Материал: Використання методів ранжування для вирішення задач енергетичного бенчмаркінгу в системах теплопостачання

Перевитрата палива призводить до викидів в атмосферу 45 г/МДж CO₂ замість 26 г/МДж CO₂.

Енергоємність національного продукту в Україні сьогодні становить 0,89 кг у. п./дол. У розвинутих країнах Європи - в середньому у 3 рази менше (зокрема, у Німеччині - 0,26 кг у. п./дол.)

Аналіз втрат теплової енергії і обсягів природного газу у системах централізованого теплопостачання (за даними досліджень робочої групи Мінжитлокомунгоспу України) свідчить, що найбільші втрати природного газу пов’язані з марно витраченою тепловою енергією у споживача - до 30 %, втраченою при транспортуванні теплової енергії - до 25 %, при виробництві на котельні - до 22 %.

Проблеми комунальної теплоенергетики і напрямки їх вирішення: заміна або реконструкція з використанням утилізаторів теплоти димових газів котлів, використання новітніх пальників, малоефективних котлів з коефіцієнтом корисної дії нижче 80 %; зниження втрат у магістральних та розподільчих теплових мережах методом впровадження сучасних видів теплоізоляції, застосування попередньо ізольованих труб при проведенні заміни та ремонту трубопроводів; впровадження індивідуальних теплових пунктів (ІТП), засобів обліку і приладів регулювання споживання теплової енергії; впровадження когенераційних установок, у тому числі на базі діючих опалювальних котелень; впровадження попереджувальної діагностики (енергетичного обстеження) стану систем теплопостачання у процесі експлуатації.

Для більш ефективного спрямування коштів на технічне переоснащення об'єктів теплопостачання обов'язковим критерієм відбору об'єктів теплоенергетики визначено наявність оптимізованих схем централізованого теплопостачання населених пунктів та планів стратегічного розвитку підприємств комунальної теплоенергетики.

Це надасть можливість більш ефективно використовувати наявні потужності, зменшити втрати на джерелах генерації та в теплових мережах, покращити якість теплопостачання.

Із зазначеного випливає, що наявність застарілих норм споживання теплоносіїв та води, переважна відсутність засобів обліку утруднює визначення реальних енерговитрат галузі.

Орієнтовно галуззю споживається енергоносіїв на 25 % більше, ніж необхідно для задоволення потреб споживачів.

На часі - нагальна необхідність запровадження засобів обліку енерго-ресурсів і загальнодержавної прозорої системи "ресурси - розрахунки".

Житлово-комунальне господарство України має значний потенціал енергозбереження в системах теплопостачання, який необхідно реалізувати на базі системного підходу, на постійній основі з урахуванням помилок і досвіду країн, що активно діють у сфері енергозбереження.

Основна мета енергозбереження - досягнення сучасного технічного, економічного, організаційного рівня житлово-комунального господарства як розвиненої і потужної галузі економіки держави за рахунок системного і комплексного вирішення завдань енергозбереження щодо: підвищення енергоефективності використання енергетичних ресурсів та енергозбереження в житлово-комунальному господарстві; зменшення на постійній основі питомих витрат енергоносіїв при виробництві продукції, робіт і послуг житлово-комунального господарства; створення системи збору інформації в частині оцінки рівня енергоефективності.

В кінцевому рахунку - головною метою є скорочення енергетичних витрат в галузі житлово-комунального господарства України.

Визначення шляхів розв'язання проблем енергоефективності в галузі ЖКГ базується на принципах системності, комплексності, технічної та економічної спроможності.

Важливим напрямом енергозбереження є міжнародне співробітництво, використання міжнародного досвіду енергоефективності. З метою залучення інвестиційних коштів на реалізацію заходів з енергозбереження в галузі має бути активізована робота з міжнародними інституціями та зарубіжними інвесторами.

1.2    Аналіз стану та рівня енергоспоживання в теплогосподарствах України

Загалом по Україні в 2013 році [4] експлуатувалось 35402 котельні сумарною потужністю 114033,1 Гкал/год. З них на твердому паливі працювало 9865 котелень, на рідкому паливі - 326, на газу - 24462. Загальна характеристика теплового господарства України [2] зображена на рис. 1.2.

Із 79908 установлених котлів 15644 котли (19,6%) експлуатуються понад 20 років.

У цілому по Україні протяжність теплових мереж у двотрубному обчисленні становить 31314,1 км (за рахунок схем оптимізації централізованого опалення та децентралізації протяжність теплових мереж зменшилася на 1114,7 км (у двотрубному обчисленні) або на 3 %), з них ветхих та аварійних - 5952,6 км (19%).

Рис. 1.2. Загальна характеристика теплового господарства України

У 2013 році переведено на альтернативні види палива 435 котелень, що складає 1,2% від загальної кількості котелень. Загальна кількість котелень, що працюють на альтернативних видах палива - 236 од. у 2013 році.

Загальні обсяги теплопостачання по Україні склали 89 млн. Гкал., у т.ч. населенню - 51,9 млн. Гкал, на комунально-побутові потреби - 20,6 млн. Гкал, на виробничі потреби - 10,3 млн. Гкал, іншому підприємству - 6,2 млн. Гкал. Витрати умовного палива на відпуск теплової енергії у 2013 році становили 15094,7 тис. тонн.

Тенденція зміни виробництва теплової енергії та витрата на власні потреби [2-4]в СКТ по областях України за 2010-2012 роки зображена на рис. 1.3, 1.4.

Рис. 1.3. Тенденція зміни виробництва теплової енергії в СКТ по областях України

Рис. 1.4. Динаміка зміни фактичних витрат теплової енергії котелень СКТ на власні потреби по областях України

Втрати теплової енергії в інженерних мережах за 2013 рік зафіксовано в обсязі 13,2 млн. Гкал, що складає 14,85 % від загальної кількості реалізованої теплової енергії (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Динаміка втрат теплової енергії в СКТ по областях України

У 2013 році по країні було підготовлено [5] до роботи в зимових умовах 2013-2014 років 24474 котельні, які здійснювали теплопостачання житлового фонду та об’єктів соціальної сфери, у тому числі 13322 комунальні котельні, було підготовлено 5825 центральних теплових пунктів, заготовлено 43741 тонну вугілля, створено необхідні запаси рідкого палива в обсязі 88873,14 тонн.

За рахунок коштів у обсязі понад 1 млрд.грн. загалом у 2013 році було:

реконструйовано 677 котелень;

замінено 1131 котлів;

капітально відремонтовано 1073 котлів;

замінено 520 км теплових мереж.

Із зазначених заходів 1808 є енергоощадними проектами, з них:

1373 проекти з модернізації та реконструкції обладнання, що експлуатується;

435 проектів із заміщення споживання газу альтернативними видами палива, які дозволяють економити газ.

За рахунок проведених заходів споживання природного газу за підсумками опалювального сезону було скорочено на 5%.

Проведення цих заходів також дозволило:

покращити якість послуг опалення;

зменшити аварійність та забезпечити надійність роботи;

скоротити втрати теплоносія під час експлуатації;

зменшити витрати підприємств ТКЕ на утримання аварійних служб.

Станом на 01.01.2014 року кількість джерел теплової енергії, на які планувалося встановити засоби обліку відпуску теплової енергії становить 6244 од. Вже встановлено 6075 засобів обліку відпуску теплової енергії.

Роботи по оснащенню технологічними приладами обліку відпуску теплової енергії по країні виконані на 97,3% (див. рис. 1.6).

Рис. 1.6. Діаграма технологічного обліку відпуску теплової енергії підприємств комунальної теплоенергетики станом на 27.12.2013 по областях України

Не завершена робота з встановлення приладів обліку в АР Крим (94,8%), у Донецькій (96,9%), Запорізькій (92,6%), Київській (99,2%), Луганській (95,4%), Одеській (67,2%), Сумській (82,5%) областях та у м. Києві (97,6%).

Котли працюють з низьким (70-80%) коефіцієнтом корисної дії. На котлах встановлені застарілі пальникові пристрої і автоматика, що не дає можливості економно використовувати природний газ.

Перевитрата газу на цих котлах досягає 10-30% порівняно з сучасними котлами і приводить до додаткового забруднення атмосфери.

Застаріле обладнання знижує надійність теплопостачання та його якість, внаслідок чого збільшується витрата енергоресурсів - палива (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Діаграма фактичної та нормативної витрати умовного палива підприємствами СКТ за 2012 рік по областях України

Великі втрати тепла обумовлює якість теплотрас через незадовільну теплову ізоляцію трубопроводів та розриви труб з витоками теплоносія.

Більшість теплотрас прокладено в непрохідних залізобетонних каналах з ізоляцією з мінеральної вати, яка часто пошкоджується з різних причин. Теплотраси не всюди захищені від проникнення ґрунтових і інших вод, які замочують застарілу теплоізоляцію, призводять до її пошкодження і, внаслідок, до корозії металу труб і появи свищів і розриву труб з витоком теплоносія.

До перебоїв у гарячому водопостачанні та перевитрат теплової енергії призводить застаріле обладнання центральних теплових пунктів (ЦТП) та дуже повільне оснащення будинків споживачів індивідуальними тепловими пунктами (ІТП). Технічний рівень системи теплопостачання і обладнання через нестачу коштів оновлюється недостатньо, що забезпечує його технічне і моральне старіння та швидку ходу до остаточного руйнування.

Для ДКП "Луцьктепло", як і для більшості теплопостачальних підприємств України, характерним є значні (хоча і близькі до середніх значень по Україні) втрати (витоки та не обліковані витрати) теплоносія; витрати води на технологічні потреби та витрати електроенергії на виробничий процес та освітлення; неоднозначні показники питомих норм (рис. 1.8) та кількості спожитих енергоресурсів на власні потреби котелень.

Рис. 1.8. Діаграма питомої норми на виробництво та відпуск теплової енергії на підприємстві ДКП "Луцьктепло" за 2013 рік

Основними причинами, які обумовлюють завищене електроспоживання, яке веде до підвищення питомої норми на відпуск теплової енергії є: невідповідність котлів та насосів умовам їх роботи; відсутність регулювання витрат протягом доби а також значні витрати енергоресурсів на технологічні потреби, втрати теплової енергії в мережах підприємства (рис. 1.9)внаслідок витоків і аварій, не обліковані витрати теплоносія

Рис 1.9. Діаграма втрат теплової енергії в мережах підприємства ДКП "Луцьктепло" за 2013 рік

Вивчення стану підприємства теплопостачання ДКП "Луцьктепло", показує, що основними засобами розв’язання проблеми підвищення рівня енергоефективності слід вважати: заміну старих малоефективних котлів на нові з ККД не нижче 93 %; заміну застарілих пальників на сучасні з автоматизацією процесів згорання природного газу в котлі; встановлення утилізаторів теплоти за котлами тепловою потужністю від 4 МВт і вище (котли типу ТВГ, ДКВР, КВГ, КЕ та ін.); впровадження технології комбінованого виробництва теплової та електричної енергії в котельнях; використання електроопалення; встановлення теплових насосів; заміщення природного газу біопаливом; заміщення природного газу водовугільним паливом; використання сонячної енергії; використання синтез-газу; заміну зношених труб теплових мереж на попередньо ізольовані; встановлення автоматизованих індивідуальних теплових пунктів; впровадження сучасних приладів та систем діагностики на об’єктах комунальної теплоенергетики.

1.3    Аналіз існуючих методів ранжування для оцінювання рівня ефективності енерговикористання в системах теплопостачання

1.3.1 Рейтингове оцінювання рівня енергоефективності об’єктів теплопостачання

Однією з основних складових підвищення рівня оцінювання енергоефективності в котельнях підприємства теплопостачання є здійснення дій щодо використання та впровадження адекватного оцінювання рівня їх енерговикористання та стану енергозбереження. Для цього потрібно застосовувати такий механізм оцінювання який би дозволив здійснювати оцінювання та аналіз різнопараметричних показників які мають неоднаковий вплив на ефективність енерговикористання в котельнях. Це є важливою складовою процесу здійснення регулювальних дій та відстеження стану енергозбереження в котельнях підприємства теплопостачання.

Однак, під час рішення практичних задач оцінювання рівня ефективності енерговикористання часто виникає ситуація, коли показники по яким проводиться оцінювання не піддаються безпосередньому вимірюванню (мають різну "фізичну природу"). В цьому випадку вирішення поставленої задачі потребує використання таких процедур які б дозволили здійснити таке оцінювання.

До процедур що дозволяють вирішити задачу узагальнення різнорідних показників що мають вплив на рівень енергоефективності, можна віднести ранжування за рівнем якості енерговикористання в котельнях. Де ранжування - це упорядкування властивостей будь-яких якісних об'єктів, котелень, під час якого їм надають певні числові форми [6].

Актуальним в цьому напрямку є визначення універсальних правил проведення оціночних заходів, які охоплюють усі ключові напрямки відслідковування рівня ефективності енерговикористання за допомогою ранжування котелень. Результатом ранжування є деяка кількість рейтингів, за допомогою яких і проводиться оцінка рівня ефективності енерговикористання в котельнях теплопостачального підприємства.

Ранжування може застосовуватися в ситуаціях коли:

1.      Явища мають різну приооду, тобто немає еталону порівняння;

2.      Необхідно упорядкувати які-небудь явища (об'єкти) в часі або просторі, тобто цікавить не порівняння ступеню виваженості якої-небудь якості, а лише взаємне просторове або тимчасове розташування;

.        Потрібно упорядкувати об'єкти відповідно до якої-небудь вимірної якості, але при цьому не потрібно проводити його точне вимірювання;

.        Яка-небудь якість в принципі піддається вимірюванню, але в даний час не може бути виміряна з яких-небудь причин.

Завданнями ранжування з створення системи збору та обробки релевантної енерго-економічної інформації для прийняття управлінських рішень на різних рівнях аналізу у сфері енергозбереження. Це необхідно для розробки та, в подальшому, для підтримки системи ведення внутрішнього обліку інформації стосовно ходу управлінських процесів та стану енергозбереження в кожній з котелень.

Рейтинг є оцінкою діяльності даних об’єктів на основі розробленої системи індикаторів - показників що дозволяють здійснити оцінювання рівня ефективності енерговикористання в котельнях, провести їх класифікацію з метою визначення стану енергозбереження в котельнях підприємства.

Значення стандартизованого рангу є середнім суми місць, (чинників, альтернатив) в порядку зростання (зменшення) якої-небудь властивої ним властивості. Ранжування дозволяє вибрати з досліджуваної сукупності явищ найбільш істотне.

Теорія рейтингів є розділом теорії класифікації, яка вивчає методи виміру порівняльних переваг одних об'єктів над іншими. Термін рейтинг (від лат. rating) - оцінка віднесення до класу, розряду, категорії - буквально перекладається як "положення, клас, розряд, ранг". Ідея рейтингу, тобто упорядкування від першого до останнього у списку, належить французькому математику Кондорсе (Condorcet), на основі якої він намагався побудувати теорію справедливих виборів - рейтингу політиків, програм, партій. Його ідеї і лягли в основу сучасної математичної теорії рейтингу [7].