Экспресс-анализ зависимости эффективности транспорта тепла

Экспресс-анализ зависимости эффективности транспорта тепла
от удаленности потребителей
(по материалам статьи в журнале «Новости теплоснабжения» № 6, 2006 г., с. 36-38)
Подключение
новой
нагрузки
к
централизованным
системам
теплоснабжения требует постоянной проработки вариантов их развития.
Оптимальный вариант должен определяться по общей цели развития –
обеспечению наиболее экономичным способом качественного и надежного
теплоснабжения.
Предлагаемая методика экспресс-анализа разработана для оценки затрат и
эффектов различных схемных решений по оптимизации транспорта тепла
(например, при подключении замещающих теплоисточников для удаленных
потребителей, при подключении новых потребителей и др.)
Экспресс-анализ основывается на допущении, что в среднем по системе
централизованного теплоснабжения, состоящей из теплоисточника, тепловых
сетей и потребителей затраты на транспорт тепла для каждого конкретного
потребителя пропорциональны расстоянию до источника и мощности
потребления.
С=ZQL, где:
(1)
С - среднечасовые затраты на транспорт тепла от источника до потребителя,
Q = мощность потребления,
L = протяженность тепловой сети от источника до потребителя,
Z – коэффициент пропорциональности, который представляет собой
удельные затраты в системе на транспорт тепла (на единицу протяженности
тепловой сети от источника до потребителя и на единицу присоединенной
мощности потребителя).
Для сопоставимости участков трубопроводов с разным техническим
состоянием и уровнем потерь вводятся коэффициенты, получая, таким образом,
эквивалентные расстояния от источника до потребителя. Поскольку
индивидуальные особенности участков теплосети могут быть учтены введением
поправочных коэффициентов и таким образом рассчитаны эквивалентные
расстояния, коэффициент пропорциональности Z является одинаковым для всей
системы.
Экспресс-анализ позволяет по показателю С сравнивать экономичность
транспорта тепла в системах теплоснабжения и отслеживать его изменения в
динамике по годам.
Для упрощения расчетов систему централизованного теплоснабжения
можно условно разделить на несколько крупных районов нагрузок. Для каждого
района предварительно рассчитывается усредненное расстояние от источника до
условного центра присоединенной нагрузки (Li) по формуле:
Li=∑(QздLзд)/Qi, где:
(2)
i - номер района нагрузок;
Lзд – расстояние по трассе (либо эквивалентное расстояние) от каждого
здания района до теплоисточника;
Qзд – присоединенная нагрузка здания;
Qi – суммарная присоединенная нагрузка района, Qi=∑Qзд.
Суммарная присоединенная нагрузка по системе
Q=∑Qi
(3)
2
По аналогии рассчитывается средний радиус теплоснабжения по системе:
Lср = ∑(QiLi)/∑Qi
(4)
Фактический годовой отпуск тепла по каждому району Ai (Гкал)
суммируется по присоединенным зданиям по результатам измерений приборов
учета или расчетов по нормативам потребления тепла.
Ai=∑Азд
(5)
Фактический годовой отпуск тепла по системе
А = ∑Ai
(6)
Средняя по системе себестоимость транспорта тепла принимается примерно
равной тарифу на транспорт Т (руб./Гкал), устанавливаемому регулятором.
Годовые затраты на транспорт тепла по системе, (руб./год)
В = ∑Вi = AТ
(7)
Годовые затраты на транспорт тепла по каждому району Вi (руб./год)
Вi = В(QiLi)/∑(QiLi)
(8)
Среднечасовые затраты на транспорт тепла по системе
С=В/Ч = ∑Сi, где:
(9)
Ч - число часов работы системы теплоснабжения в год.
Как показано выше, с введением эквивалентной длины, учитывающей
индивидуальные особенности участков теплосети, величина Z является
одинаковой для всей системы. При этом удельные затраты по системе на
транспорт тепла рассчитываются на основании аналога формулы (1):
Z = С/(QLср)=В/(QLср)Ч
(10)
После вычисления величины Z можно для каждого района рассчитать
показатели, которые учитывают удаленность центра присоединенной нагрузки от
источника, а также величину присоединенной мощности потребителей каждого
района:
 среднечасовые затраты на транспорт тепла от источника до
потребителя, (руб./ч)
Сi = ZQi Li
(11)
 удельные на единицу отпуска тепла среднечасовые затраты на
транспорт тепла от источника до потребителя, (руб./ч)/Гкал, которые
можно рассматривать как дифференцированную по каждому району
себестоимость транспорта тепла
Si= Сi/Ai
(12)
Вычислив параметры Z, Сi и Si можно рассчитать для каждого района
разницу в затратах на транспорт тепла с учетом и без учета удаленности
потребителей от теплоисточника.
3
Поясним вышеизложенное на конкретном примере, показанном на рисунке.
Рассмотрим систему теплоснабжения от одного теплоисточника мощностью
1000 Гкал/ч с подключенной мощностью потребителей 900 Гкал/ч, которая
распределена по 5 территориально выделенным районам. Первый район
территориально совпадает с расположением теплоисточника и имеет в основном
промышленных потребителей с малой летней нагрузкой, причем тепловые сети
находятся на балансе промпредприятия. В остальных районах преобладает жилая
застройка.
Тариф на транспорт тепла в системе составляет 223 руб./ Гкал, а средняя по
системе себестоимость передачи тепла – 200 руб./Гкал (90% от тарифа). Система с
учетом летних отключений работает 8333 часов в году (Ч = 8333 ч).
В таблице 1 приведены исходные данные и результаты расчетов данной
системы по описанному выше алгоритму экспресс-анализа.
4
Таблица 1. Характеристики системы теплоснабжения по 5 территориально выделенным районам.
№
района
1.
1
2
3
4
5
∑
Среднее
Исходные данные
Расстояние
Li, км
Мощность
Qi,, Гкал/ч
2.
0
3
5
9
15
32
6
3.
100
200
300
200
100
900
Разница в
затратах
Расчет с учетом расстояния до источника
по
районам
Среднечасовые затраты Годовые
Дифференци Средняя по Годовые
Годовая
на транспорт тепла от
затраты на рованная
системе
затраты
разница в
источника до
транспорт
себестоимос себестоимо на
затратах,
потребителя,
тепла по
ть
сть
транспорт по
учитывающие
каждому
транспорта
транспорта тепла
районам,
удаленность центра
району с
тепла
по тепла
млн. руб.
Аi Т,
присоединенной
учетом
каждому
Т,
млн. руб.
нагрузки от источника
расстояния району
руб./Гкал
и величину
до
Si= Сi/ Ai,
присоединенной
источника руб./Гкал
мощности
Вi, млн.
потребителей
руб.
Ci=Z Li Qi,
руб./ч
6.
7.
8.
9.
10.
11.
0
0
0
40
-40
6000
50
100
100
-50
15000
125
160
160
-35
18000
150
300
200
100
+50
15000
125
500
50
+75
54000
450
450
0
200
Расчет без учета
расстояния до
источника
Годовой Li Qi,
отпуск
км
Аi, тыс. Гкал/ч
Гкал
4.
200
500
800
500
250
2250
5.
0
600
1500
1800
1500
5400
5
Порядок расчетов:
1. Q = ∑Qi = 900 Гкал/ч (столбец 3, строка 6);
2. А = ∑Ai = 2250 тыс. Гкал (столбец 4, строка 6);
3. LiQi (столбец 5, строки 1-5);
4. ∑(QiLi) = 5400 (столбец 5, строка 6);
5. Lср = ∑(QiLi)/∑Qi = 5400/900 = 6 км (столбец 2, строка 7);
6. В = ∑Вi = AТ = 2250200 = 450 000 тыс. руб. (столбец 7, строка 6);
7. Вi = В(QiLi)/∑(QiLi) (столбец 7, строки 1-5);
8. Z = B/(QLсрЧ) = 450 000 000/(90068333) = 10 (руб./ч)/((Гкал/ч)км);
9. Ci =Z LiQi (столбец 6, строки 1-5);
8. Si = Сi/Ai (столбец 8, строки 1-5);
Анализ системы
Фактическая себестоимость транспорта в 5-ом районе оказалась
500 руб./Гкал, что в 2,5 раза выше средней и в 2,25 раза превышает тариф на
транспорт.
Теплоснабжение 5 района может оказаться убыточным для самой
теплоснабжающей организации. Предпосылками к этому могут быть следующие
факторы:
 состояние сетей от 4 до 5 района;
 отрицательное влияние на эффективность транспорта тепла от
снижения нагрузки;
 перспективы подключения новой нагрузки, расположенной ближе к
теплоисточнику;
 энергосбережение.
Вполне возможно, что отключить нагрузку 5 района окажется выгодно для
самой теплоснабжающей организации. В отличие от внешних инвесторов, у нее
есть отсутствующий у других источник финансирования такого проекта –
снижение транспортных издержек.
Практическое применение приведенной методики оценки эффективности
транспорта тепла рассмотрим на примере двух ситуаций, когда нужно оценить
варианты развития.
Пример 1. В 1, 2, 3 и 4 районах существует возможность подключить по
25 Гкал/ч дополнительной нагрузки, например, путем закрытия мелких
котельных.
Рассмотрим вариант одновременного отключения нагрузки 5 района
(таблица 2) со строительством там замещающего источника мощностью
100 Гкал/ч.
Таблица 2. Изменения нагрузки в системе
№
района
1
2
3
4
5
∑
Li ,км
Qi , Гкал/ч
LiQi
0
3
5
9
15
4,8
125 (+25)
225 (+25)
325 (+25)
225 (+25)
0 (-100)
900
0
675
1625
2025
0
4325
6
Lср = ∑(QiLi)/∑Qi = 4325/900 = 4,8 км
По формуле 10 находим суммарные годовые затраты на транспорт
теплоносителя:
В = ZQLсрЧ=109004,88333=360 млн. руб./год, что на 90 млн. руб./год
меньше, чем в предыдущем варианте 450 млн. руб./год.
В расчете используется существующее значение Z=10, так как
рассматривается стоимость транспорта по отношению к существующей системе.
После осуществления изменений Z будет пересчитано для новых значений
исходных данных, и его увеличение или уменьшение покажет эффективность
действий.
Экспресс-анализ данного примера показал, что экономии на расходах на
транспорт тепла может оказаться достаточно, чтобы примерно за 2 года вернуть
кредит в 150 млн. руб., на средства которого можно провести все основные
работы по переключению нагрузки и на строительство нового теплоисточника в 5
районе.
Пример 2. Теплосеть уже выдала технические условия на подключение
будущим потребителям на нагрузку в 100 Гкал/ч (по 25 Гкал/ч в районах 2, 3, 4 и
5) и отказывает новым из-за недостатка мощности теплоисточника.
Рассмотрим вариант строительства замещающего теплоисточника во 2
районе (таблица 3, вариант А) и в 5 районе (таблица 3, вариант В).
Таблица 3. Изменения нагрузки в системе
№
района
1
2
3
4
5
Li, км
0
3
5
9
15
∑
A
QiA, Гкал/ч
100 (+0)
225 (+25)
325 (+25)
225 (+25)
125 (+25)
1000
B
QiALi
0
675
1625
2025
1875
6200
QiB, Гкал/ч
100 (+0)
250 (+50)
325 (+25)
225 (+25)
100 (+0)
1000
QiBLi
0
750
1625
2025
1500
5900
Разница в себестоимости транспорта тепла в вариантах A и B составляет:
(∑(QiALi) - ∑(QiBLi))ZЧ = (6200-5900)108333 = 25 млн. руб./год.
Выбирая строительство теплоисточника в 5 районе, кроме отмеченной
выгоды от затрат на транспорт, в пользу такого выбора необходимо также
отметить, что подключение дальних потребителей требует гораздо больших
затрат, так как требует соответствующего увеличения диаметров сетей от самого
теплоисточника.
Экспресс-анализ позволяет также в первом приближении оценить затраты
на подключение в разных районах, так как они пропорциональны расстоянию от
источника.
Например, при средних сложившихся затратах (только в сетевой части) в 1
млн. руб. на подключение 1 Гкал/ч новой мощности, во 2 районе эти затраты
составляют 0,5 млн. руб., а в 5 районе - 2,5 млн. руб.
Приведенная методика позволяет в первом приближении проанализировать
относительную эффективность нескольких вариантов схемных решений
достаточно большой системы теплоснабжения.