потужності і більш раціонально використовувати паливо.
За даними табл. 1 Баланс тепла з виявленням дефіциту в існуючому стані (станом на 01.01.2009) можна зробити попередні висновки по покриттю дефіциту за рахунок когенераційних установок, а саме:
• Голосіївський район - Х-* КГУ;
• Печерський район - Х-* КГУ;
• Подільський район - Х-* КГУ;
• Дарницький район - Х-* КГУ.
* - для оцінки величин потребується додатковий час.
Окрім встановлення когенераційних установок, необхідно звернути увагу на ефективність самих систем теплозабезпечення. Наприклад, насоси розподільчої мережі належать до найбільших споживачів електроенергії, тому повинні бути енергоефективними; ефективна ізоляція трубопроводів дозволить значно зменшити втрати мереж і т. д.
2. Використання теплових насосів для утилізації тепла стічних вод.
Стічні води - джерело низькопотенційного тепла, яке можна використовувати в системах гарячого водопостачання (ГВП). Для утилізації тепла пропонується встановити теплові насоси. Відібрану енергію пропонується використовувати в ГВП (при умові догріву).
3. Установки для отримання біогазу з мулу водоочисних систем Бортницької аераційної станції.
В системах стічних вод однією з проблем є накопичення мулу, що утворюється після біологічної очистки води. Пропонується використовувати установки для зняття біогазу з мулових полів. Таким чином, корисно використовуючи парникові гази, зокрема для отримання енергії, можна покращити екологічну та економічну складові.
4. Установки для обробки та утилізації твердих побутових відходів.
У м. Києві на розрахунковий строк прогнозується об'єм ТПВ на рівні 1,6 млн. тонн на рік. Вихід біогазу з теплотою згоряння 17 - 20 МДж/м-3 складає 100 м-3/т твердих побутових відходів протягом 20 років зі швидкістю 5 м-3/т у рік.
В м. Києві для утилізації ТПВ функціонують 2 полігони N 5 та N 6, завод "Енергія" та 7 звалищ, що розташовані в Київській області. На полігоні ТПВ N 5 в с. Підгірці Обухівського району Київської області відкритим шляхом відбувається поховання до 40 % відходів міста, на заводі "Енергія" до 20 % (230 тис. тонн на рік). Полігон N 6 в Голосіївському районі міста Києва приймає крупногабаритні та будівельні відходи.
Звальний газ (в складі 50 % метану CH4, 50 % CO2, включаючи невеликі домішки H2S і органічних речовин), що утворюється в результаті розкладання органічної частини твердих побутових відходів в анаеробних умовах, що виникають невдовзі після їхнього санітарного поховання, можна використовувати для виробництва електроенергії або тепла (для споживачів у радіусі до 5 км).
Середній строк окупності проекту по утилізації газу для виробництва електроенергії 8 - 10 років, а з врахуванням продажу скорочення викидів - менше 4 років.
5. Утилізація тепла в системах припливно-витяжної вентиляції великих офісних будівель (та мультизональні системи опалення/кондиціонування).
У м. Києві є проблема утилізації твердих відходів, що утворюються внаслідок планової обрізки дерев (також снігопадів, ураганів і т. д.), а також старих автошин. Пропонується використовувати технології утилізації брикетів з автошин та дерев'яної щепи (які утворили за допомогою подрібнення відходів) для вироблення енергії.
6. Сміттєпереробний завод.
На заводі "Енергія" необхідно провести модернізацію обладнання з ціллю підвищення його еко- та енергоефективності.
7. Використання теплоелектроакумулюючих установок для опалення та гарячого опалення (1 кВт електроенергії на 10 м-2 опалюваної площі).
Оскільки згідно з добовим графіком електропостачання в нічний період (з 23-00 до 6-00 годин) є дуже малим, пропонується використовувати технології для накопичення та перетворення електроенергії в теплову енергію у нежитловому фонді будівель м. Києва (дитсадки, школи, адміністративні будівлі тощо), загальна потужність яких складе близько 1000 МВт. При цьому буде заміщено близько 360 млн. куб. м природного газу, інвестиційні витрати становитимуть близько 2,5 млрд. грн., а окупність складе близько 4 років.
Для наглядного прикладу застосування наведеного підходу приведемо пілотний проект модернізації умовного району енергозабезпечення.
10.2. Пілотний проект модернізації умовного району енергозабезпечення встановленою потужністю 300 МВт
Продемонструємо запропонований підхід на прикладі умовного району енергозабезпечення потужністю 300 МВт.
Нехай ми маємо умовний район енергозабезпечення, встановлена потужність якого складає 300 МВт. Тоді, враховуючи обраний сценарій для м. Києва, що полягає у доповненні централізованої генерації (при цьому передбачається, що обладнання на ТЕЦ повністю вичерпало свій ресурс і необхідно застосовувати КГУ) технологіями децентралізованої генерації (у вигляді теплових насосів та теплоелектроакумулюючих установок), можна провести попередній техніко-економічний аналіз. У таблиці зведені основні вартісні та технічні характеристики такого сценарію при умові, що 2/3 потужності буде покрито за допомогою КГУ і 1/3 порівну поділено між ТН та ТАО.
Попередні техніко-економічні розрахунки для умовного району із попитом у 300 МВт. 50 % заміщення природного газу по району.
____________
- 1 Вартість виключно самої установки, без врахування витрат на монтажно-технічні роботи.-
2 При цьому необхідно враховувати, що при застосуванні ТН та ТАО сумарне споживання електрики для їх функціонування складає 65 МВт (з яких 15 МВт йде на роботу ТН).-
3 Загальна вартість включає надбавку приблизно у 40 % (з них 20 % - витрати на монтажно-технічні роботи і ще до 20 % - витрати на додаткове технічне обладнання, розмір цих витрат залежить від конкретного конструктивного рішення окремого проекту).
В таблиці:
КГУ - когенераційні установки типу "газопоршневі";
ТН - тепловий насос (вартість з обв'язкою);
ТАО - теплоелектроакумулююче опалення (вартість без обв'язки).
Таким чином, загальна вартість проведення модернізації згідно з попереднім аналізом буде складати 266 млн. €. За попередніми розрахунками строк окупності такого пілотного проекту складатиме 4,5 - 5 років.
На рис. 2 зображено енергетичний аналіз умовного району потужності 300 МВт, чорним кольором нанесені числові значення, що відповідають загальній встановленій потужності КГУ, ТН та ТАО відповідно, синім кольором показані потоки електричної енергії (при цьому також визначено електрику, що необхідно витратити при роботі тієї чи іншої установки), відповідно червоним кольором позначено теплову енергію, яку можна отримати в результаті застосування технологій розосередженої генерації.
Умовні позначення на схемі:
Х МВт - загальна потужність,
Х МВт - електрична потужність,
Х МВт - теплова потужність.
Продемонструємо схематично пропонований варіант (рис. 2), що представляє баланс між виробничими потужностями та попитом на них. Отже, згідно з рис. 2 покриття більшої частини попиту (попит, який забезпечується від великих котелень) на теплову енергію та ГВП забезпечують завдяки використанню когенераційних установок, які планується встановити замість існуючого застарілого обладнання централізованих котелень. Електрична енергія від КГУ має використовуватися для власних потреб котелень і для потреб міста. Вдень і в години пікових навантажень електрична енергія має використовуватись для збільшення маневреної потужності, а вночі електроенергія, що виробляється ними, буде споживатися теплоелектроакумулюючим обладнанням та на ГВС (встановленим в адміністративних будинках, школах, дитячих садках тощо) для вирівнювання графіку електронавантаження.
За допомогою територіальної декомпозиції систем теплопостачання мають визначатися райони, в яких доцільно деяку частину попиту на енергію покривати за рахунок теплоелектроакумулюючого опалення та теплових насосів. Використання цього обладнання доцільно застосовувати в районах, мережі теплопостачання яких знаходяться в незадовільному стані.
Відновлювані джерела енергії (біопаливо) також можуть бути використані для покриття попиту (за потребою), але вони є пасивними елементами системи, адже їх енергетичний потенціал не є постійним.
Таким чином, буде забезпечено оптимальну інтеграцію автономних джерел генерації теплової та електричної енергії з об'єднаною енергосистемою, в цілому покращуючи функціонування створюваних таким чином інтегрованих систем енергозабезпечення шляхом вирівнювання графіків електричних та теплових навантажень.
Структура генеруючих потужностей за видами первинного енергоносія
У таблиці представлено попередній прогноз розвитку генеруючих потужностей м. Києва за різними сценаріями.
Прогноз генеруючих потужностей м. Києва за різними сценаріями
____________
* - для оцінки точних даних потребується додатковий час.
Реалізація заходів по варіанту 2 дозволить покрити дефіцит попиту на теплову та електричну енергію в м. Києві та отримати екологічні та економічні вигоди внаслідок використання відновлюваних джерел енергії, більш ефективного використання первинних енергоносіїв та зменшення викидів.
Оцінка тенденцій сталого розвитку столиці України проводиться за різного роду показниками, індикаторами та індексами. Реалізація процесу сталого розвитку передбачає певну керованість, яка спирається на використання системного підходу і сучасних інформаційних технології. При цьому виконується моделювання, аналіз та прогнозування різних варіантів розвитку та вибираються і реалізуються найбільш оптимальні. Звичайно ж для забезпечення сталого розвитку міста повинні бути забезпечені відповідні умови функціонування всіх його підсистем, серед яких однією з найважливіших є енергетика.
10.3. Пропозиції до використання мулу з Бортницької станції аерації
В управлінні комунального господарства КМДА вивчається можливість будівництва мулоспалювального заводу на території Бортницької станції аерації з метою забезпечення довгострокової гарантії утилізації осадів. Тут мова може йти про автотермічне спалювання механічно зневодненого осаду стічних вод спочатку до 284 т/день за сухими речовинами сирого осаду, пізніше - 245 т/день за сухими речовинами збридженого осаду. Передбачено одночасно із спалюванням осаду, що утворюється щоденно на станції, протягом 45 років спалити мул з мулових майданчиків. У результаті середня щоденна кількість мулу становитиме 136 т/день за сухими речовинами.
Осад з очисних споруд, призначений для спалювання, вважається відходами, - тому мулоспалювальний завод повинен відповідати вимогам директив Європейського співтовариства КІ-2000/76/УС.
Зневоднений за допомогою центрифуги осад стічних вод зі станції (25 % сухої речовини) перекачується насосами у накопичувальний резервуар. Звідти за допомогою шнекових транспортерів осад подається до сушильної камери. Тут відбувається висушування до 34 - 40 % вмісту сухої речовини. Після висушування осад подається шламовим насосом на спалювання. В сушильній камері переробляється весь зневоднений мул.
Вироблена пара буде перетворюватись за допомогою парової турбіни на електричний струм.
З золи, що утворюється після спалювання, після її очистки від важких металів, можна виготовляти високоякісні фосфатні добрива.
Теплотворна здатність сухого мулу оцінюється від 2500 до 4100 Ккал/кг, за даними фірми "Берлінвассер Інтернаціонал" (Німеччина), яка робила дослідження з метою побудови мулоспалювального заводу, ця величина становить 2639,9 Ккал/кг. Запаси мулу на мулових полях (розрахункові) складають 8500 тис. м/куб. Кожного дня запаси поповнюються орієнтовно на 40 - 50 м/куб (у розрахунку за сухими речовинами).
В такому разі розрахункова потужність такого заводу буде достатня для забезпечення роботи 5 котлів по 10 тн пари/год типу ПКК-30/45 з такими параметрами:
- 40 тн пари на годину
- Температура t = 440° C
Це достатньо для забезпечення роботи турбіни для виробництва електроенергії 6 МВт, крім того, отримується тепло 12,8 Гкал/год.
Реалізація такого проекту передбачає:
Виробництво електроенергії - 6 МВт
Виробництво теплоенергії - 12,8 Гкал
Споживання електроенергії на власні потреби - 2 МВт
Теплова енергія на власні потреби - 2,8 Гкал
Реалізація іншим споживачам електроенергії - 4 МВт
Реалізація іншим споживачам теплоенергії - 10 Гкал
Загальна вартість будівництва нового мулоспалювального заводу, який розроблений фірмою "Берлінвассер Інтернаціонал" (Німеччина), орієнтовано становить 1214,750 млн. грн. (113 млн. євро).
Термін окупності проекту складе орієнтовно 22,7 року.
10.4. Використання місцевих видів палива (торфу, деревних відходів тощо)
Отримання енергії з місцевих видів палива (відходів деревини, тирси, тріски, дров, лушпиння насіння соняшника, стебла соняшника та кукурудзи, костро- та торфобрикетів, різних гранул, фрезерного торфу, соломи та т. ін.) є однією із найдинамічніших галузей, які швидко розвиваються в багатьох країнах світу. Цьому сприяють як великий енергетичний потенціал такого палива, так і його поновлюваний характер. Крім того, гроші, які платять енергогенеруючі підприємства за місцеву сировину, залишаються в регіоні та сприяють його економічному розвитку. Разом зі зменшенням споживання традиційних енергоносіїв (і в першу чергу природного газу) зникає залежність від їх імпорту, що сприяє покращенню енергетичної безпеки нашої країни.
Враховуючи той факт, що тепло, отримане при використанні місцевого палива, коштує дешевше від тепла із традиційних енергоносіїв, споживачі отримають доступне по оплаті теплопостачання. Створення комфортних умов для проживання і праці населення України сприятиме покращенню соціального стану у регіонах.
При використанні місцевих видів палива для отримання теплової енергії потрібно звернути увагу на таке:
1) системи опалювання і гарячого водопостачання не відрізняються від традиційних схем по конструктивному виконанню та розміщенню. Основною особливістю такої системи є наявність спеціального котла, що входить в нагрівальний контур системи та використовує місцеві види палива;
2) незалежно від схеми теплозабезпечення нові котли можуть встановлюватися індивідуально або прибудовуватися до існуючих котелень і працювати паралельно на одну теплову мережу, що дозволить використовувати наявне обладнання в якості резервного або для покриття пікових навантажень, завжди маючи резерви по запасу потужності;
3) при виборі обладнання слід звернути увагу на його теплотехнічні характеристики і екологічні показники, що надалі визначать витрати на його установку та експлуатацію. Слід брати до уваги той факт, що котли з автоматичною подачею палива значно дорожчі від аналогічних котлів, при обслуговуванні яких використовується ручна праця;
4) серед усього різноманіття місцевих видів палива в першу чергу необхідно звертати увагу на використання найпоширеніших в регіоні, які мають найбільший потенціал на теперішній час і в перспективі (для цього необхідно провести відповідні дослідження та визначити потенційних поставщиків);
5) енерговміст місцевих видів палива нижчий за традиційні, що робить їх неконкурентноздатними при транспортуванні на великі відстані, тому їх доцільно використовувати локально, а саме: у системах теплопостачання в сільській місцевості та малих містечках;
6) кількісна величина сільськогосподарських відходів для енергетичних потреб залежить від урожайності і може коливатися із року в рік;
7) надійність, безпека, ефективність і економічність систем теплопостачання залежать від якості палива, надійності його постачання, умов транспортування і зберігання. Основний запас палива може зберігатися на місцях його добування (наприклад, солома на полях, під критими навісами або в ангарах сільгосппідприємств);
8) запас палива, що забезпечує тижневу роботу котла, повинен знаходитися в безпосередній близькості, щоб уникнути непередбачених перебоїв при доставці палива. Своєчасна доставка палива і підтримка його необхідного запасу, як правило, лягає на плечі постачальників, а вартість формується з урахуванням доставки;
9) так як в Україні немає створеної розвинутої інфраструктури по доставці, зберіганню, підготовці використання такого палива та утилізації золи, ці організаційні питання повинен вирішувати споживач.
На українському ринку є близько 25 торгових марок обладнання як українських, так і закордонних виробників, яке працює на місцевих видах палива (табл. 10.1, 10.2).
Таблиця 10.1. Торгові марки котельного закордонного обладнання для спалювання місцевих видів палива та компанії, які їх пропонують
Таблиця. Українські виробники котельного обладнання, яке працює на місцевих видах палива та відходах
11. ВСТАНОВЛЕННЯ ІНДИВІДУАЛЬНИХ ТЕПЛОВИХ ПУНКТІВ (ІТП)
11.1. Досвід встановлення в підвалах житлових будинків ІТП замість ЦТП і ефективність впровадження цих заходів
Держжитлокомунгоспом України та департаментом інженерного забезпечення комунальних служб і житлового господарства Київської міської державної адміністрації проведений експеримент по впровадженню ІТП і приладів квартирного обліку і регулюванню витрат теплової енергії. Експеримент проводили в трьох 40-квартирних секціях багатоповерхового будинку, який опалювався від теплоелектроцентралі за залежною схемою. В ІТП в одній секції не був встановлений погодинний регулятор. В двох інших ІТП було встановлено погодні регулятори вітчизняного та іноземного виробництва (фірма ДАНФОС). Порівняльний аналіз споживання тепла секціями будинку, де було встановлено в ІТП погодні регулятори, які регулювали подачу теплоносія в залежності від температури зовнішнього повітря, показав, що витрати тепла зменшились на 15 - 20 %.
Сучасні ІТП включають модульні блоки з датчиками температури зовнішнього повітря і реалізують погодне та пофасадне регулювання, підтримуючи задану температурним графіком температуру в падаючому трубопроводі системи опалення.
Блоки виконані в компактному виді в умовах заводської збірки на базі комплектуючих передових компаній-виробників. Таким чином, використання індивідуальних теплових пунктів має ряд переваг, а саме: сучасна автоматика модуля дозволяє економити теплову енергію, зменшується довжина теплотраси, підвищується надійність теплопостачання; у випадках аварії відключається один ІТП, а не весь ЦТП.
На сьогодні ТОВ "Інженерний центр теплопостачання" (м. Київ) проводить широке впровадження індивідуальних теплових пунктів. Розрахунки показують, що впровадження ІТП в житлових, громадських будівлях та на промислових підприємствах усіх форм власності, які споживають не менше 30 % всього тепла, що виробляється в системі теплопостачання м. Києва, дасть економію 10 % від всього обсягу природного газу, який спалюють котли підприємства за один рік.
11.2. Сучасне теплообмінне обладнання, яке виробляється в Україні
В Україні, в м. Севастополі, ТОВ "Теплобмін", розроблено та організовано з 1993 року серійний випуск принципового нового типу теплообмінного обладнання ТТАИ, що за масогабаритними показниками, ефективністю перевищує так широко розрекламовані пластинчаті теплообмінники і не має подібних аналогів у світі. Крім того, вартість цих теплообмінників нижча аналогічних за параметрами пластинчатих. Типоряд теплообмінників ТТАИ перевищує 4000 одиниць.
Тепообмінники ТТАИ експлуатуються на котельнях та теплових пунктах м. Києва. В м. Києві було поставлено 345 одиниць теплообмінників ТТАИ. Теплообмінники встановлено у готелях "Русь", "Київ", у 3-х будівлях КиївЗНІІЕП, Борщагівському хімфармзаводі, підприємствах "Фармак", "Київгума", Банкнотно-монетному дворі України, супермаркеті "Магеллан" та десятках інших житлових, громадських і промислових об'єктах. В ПАТ "КИЇВЕНЕГО" ці теплообмінники встановлено в котельні на вул. Берковецькій, 6, ІТП житлового будинку в Бортничах, вул. Леніна, 65, та інших теплопунктах.
У 2005 році теплообмінники ТТАИ включено в інформаційний збірник КиївЗНІІЕП. Центром енергозбереження КиївЗНІІЕП розроблено Рекомендації по застосуванню теплообмінників ТТАИ в теплових пунктах житлових та громадських будівель.
11.3. Досвід ефективного впровадження технічних рішень, розроблених к. т. н. Гершковичем В. Ф., в енергозбереженні
У 2008 році в м. Запоріжжі підприємством "Енергомінімум", м. Київ, директор В. Ф. Гершкович, впроваджена теплова схема та схема автоматизації теплових пунктів - метод гідравлічно стійкого регулювання. На реконструкцію одного теплопункту було витрачено близько 75 тис. грн., усі затрати окупилися за кілька тижнів експлуатації теплопункту в опалювальний період. У жовтні 2009 року за випробованою схемою було реконструйовано ще п'ять ЦТП.
Запропонована В. Ф. Гершковичем схема може ефективно працювати як в старих будівлях з елеваторами, так і в сучасних теплопунктах з сучасним обладнанням. В якості регулюючих пристроїв використано позиційні регулятори КІАРМ.
Рекомендується ширше застосувати технічні розробки В. Ф. Гершковича в тепловому господарстві м. Києва, що дозволить швидше та ефективніше досягнути реальної економії палива з меншими матеріальними затратами.
11.4. Техніко-економічні складові розрахунку економічної ефективності ліквідації ЦТП та їх заміни на ІТП
Сума інвестицій на виконання програми по встановленню ІТП включає визначення для кожного будинку найкращої схеми, можливості перебудови приміщення будинків для розміщення і монтажу ІТП, вартість монтажу ІТП і перебудови чотиритрубної теплової мережі у двотрубну, демонтаж ЦТП та ін. Вартість будівництва одного ІТП в будинках - споживачах тепла та ГВС приймаємо на рівні 500 тис. гривень. Питання вартості заміни теплових мереж буде розглянуто в розділі 14 "Заміна теплових мереж".