В прошлом номере «ЭнергоРынка» мы рассмотрели альтернативную схему теплоснабжения, объединяющую элементы традиционного водяного и электроснабжения, и ее неоспоримые преимущества; выявили ряд проблем, которые не могут быть решены при существующей системе водяного теплоснабжения; просчитали эффект от использования электроэнергии в целях обеспечения потребителей теплом, а также определили себестоимость энергии при переходе от выработки котельной к получению ее от ТЭЦ. Данная часть работы посвящена будущему электротеплоснабжения в свете положений Энергетической стратегии России на период до 2030 г.
    Итак, плюсы электротеплоснабжения очевидны. В дальнейшем его позиции только усилятся, и этому будут способствовать следующие факторы:
    1. Неизбежный процесс модернизации ТЭЦ с повышением их электрического КПД и, вероятно, мощности (из соображений экологичности и экономичности). При этом многие потребители могут оказаться за пределами эффективного радиуса теплоснабжения.
    2. Увеличение доли энергоэффективных зданий за счет строительства новых и реконструкции существующих при тенденции к росту электропотребления в быту. Сокращение тепловых потерь зданий до величин, сопоставимых с расходом электроэнергии в домашних хозяйствах, позволит использовать одни и те же электрические сети для тепло- и электроснабжения. Предпочтение осветительной и розеточной нагрузки отоплению и горячему водоснабжению путем применения электронагревательных приборов аккумуляционного типа и автоматики ограничения максимума электропотребления дает возможность перенести значительную часть потребления электроэнергии на ночное время [10]. Для энергоэффективных зданий плотность тепловой нагрузки в тепловых сетях может быть настолько мала, что экономически невыгодным станет водяное теплоснабжение с тепловыми пунктами, сетями и системами перекачки теплоносителя. Затраты на эксплуатацию такой системы способны превысить эффект от ее использования.
    3. На «облик» системы теплоснабжения может коренным образом повлиять и развитие энергетики. Прогнозы здесь достаточно противоречивы, но в большинстве своем предполагают значительные изменения в ближайшие десятилетия. К ним относятся и внедрение технологий получения энергии, не связанных с применением углеводородов, и рост доли угля, АЭС, возобновляемых источников энергии, и др.
    Так, в альтернативных источниках энергии одно из ключевых мест отводится водороду и топливным элементам. По мнению специалистов, водород может стать универсальным энергоносителем, позволяющим наиболее эффективно выстроить глобальную и локальные системы энергоснабжения и свести в единый комплекс производство, транспортировку, аккумулирование и потребление энергии различными пользователями, а также существенно повысить рациональность расходования органического и ядерного топлива в стационарной энергетике и снизить загрязненность окружающей среды [10]. При этом следует отметить, что в качестве приоритетного направления водородной энергетики для России рассматривается использование водородных топливных элементов не на транспорте, а именно в жилищно-коммунальном хозяйстве. Выдвигается гипотеза о нецелесообразности реконструкции системы энергоснабжения на прежней технологической базе.
    Иная точка зрения изложена в статье директора Института энергетических исследований РАН академика РАН Макарова А. А. [5]: «Альтернативой служит сценарий электрического мира, когда более половины конечного потребления обеспечит электроэнергия. На качественно новых аккумуляторах она уменьшит прямое сжигание топлива до 47%, прежде всего — на транспорте и в распределенной энергетике, а при освоении сверхпроводимости облегчит к тому же использование возобновляемой энергии, особенно солнечной и приливной. Это одна из важнейших развилок инноваций в энергетике. От того, кто выиграет гонку идей и технологий в области эффективного аккумулирования электроэнергии, сильно зависит востребованность других направлений НТП и вообще конфигурация энергетики будущего».
    Оба варианта развития энергетики — и «водородный», и «электроаккумуляционный» — при наличии технологических процессов, связанных с накоплением энергии (или в производстве водорода, или при зарядке электроаккумуляторов) дают обнадеживающие перспективы для выравнивания графика нагрузки системы энергоснабжения посредством энерготехнологического комбинирования с участием схем электротепло­снабжения. В частности, результаты оценки возможности выравнивания нагрузки за счет производства водорода приведены в работе [11]: «Интересен водород и для атомных электростанций как аккумулятор энергии — предполагалось создание производства водорода электролизом воды мощностью 30 МВт, т. е. с производительностью 14,5 т водорода в сутки. Причем, естественно, предусматривалось использование электроэнергии провальной части нагрузки на АЭС. Полученный водород предполагалось использовать в общественном транспорте и для других целей». Что касается традиционной системы водяного теплоснабжения, то здесь подобные перспективы практически отсутствуют. При широком распространении гибридных автомобилей и автомобилей на водороде системы зарядки двигателей могут функционировать как демпферы (аккумуляторы), способствующие выравниванию графика нагрузки. (Принимая во внимание тот факт, что автомобильный транспорт потребляют более 60% всей добываемой нефти, а его суммарная мощность уже превысила ресурс всех электростанций на планете, влияние автотранспорта на работу системы энерготепло­снабжения может быть весьма существенным.)
    Нет однозначного ответа на вопрос, как будет взаимодействовать система теплоснабжения с энерго­снабжением транспорта. Но скорее всего, система энерготеплоснабжения с ее основным источником для выработки тепла — электрической энергией — лучше адаптирована к возможным изменениям в энергетике и в других сферах жизнеобеспечения общества.
    Предусмотренное Энергетической стратегией России до 2030 г. (ЭС-2030) увеличение доли угля в структуре расходуемого на ТЭС топлива, возможно, также подтолкнет развитие электротепло­снабжения.
    Как отмечает членкор РАН Алексеенко С. В. [12], ожидаемый КПД ГТУ при сжигании угля приблизится к КПД парогазовой установки. Однако в угольной энергетике есть некоторые особенности: транспортировка и подготовка угля, а также очистка продуктов сгорания требуют наличия достаточно крупных электростанций. А это значит, что функции традиционного теплоснабжения будут ограничены лишь подачей тепла потребителям, находящимся в пределах эффективного радиуса теплоснабжения.
    Практически неизбежным является использование бытовых отходов в качестве сырья для производства энергоносителей. Сбор, переработка и утилизация твердых бытовых отходов в настоящее время — острейшая экологическая, экономическая и социальная проблема. Так, на территории Московской области (с учетом столицы) ежегодно оседает более 9 млн т твердого бытового мусора. В основной своей массе его традиционно вывозят на полигоны, которые занимают много ценных земель. Наряду с потерей площадей появление все новых и новых свалок ведет к неуправляемой миграции загрязняющих веществ в окружающую среду, нанося ей тем самым значительный ущерб. По данным специалистов [13], даже простое сжигание твердых бытовых отходов позволяет получить большое количество электрической и тепловой энергии. Институт химической физики РАН предложил метод огневой переработки отходов в местах их захоронения в режиме сверхадиабатического горения. Продуктами переработки являются горючий газ, грунт и минеральные остатки, пригодные для изготовления стройматериалов.
    Наиболее вероятным представляется применение данной технологии для комбинированного производства электрической и тепловой энергии. Сжигание бытового мусора только для выхода тепла менее привлекательно, так как в этом случае процесс должен проходить на значительном расстоянии от жилых массивов, что делает транспортировку тепловой энергии нерациональной.
    Планируемое ЭС-2030 увеличение доли атомной энергетики также отразится на конфигурации системы теплоснабжения. Регулировать мощность АЭС практически невозможно, особенно в расчете на суточные и сезонные колебания нагрузки, поэтому для покрытия неравномерности потребления придется реализовать ряд дополнительных мер (строительство гидроаккумулирующих станций, улучшение регулировочных возможностей ТЭС, производство водорода в провальной части нагрузки [10]). Электротеплоснабжение также способно внести существенный вклад в выравнивание нагрузочной кривой в зоне действия АЭС.
    Коренным образом могут измениться энергетика и теплоснабжение, если подтвердится предположение академика Ж. И. Алферова о том, что развитие полупроводниковой солнечной энергетики только в случае простой оптимизации технологии производства кремния и ряда тонкопленочных элементов в 2030 г. даст 140 ГВт — мощность всей энергетики России сегодня [14].
    Если эти прогнозы хотя бы частично оправдаются, не исключено, что преобладающий сейчас способ водяного теплоснабжения не сумеет органично вписаться в систему энергоснабжения.
    Намеченная Энергетической стратегией России на период до 2030 г. деурбанизация городских поселений, включая вынос за пределы городской застройки промышленных предприятий и масштабное строительство индивидуальных малоэтажных домов (52—55% всего вводимого в эксплуатацию жилья), также будет способствовать активному внедрению электротеплоснабжения. При этом перспективным может стать применение децентрализованных систем энерготеплоснабжения (с элементами электротеплоснабжения).
    Огромный потенциал у отопительных панелей мягкого ИК-излучения (инфракрасных обогревателей) [15]. Поскольку ИК-панели обеспечивают комфортные условия при меньшей температуре воздуха, чем конвективные обогреватели, а также позволяют регулировать мощность отопления в соответствии с потребностями, затраты энергии на теплоснабжение таких домов должны значительно сократиться.
    Применение ИК-панелей вкупе с водяным отоплением поможет снизить температуру теплоносителя в системе и, как следствие, потери в тепловых сетях, замедлит скорость их старения. Некоторая дополнительная электрическая нагрузка на ТЭЦ с одновременным падением температуры теплоносителя приведет к повышению коэффициента использования теплоты топлива [16]. Стоимость ИК-панелей сравнительно невелика, монтаж и демонтаж не вызывают особых трудностей, поэтому их установка выгодна в не слишком энергоэффективных зданиях с ограниченным остаточным ресурсом, где нерационально проводить мероприятия по утеплению. При переселении жильцов панели могут быть сняты и перенесены в новые квартиры. Низкотемпературные отопительные ИК-панели (излучающая поверхность — от 25 до 50 °С) создают комфортный тепловой режим при меньшей температуре воздуха в помещении. Экономия электропотребления на отопление по сравнению с приборами конвективного типа составляет не менее 20—30%. По прогнозам многих специалистов, технологии ИК-отопления получат широкое распространение уже в ближайшем будущем.
    К преимуществам ИК-панелей следует отнести также большой ресурс работы. Благодаря многообразию вариантов исполнения они идеально вписываются в любой интерьер. Весьма ценно, что некоторые ИК-панели способны аккумулировать тепло, а это позволяет выровнять график энергопотребления. С учетом всех положительных качеств ИК-панелей целесообразно оценить возможность их применения в качестве регулируемой надстройки бивалентной системы отопления на базе водяной.
    Кроме того, панели мягкого ИК-излучения благотворно влияют на здоровье людей, что выгодно отличает их от других систем, поэтому позитивные последствия внедрения этого высокотехнологичного продукта отечественного производства очевидны.
    Подводя итог, отметим следующие преимущества электротепло­снабжения по сравнению с традиционной системой водяного теплоснабжения:
    1. Высокая энергоэффективность при выработке электроэнергии в теплофикационном режиме за счет возможностей регулирования и учета, а также (в некоторых случаях) незначительные потери на участке транспортировки.
    2. Хорошая маневренность энергоснабжения при использовании одного вида энергии для различных потребителей и выравнивание графика нагрузки путем энерготехнологического комбинирования.
    3. Высокий уровень энергетической безопасности при возникновении чрезвычайных ситуаций вследствие больших возможностей приема энергии из других регионов, подключения автономных аварийных источников питания у наиболее ответственных потребителей.
    4. Полная адаптация к изменениям в структуре и объемах энергопотребления региона, техническим инновациям, связанным с теплоснабжением, в частности в энергетике, строительной теплофизике, теплотехнике и др.
    Разумеется, целесообразность электротеплоснабжения определяется в каждом конкретном случае. Например, в небольших городах, где есть промышленные предприятия, постоянно и в немалых количествах потребляющие энергию, оно может и не понадобиться. Решение следует принимать, исходя из структуры и динамики энергопотребления с учетом перспектив, социального и мультипликативного эффекта.
    Применение электроэнергии для целей теплоснабжения, безусловно, повысит энергоэффективность не только ЖКХ, но и всей теплоэнергетики. Поскольку энергетика и строительство являются сферами с инерционным циклом развития, работы по внедрению систем электротепло­снабжения необходимо начинать уже сейчас.
    Выводы и предложения
    1. Важно учитывать, что разработка и реализация программ теплоснабжения имеет свои особенности. В Концепции развития теплоснабжения в России [17] сказано, что «тепло является специфическим нерыночным товаром, его нельзя привезти из другого города и накопить на складе. Покупатели практически не могут отказаться от его потребления. Для сложных систем теплоснабжения нереально создать идеальный экономический механизм, позволяющий системе работать на основе рыночных принципов без внешнего административного вмешательства». В связи с этим представляется целесообразным создать механизм административного управления программами повышения энергоэффективности теплоснабжения, в рамках которого потенциальные инвесторы осуществляли бы свою деятельность. Необходимость администрирования обусловлена тем, что перспективные не только в социальном, но и в техническом плане программы не всегда дают скорый и очевидный эффект, а интересы частных инвесторов не всегда обеспечивают достижение «коллективного оптимума» [16].
    2. Требуется внести ряд дополнений в Закон «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности» от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ и в проект Закона «О теплоснабжении в Российской Федерации». В этих документах надо отразить возможность использования электроэнергии для теплоснабжения, поскольку это будет способствовать энергоэффективности всего комплекса — как потребителей, так и производителей энергии, а также приведет к улучшению качества жизни. Следует заменить понятие «тепловая энергия» термином «энергия».
    3. Для выстраивания детальной стратегии развития систем теплоснабжения в рамках про­мыш­ленно-энергетического форсайта Минпромэнерго России необходимо провести анализ факторов, способных оказать определяющее влияние на теплоснабжение при использовании систем электротеплоснабжения.
    4. Предстоит разработать и обосновать конструктивные схемы перспективных систем теплоснабжения и оценить возможности технологической базы для их реализации.
    5. При планировании мероприятий по модернизации выработавших свой ресурс ТЭЦ и других объектов теплоэнергетики необходимо учитывать эффективность и экологические преимущества систем электротеплоснабжения.
    Литература
    1. Яновский А. Б., Михайлов С. А. Энергетическая стратегия и развитие теплоснабжения России // Энергосбережение. 2003. № 4.
    2. Башмаков И. А. Проблемы развития энергетики Москвы // Энергосбережение. 2006. № 6.
    3. Рубин М. С. Методы прогнозирования на основе ТРИЗ / Вестник Академии прогнозирования. 1999. № 1.
    4. Жарков С. В. О перспективах оборудования отопительных ТЭЦ в России // Газотурбинные технологии. 2007. № 1.
    5. Макаров А. А. Научно-технологические прогнозы развития энергетики России: На основе доклада на научной сессии общего собрания РАН «Научно-технологический прогноз — важнейший элемент стратегии развития России» 16—17 декабря 2008 г.
    6. Семенов В. Г. Особенности российского энергодефицита // Новости теплоснабжения. 2007. № 3.
    7. Костюченко А. Е. Как снизить эксплуатационные расходы на производство электроэнергии и тепла? // www.avid.ru.
    8. Гриценко Г. Кого и как субсидирует электроэнергетика // www.old.polit.ru/documents.
    9. Ливчак В. И. К вопросу использования газовых котельных в качестве источника теплоснабжения или электрической энергии // Энергосбережение. 2000. № 3.
    10. Водородная энергетика должна стать национальным инновационным проектом XXI века / Национальная инновационная компания «Новые энергетические проекты» (НИК НЭП) // www.nic-nep.ru.
    11. Пономарев-Степной Н. Н, Столяревский А. Я. Атомно-водородная энергетика — пути развития // Энергия. 2004. № 1.
    12. Алексеенко С. В. Теплофизические основы новых энергетических технологий // Наука в Сибири: Еженедельная газета Сибирского отделения РАН. 10 апреля 2008 г.
    13. Новая энергетическая стратегия для России: Приложение к докладу ИНС «Национальная стратегия в условиях кризиса». Тупики российского ТЭК. 26 декабря 2008 г.
    14. Алферов Ж. И. Нанотехнологии микроэлектроники и энергетики: Доклад на научной сессии общего собрания РАН «Научно-технологический прогноз — важнейший элемент стратегии развития России». 16—17 декабря 2008 г.
    15. Маслов В. В. Системы отопления. Экология, экономика, история и перспективы // www.aelimp.ru
    16. Богданов А. Б. Универсальная энергетическая характеристика ТЭЦ // exergy.narod.ru.
    17. Концепция развития теплоснабжения в России, включая коммунальную энергетику, на среднесрочную перспективу // www.rosteplo.ru.