Научно-исследовательский и проектный институт перспективного развития энергетических систем

Определение фактических теплотехнических параметров потребителей и тепловых сетей.

Идентификация фактических значений условно постоянных (конструктивных) параметров потребителей и тепловых сетей выполняется в результате автоматической статистической обработки данных приборов учета тепловой энергии. Для потребителей (конечных или обобщенных для выделенных зон или систем теплоснабжения) определяются фактические коэффициенты теплопередачи через наружные ограждения отапливаемых зданий, фактические нагрузки ГВС, фактичекские коэффициенты теплоотдачи и расходы теплоносителя в отопительных системах, фактические коэффициенты смешения теплоносителя и параметры работы теплообменников на тепловых вводах. Для тепловых сетей определяются: фактические коэффициенты теплоотдачи теплопроводов в окружающую среду, фактические утечки теплоносителя, фактические гидравлические сопротивления и гидравлическая устойчивость отдельных подсистем и систем централизованного теплоснабжения в целом. Идентифицированные параметры позволяют моделировать функционально зависимые энергетические характеристики (тепловые нагрузки, тепловые потери и др.) при любых внешних воздействиях (управляющих - температуры прямого теплоносителя и напора на источнике, параметрах окружающей среды - температуры наружного воздуха, температуры холодной воды, температуры грунта). Сравнение фактических оценок энергетических характеристик системы теплоснабжения с референтными значениями служит основанием для выработки решений по приведению системы к целевому состоянию.

Оценка (прогнозирование) режимов систем централизованного теплоснабжения для любых значений управляющих параметров (температуры прямого теплоносителя и напора на источнике) во всем диапазоне значений температуры наружного воздуха.

Оценка режимов системы выполняется после получения фактических значений условно постоянных параметров потребителей и тепловых сетей с помощью специального программного обеспечения (модель теплового состояния системы централизованного теплоснабжения, включающая модель «обобщенной» тепловой сети и модель «обобщенного» потребителя, собираемая, в свою очередь, из моделей потребителей с тем или иным типом подключения систем отопления и систем ГВС). Среди определяемых параметров режимов – целевые параметры управления режимами теплоснабжения: температура воздуха в отапливаемых помещениях и температура воды в водоразборных кранах систем ГВС, другие измеряемые и не измеряемые параметры: температура теплоносителя на тепловом вводе обобщенного потребителя, температура теплоносителя после отопительных систем, после циркуляционных систем ГВС, расходы теплоносителя на отопление и ГВС с учетом работы регуляторов; температура теплоносителя, возвращаемого на источник теплоснабжения, энергетические характеристики и составляющие балансов тепловой мощности и расхода теплоносителя по всем видам потребления и потерь. Модельная оценка фактически не наблюдаемых температуры внутреннего воздуха и воды в системах ГВС создает возможность управлять этими параметрами, оценивать состояния потребителей для штатных и аварийных режимов, при существующем состоянии сетей и оборудования и при реализации мероприятий по развитию и реконструкции системы. Оценка объемов фактического потребления и фактических потерь тепловой энергии и теплоносителя в годовом или месячных периодах дает возможность прогнозировать результаты производственной деятельности ТСО, выполнять технико-экономические обоснования вариантов перспективного развития систем теплоснабжения.

Расчет температурных графиков (температурно-расходных графиков) отпуска тепловой энергии, адаптированных к существующему состоянию систем теплоснабжения.

Расчет температурных графиков, выполняемый с помощью специального программного обеспечения, базируется на оценках фактических значений теплотехнических характеристик потребителей и тепловых сетей, учитывает наличие разнообразных схем подключения систем отопления и ГВС и взаимовлияние их режимов, учитывает бытовые тепловыделения, влияние изменяющейся температуры холодной воды и грунта, адаптирован к фактическим «привычкам» потребителей конкретной системы (потребление горячей воды, проветривание). При расчете температурно-расходных графиков, как и при оценке и прогнозировании режимов, учитывается изменение фактического уровня воздухообмена в зависимости от количества поданной тепловой энергии (регулирование проветриванием, что в некоторых системах для потребителей является основным способом поддержания температуры внутреннего воздуха на комфортном уровне). Получаемые графики централизованного управления полностью соответствуют фактическим потребностям «обобщенного» потребителя системы во всем проектном диапазоне значений температуры наружного воздуха и исключают общесистемные «недотопы» и технологически необоснованные «перетопы» в отопительный период, в неотопительный период – недогрев (перегрев) воды в системах ГВС. Поскольку при соблюдении таких графиков роль средств локального управления на тепловых вводах сводится к компенсации именно локальных различий в условиях теплоснабжения потребителей (различная удаленность от источника, различные соотношения нагрузок и режимы потребления), локальные управления становятся разнонаправлены и не приводят к «раскачиванию» системы (для систем с ограниченной пропускной способностью и увеличивающейся оснащённостью тепловых узлов средствами локального регулирования роль централизованного регулирования, как можно более точно отвечающего фактическим потребностям среднего потребителя, существенно возрастает).

Обоснование (пересмотр) расчетных значений температуры и удельного расхода теплоносителя в тепловых сетях.

В первом приближении, адаптированные к фактическому состоянию сетей и потребителей расчетные значения температуры и удельного расхода сетевого теплоносителя получаются из базового температурного графика, отвечающего потребностям системы в ее существующем состоянии, с фактическими теплотехническими характеристиками ее элементов и фактически установившимися уровням расходов в наружных и внутренних сетях (при существующем напоре источника, существующих гидравлических сопротивлениях и коэффициентах смешения/трансформации сетевых/внутренних расходов). Базовые расчетные значения соответствуют характерным точкам базового графика: при расчетном значении наружной температуры и ее значении в начале нижнего спрямления графика совместной нагрузки отопления и ГВС. Далее требуется комплексный анализ достижимости (оптимальности) базовых значений расчетных параметров работы тепловых сетей, который выполняется для существующих и перспективных тепловых нагрузок с учетом запланированных мероприятий (в частности, направленных на приведение энергетических характеристик системы к целевому состоянию). Если базовые расчетные параметры тепловых сетей достижимы (соответствуют возможностям выдачи тепловой мощности источником, надежной работе и перспективной пропускной способности тепловых сетей, технической политике применения материалов теплопроводов), соотношение температуры и расхода сетевого теплоносителя может быть дополнительно оптимизировано с помощью специального программного обеспечения оценки ценовых последствий («цены» того или иного графика) для потребителей и для ТСО. В противном случае вырабатывается решение, при котором как максимальная температура сетевой воды, так и пропускная способность сетей удовлетворяют заданным ограничениям. Расчетные целевые значения параметров работы тепловых сетей, определенные на долгосрочную перспективу, должны использоваться как в текущей эксплуатационной работе по нормализации режимов систем теплоснабжения: наладочных расчетах сужающих устройств и выдаче предписаний по санации теплопотребляющих установок для приведения расхода теплоносителя через теплопотребляющие установки к целевому состоянию, так и при решении задач перспективного развития: разработке схем теплоснабжения, выдаче технических условий на присоединение потребителей, выдаче заданий на проектирование тепловых сетей. Для систем теплоснабжения от крупных источников с протяженными тепловыми сетями целесообразно проводить зональную корректировку расчетных значений параметров подключения потребителей.

Эволюция температурно-расходных графиков централизованного отпуска тепловой энергии в проектной перспективе.

Если обоснованное для данной системы расчетное значение температуры сетевого теплоносителя должно быть утверждено в качестве постоянной величины на заданный проектный период, то температурно-расходные графики, определенные для всего диапазона изменения температуры наружного воздуха, из года в ход изменяются вследствие изменения тепловых нагрузок и реализации мероприятий на тепловых сетях и у потребителей. Диспетчерские графики отпуска тепловой энергии, обеспечивающие заданную температуру воздуха и заданный уровень воздухообмена внутри отапливаемых помещений «обобщенного» потребителя, рассчитываются отдельно для осенне-зимней и зимне-весенней частей отопительного периода. Для летнего режима определяется температура теплоносителя на выходе источника, обеспечивающая требуемую температуру в водоразборных кранах систем ГВС «обобщённого» потребителя. Также отдельно расчет графиков производится для переходных периодов включения и отключения отопления. Разработанные таким образом графики соответствуют адекватным, реальным требованиям поддержания режима, как со стороны ТСО, так и со стороны потребителей, результаты их актуализации следует отражать в договорах (дополнительных соглашениях к договорам) на теплоснабжение и контролировать их соблюдение. Перспективные температурно-расходные графики отпуска тепловой энергии могут определяться при актуализации схем теплоснабжения, отражая связь режимов перспективных режимов теплоснабжения с запланированными мероприятиями, связь перспективных тепловых нагрузок с планируемым отпуском тепловой энергии. Ретроспективный анализ фактических графиков отпуска тепловой энергии служит для контроля фактического исполнения и фактически достигнутой эффективности запланированных мероприятий.

Задачи оптимизации степени централизации систем теплоснабжения решаются в целях повышения экономической эффективности, надежности и качества теплоснабжения, как при перераспределении зон теплоснабжения существующих потребителей между существующими или предлагаемыми проектом источниками, так и при решении вопросов подключения перспективных потребителей к тому или другому существующему или перспективному источнику. Решение задачи соответствует обоснованию так называемого «радиуса эффективного теплоснабжения», однако, в его основу заложена общая методика сопоставления расходов и доходов от производства, транспорта, распределения и сбыта тепловой энергии, определяемых для любого узла тепловой сети как при условии его включения в «общую систему», так и при условии его «автономизации» (наделения собственным источником). Разработанная методика включает в себя методы и алгоритмы оценки доходов и расходов для каждой структуры (подзоны) системы теплоснабжения и для каждого режима отпуска тепловой энергии (температурно-расходного графика). При наличии приборов учета тепловой энергии в рассматриваемых в оптимизационной задаче узлах тепловой сети, для подзон, запитываемых от каждого узла, может быть выполнена дифференцированная оценка энергетических характеристик, включая фактические полезные нагрузки и сетевые потери тепловой энергии и теплоносителя. Доходы/убытки ТСО в результате того или иного структурно-параметрического решения определяются с учетом фактической оснащенности потребителей приборами учета. Ценовые последствия для потребителей тепловой энергии (включая необходимые корректировки нормативов потребления) могут уточняться с соблюдением принципа гарантированной доходности ТСО.

При разработке комплексных программ закрытия ЦТП производится предварительное их ранжирование по специальной методике, включающей множество различных критериев. Для зон ЦТП, прошедших критериальный отбор, задача «ЦТП или ИТП» решается с применением общей методики сопоставления расходов и доходов от производства, транспорта, распределения и сбыта тепловой энергии для одного и другого варианта. Сетевые потери тепловой энергии и теплоносителя в 4-х (или 3-х) или 2-х трубных распределительных тепловых сетях определяются в результате статистической идентификации энергетических характеристик в данной системе теплоснабжения, после чего с помощью специального программного обеспечения выполняется оценка затрат на энергоресурсы, в том числе, с учетом сокращения сливов при повышении температуры горячей воды. Если реализация проекта приводит к существенному улучшению качества отопления и ГВС, в ценовых последствиях реализации проекта читывается прогностическая оценка снижения штрафов. Изменение эксплуатационных затрат (уход от эксплуатации сетей ГВС) оценивается с применением фактической статистики повреждаемости сетей отопления и ГВС. Капитальные затраты оцениваются по НЦС или по фактически исполненным проектам в данном населенном пункте или ТСО.

Синтез оптимального схемного решения для ИТП производится с учетом вновь обоснованных (пересмотренных) температурных графиков, с учетом фактических теплотехнических параметров и энергетических характеристик потребителей и тепловых сетей, с использованием моделей режима тепловой сети и режима отопления и ГВС потребителей в зависимости от расхода теплоносителя и поверхностей теплообменников ИТП. Результатом решения задачи является оптимизация соотношения расходов на выработку, транспорт и распределение тепловой энергии и стоимостью ИТП, с оптимальной для данного режима работы сети схемой подключения отопления и ГВС.

Производится, во-первых, на основании модели маржинальности поставок тепловой энергии и теплоносителя в зависимости от степени оснащённости системы общедомовыми и индивидуальными приборами учета при сохранении цен и нормативов потребления; с другой стороны, используется модель обоснованных цен на тепловую энергию и теплоноситель, обеспечивающих, в зависимости от степени оснащённости приборами учета, заданную маржинальность. Самостоятельное значение при этом имеют модели начисленного (по приборам учета и по нормативу) отпуска тепловой энергии и теплоносителя и модели начисленных потерь тепловой энергии и теплоносителя, анализ отличия начисленных значений от фактических, и тенденций изменений этих значений при изменении степени оснащенности приборами учета (если полезный отпуск, как правило, уменьшается при увеличении оснащенности, то тепловые потери имеют обратную тенденцию, что необходимо учитывать при анализе ценовых последствий установки приборов учета).

Осуществляется с учетом анализа последствий как со стороны гидравлической устойчивости системы, влияния одних групп потребителей (автоматизированных и неавтоматизированных, расположенных на разном удалении от источника) на другие, так и со стороны изменения (как правило, уменьшения) полезного отпуска, приводящего к увеличению цены ресурса в системе централизованного теплоснабжения. Использование разработанных методик, включая методики обоснования адекватных существующему состоянию системы графиков централизованного регулирования отпуска тепловой энергии, будет способствовать нормализации процессов локальной автоматизации, а своевременное сопровождение этих процессов обоснованиями соответствующих цен на тепловую энергию и теплоноситель обеспечит гармонизацию интересов ТСО и потребителей при сдерживании суммарного платежа потребителей за отопление и ГВС.

Применяется для систем с работающими в базовом режиме ТЭЦ и пиковыми (догревающими) котельными, а также при объединении зон теплоснабжения, когда полный вывод из эксплуатации одного из источников приводит, - по недостатку установленной мощности другого источника, - к отрицательному тепловому балансу в системе, или нецелесообразен по результатам расчета надежности и эффективности. В то же время, сохранение нескольких источников, с постановкой наиболее эффективного в базовый режим работы, а наименее эффективных – в пиковый, приводит к оптимальному решению задачи по соотношению капитальных и текущих расходов и системной надежность. Разработан оригинальный подход к оптимизации таких систем, предусматривающий работу пиковых источников не только в «догревающем», но в «смесительно-догревающем» режиме, позволяющий максимально эффективно использовать существующие тепловые сети и основное оборудование источников, оптимизировать расход теплоносителя от базового источника, снизив соответствующие капитальные затраты на прокладку сетей, связывающих объединяемые зоны теплоснабжения, повысить гидравлическую устойчивость системы, оптимизировать значения температуры срезки и наружной температуры, при которой происходит выход в базовый режим, обеспечить максимальную надежность и маневренность системы при максимальном энергетическом и экологическом эффекте. При включении в систему перспективных котельных, на начальном этапе они могут играть роль пусковых, оптимизируя сроки инвестиций и использование пропускной способности магистральных сетей при развитии системы.