Коммерческий учет тепловой энергии в теплоснабжении Муханов Б.К., Турлыбеков З.Т., Еренчинов К.К. Внедрение мероприятий по энергосбережению и энергоэффективности в теплоснабжении обуславливают необходимость учета тепловой энергии как у источника так и у потребителя. Организация системы достоверного учета поступившей в систему централизованного теплоснабжения (СЦТ), отпущенной из системы и полезно потребленной тепловой энергии позволит с достаточной точностью рассчитать балансы тепловой энергии по СЦТ в целом, а также районам и домами, технические и фактические потери тепловой энергии и соответственно локализовать места потерь теплоносителя и осуществить мероприятия по снижению потерь. Без учета невозможно обоснованно определить фактический эффект от внедрения мероприятий по энергосбережению и энергоэффективности. Основные требования к обеспечению учета используемых тепловых ресурсов и применение приборов учета при осуществлении расчетов за тепловые ресурсы сформулированы в п.9 ст.12 Закона Республики Казахстан «О теплоэнергетике» [1], в п.9 ст.7 Закона Республики Казахстан от 9 июля 1998г. №272-1 «О естественных монополиях и регулируемых рынках» (с изменениями и дополнениями по состоянию на 04.07.2013г.) [2] приведено «Субъект естественной монополии обязан: приобретать и устанавливать потребителям приборы учета регулируемых коммунальных услуг (товаров, работ) в соответствии с договорами, заключенными с потребителями». Приказом Минэнерго и минеральных ресурсов РК от 24.01.2005г. за №10 утверждены «Правила пользования тепловой энергией» [3], в пункте 22 который предусмотрено, что «периодическую поверку, ремонт и техническое обслуживание приборов коммерческого учета осуществляет энергопередающая организация или иная специализированная организация, имеющая разрешение на такой вид деятельности, по отдельному договору с потребителем». В этих же «Правилах» в пункте 29 отмечено, что «Снятие показаний приборов коммерческого учета производят представители энергопередающей организации в присутствии представителей потребителя». Правовые, экономические и организационные основы деятельности в области энергосбережения и повышения энергоэффективности в Казахстане регламентируются Законом Республики Казахстан 13 января 2012 года № 541-IV ЗРК «Об энергосбережении и повышении энергоэффективности» [4]. В этом законе приведены общие требования к области энергосбережения и повышения энергоэффективности зданий и в том числе: а) обязательная установка приборов учета энергетических ресурсов (общедомовых приборов учета тепловой энергии и поквартирных приборов учета электрической энергии, холодной и горячей воды, газа) , а также приборов-регуляторов в отопительных системах; б) не допускается приемка в эксплуатацию новых объектов, потребляющих энергетические ресурсы, которые не оснащены соответствующими приборами учета энергетических ресурсов и автоматизированными системами регулирования теплопотребления; в) требования по энергоэффективности зданий, строений, сооружений должны включать в себя: 1) показатели, характеризующие удельную величину расхода энергетических ресурсов в здании, строении, сооружении; 2) требования к влияющим на энергоэффективность зданий, строений, сооружений архитектурным, объемно-планировочным, технологическим, конструктивным и инженерно-техническим решениям; 3) требования к используемым в зданиях, строениях, сооружениях инженерным системам и технологическому оборудованию; 4) требования к включаемым в проектную документацию и применяемым при строительстве (реконструкции, капитальном ремонте) зданий, строений, сооружений технологиям и материалам, позволяющие исключить нерациональный (необоснованный) расход энергетических ресурсов; Реализация требований установленных в приведенных Законах РК и утвержденных «Правилах пользования тепловой энергии» решат проблемы по коммерческому учету тепловой энергии в ЖКХ и у производителей, и энергопередающей организации (тепловых сетей), что соответственно приведет к существенному сокращению сверхнормативных потерь и эффективному решению задач энергосбережения и повышения энергетической эффективности Республики Казахстан. Как объект управления централизованная система теплоснабжения (ЦСТ) представляет собой сложную динамическую систему с пространственно-распределенными элементами, обладающими различными теплогидравлическими свойствами, многие особенности которой присущи и другим большим системам энергетики. В числе общих особенностей теплоснабжающего комплекса следует отметить [5-11]: непрерывность во времени процессов производства, транспорта, распределения и потребления тепловой энергии; сложность внутренних взаимосвязей процессов отопления, горячего водоснабжения и вентиляции; нелинейность и инерционность тепловых процессов теплоснабжения; нестационарность процессов потребления тепловой энергии и горячего водоснабжения, гидравлического и теплового режимов теплоснабжения; стохастичность характера возмущений; пространственную распределенность элементов комплекса по геодезическим отметкам местности; повышенную чувствительность теплоносителя на участках и в узлах тепловой сети к утечкам воды и авариям; высокую плотность теплоносителя, требующего дополнительных затрат электроэнергии на перекачку сетевой воды и создания давлений для заполнения нагревательных элементов потребителей; наличие проблем при оценке текущих значений техникоэкономических показателей качества ведения процесса; иерархичность структур управления при непосредственном участии субъекта в контуре управления; высокую степень централизации управления с одновременной децентрализацией оперативного управления процессами теплоснабжения комплекса; неполноту и недостаточную достоверность информации о параметрах и режимах комплекса. Следующая особенность заключается в том, что теплоснабжающий комплекс характеризуется неопределенностью: модели объекта управления, которая связана с нестационарностью параметров объекта; гидравлическая характеристика трубопроводов зависит от срока службы; состояние тепловой изоляции трубопровода зависит от ее увлажненности, теплопотери здания – от климатических данных и инфильтрации через дверные и оконные проемы, а также рассредоточенного расположения потребителей по территории города; внешних возмущений со стохастическим характером климатического фактора и структурой потребляемой нагрузки, зависящей от времени суток, дня недели и т.д.; критериев управления, связанных с противоречием между производителем и потребителем. Производитель заинтересован отпустить максимум теплоты при минимальных затратах, а потребитель заинтересован в удовлетворении собственных потребностей. Его цель – удовлетворение собственных потребностей, при этом для систем: отопления – температура в помещении 22-24С; вентиляции – воздухообмен и температура 1820 С; горячего водоснабжения – температура 55-60 С и необходимый расход. К основным специфическим особенностям теплоснабжающего комплекса относятся: динамические свойства комплекса, которые характеризуются большими емкостными и транспортными запаздываниями по каналам передачи возмущений и управляющих воздействий. Режим функционирования теплоснабжающего комплекса характеризуется различными по физической сущности параметрами: Динамические характеристики по трактам передачи давления (измерение расхода) и температуры резко отличаются друг от друга. Расходы воды в сети практически меняются безинерционно. Процесс же прохождения температурной волны по разветвленной тепловой сети, определяемый скоростью движения теплоносителя, может длиться часами. Вскипание воды в тепловой сети. Если при прохождении через регулирующую арматуру или автоматические клапаны перегретой воды с Twl = 130 С (подача от центрального источника) давление в трубопроводе, транспортирующей эту воду, понизится, то часть воды вскипает и в трубопроводе образуется водяной пар. Это может привести к разрыву струи воды в трубопроводе (образованию паровой пробки) и при включении циркуляции – возникновению гидравлического удара, который может разрушить трубопровод, арматуру и нагревательные приборы в помещениях. Поэтому перегретая вода должна транспортироваться при давлениях – трубопроводах выше давления парообразования при температуре транспортируемой воды. Во избежание аварий необходимо соблюдать это правило при эксплуатации. Высокая теплоемкость, массовая плотность и хорошие гигиенические качества воды (при достаточном количестве) делают ее наиболее предпочтительным теплоносителем в системах отопления. Однако, основным недостатком воды является возможность ее замерзания в трубопроводах при температурах ниже 0 C , что может привести к разрыву труб и разрушению, а также образованию высокого гидростатического давления в системе теплоснабжения. Инерционные свойства отдельных параллельно расположенных звеньев существенно отличаются друг от друга. Тепловые волны, проходящие при колебаниях температуры наружного воздуха через теплоемкие ограждения (стены), в значительной мере затухают, отстают по фазе и могут быть охарактеризованы как медленные тепловые потери. Тепловые волны, проникающие через нетеплоемкие наружные ограждения (окна), следуют практически синхронно за изменением наружной температуры и характеризуются как быстрые тепловые потери. Исследованиями С.А. Чистовича еще в 1961 г. установлено, что для оптимального автоматического управления отпуском теплоты необходимо предусматривать дифференцированный учет медленных и быстрых теплопотерь. В связи с вышесказанным при управлении СЦТ приходится учитывать не только комплекс метеофакторов в данный момент времени, но и метеорологические условия за предыдущий период, а также их возможные изменения в будущем. Помимо общих и специфических особенностей СЦТ отличают также: высокий уровень автоматизации источника теплоты и почти полное отсутствие средств автоматизации теплосетевого оборудования и тепловых пунктов потребителей; по тепловым сетям транспортируются, в отличие от других трубопроводных систем, не сам продукт, а его параметры (теплота, температура, давление), которые должны удовлетворить требованиям различных потребительских систем – отопления, вен¬тиляции и горячего водоснабжения; основная нагрузка потребителей – отопительная, характеризуется низкой чувствительностью к изменению параметров из-за высокой аккумулирующей способности зданий; потребители теплоты находятся в различных режимных условиях, что вынуждает вести управление по «худшему» или «дальнему» потребителю, при этом остальные потребители получают ненужную теплоту, т.е. находятся в режиме «перетопа». Из структурных особенностей СЦТ следует отметить локализацию СЦТ в пределах территории города и наличие, как правило, (одного - трех) крупных основных источников теплоты, определяющих многие характеристики системы в целом. Отличительная особенность теплоснабжающего комплекса ГГКП «Талдыкоргантеплосервис»: значительный перепад геодезических отметок местности между главной котельной установкой «Баскуат» и нижней точкой кольцевой магистрали (46 м.) что обусловило установку четырех насосных станций на перекачку обратной сетевой воды в главную котельную; квартальные тепловые сети отличаются различным количеством присоединенных индивидуальных тепловых пунктов, последовательным, последовательно-параллельным подключением абонентов к сети. В итоге каждая квартальная сеть имеет свой обособленный технологический режим теплоснабжения и, следовательно, каждая сеть обуславливает необходимость разработки индивидуального адекватного алгоритма управления. Одним из главных недостатков системы централизованного теплоснабжения является плохая управляемость, проявляющаяся в несогласованном изменении режима различных звеньев системы-источника тепла, тепловой сети и тепловых пунктов. Это происходит, с одной стороны, в силу отсутствия системы оптимального управления централизованным отпуском тепла, а с другой стороны из-за отсутствия в тепловых сетях и у потребителей автоматизированной системы распределения на основе регулирования, контроля и учета. Деятельность теплоснабжающего предприятия оценивается следующими факторами: качеством поддержания технического состояния тепловых сетей; режимной надежностью; качеством аварийно-восстановительных работ; качеством строительства и замены тепловых сетей; управлением надежностью на предприятии. На практике часто бывает сложно оценить качество функционирования предприятия. Критериями могут быть: соответствие качества продукции (товара или услуги) предъявленным требованиям; корректность и прозрачность управления предприятием; действия по улучшению функционированием бизнес-процессов; правильность ведения документации; компетентность и удовлетворенность сотрудников; и наконец, самое важное, удовлетворенность потребителей. В комплексе СЦТ существуют также трудности, обусловленные особенностью деятельности, которая заключается в наличии обратной связи: теплоноситель (вода), нагретый до заданных температур в котельных, транспортируется и распределяется по потребителям тепловой энергии и с остаточной температурой возвращается к источнику тепловой энергии. В виду того, что основной целью функционирования комплекса СЦТ является обеспечение качественного и надежного теплоснабжения потребителей наиболее экономичным образом, при соответствии требований экологических стандартов, необходимо наличие системы, позволяющей добиться данной цели и осуществить оценку функционирования предприятия. Следует отметить, что системы централизованного теплоснабжения (СЦТ) при сложившейся конъюнктуре цен на топливо и оборудование сказались конкурентоспособными с децентрализованными системами, несмотря на значительные капиталовложения в строительстве трубопроводов тепловых сетей и проблемы коррозии. Еще более выгодным делает СЦТ совместная выработка тепловой и электрической энергии. В [12] отмечается положительное значение централизованного теплоснабжения в деле защиты окружающей среды от загрязнения и сбережения топлива. Проведены исследования и анализ сравнительных характеристик различных типов СЦТ централизованных и децентрализованных, а также системы с тепловыми насосами и установками с солнечными коллекторами. Исследования показали, что наименьших капиталовложений требует СЦТ, далее следуют местные системы на жидком и газообразном топливе, тепловые насосы. Современные технологии выпуска солнечных комплексов и тепловых насосов показывают, что дальнейшее развитие получат комбинированные технологии теплоснабжения на базе различных СЦТ. В общеэнергетическом смысле совершенствованию технологии СЦТ способствует более глубокое использование ЭНТАЛЬПИИ топлива. Тем более, что ужесточение рыночных процессов, экологических и планировочных решений также определяют требования к совершенствованию СЦТ. В трудах отечественных и зарубежных специалистов сформулированы основные требования, предъявляемые к развитию СЦТ с учетом необходимости совершенствования их технологии и управления. Прогресс в системе отпуска и транспорта теплоты должен следовать по пути: увеличения степени использования температурного потенциала сетевой воды; внедрения взаимосвязанных систем регулирования отопления, вентиляции и горячего водоснабжения с ограничением суммарного расхода сетевой воды. Основные направления повышения надежности СЦТ – повышение надежности элементов и структурной надежности. Коммерческий учет тепловой энергии в системах централизованного теплоснабжения проблема десятилетий, требующая комплексного и взаимоувязанного решения технических, метрологических, организационных, нормативно- правовых и финансовых обеспечений. Актуальность комплексного решения приведенных обеспечений обусловлена следующими обстоятельствами: - Сложность учета и сопоставление показателей на тепловые сети, вызванный существенным запаздыванием, нелинейностью и инерционностью объектов теплопотребления. Это обуславливает необходимость построения адекватной модели тепловой сети в системе теплоучета; - Измерение расхода, температуры и давления теплоносителя на основе которых производятся вычисления потребленной (отпущенной) тепловой энергии осуществляется в нестационарных условиях транспорта теплоносителя; - Значительный моральный и физический износ теплосчетчиков и сопутствующих измерительных приборов. Существующие теплосчетчики неудовлетворяют современным требованиям законодательных актов Республики Казахстан; - Во многих системах теплоснабжения городов Казахстана отсутствуют приборы коммерческого учета тепловой энергии. В первую очередь, это относится к поквартирному учету потребления тепловой энергии в многоквартирных домах; - Условия эксплуатации приборов учета тепловой энергии не соответствуют нормативным требованиям. - Недостаточный метрологический контроль и соответственно к точности измерений тепловой энергии. К ним относятся: отсутствие плановой работы по поверке и оценке технического состояния системы учета тепловой энергии, замене неисправных приборов; отсутствие паспортов- протоколов измерения точности и формальное их заполнение; наличие большого количества приборов учета тепловой энергии с просроченными сроками госповерки; формальное отношение, в большинстве случаев, финансирование работ «по остаточному принципу» к обеспечению измерений тепловой энергии в целом. - Сбор и регистрация показаний с приборов учета тепловой энергии осуществляются вручную в основном сотрудниками систем теплоснабжения. - Разнотипность приборов учета и сравнительно высокая стоимость автоматизированных систем коммерческого учета тепловой энергии бытовых потребителей, систем сбора, передачи и отображения информации и существенные затраты на эксплуатацию этих систем. - Неопределенность финансирования внедрения систем учета тепловой энергии в жилищно- коммунальном хозяйстве согласно современным нормативным требованиям. - Неопределенность метрологической оценки и общепринятых методов расчета случайной и систематической погрешности измерения и расчета фактических потерь тепловой энергии с учетом влияющих факторов. - Отсутствие на рынке Казахстана производителей приборов теплоучета и их составляющих, что приводит к разнотипности используемых систем учета тепловой энергии. К тому же, отсутствие энергопаспортов зданий и сооружений не позволяет проводить оперативный мониторинг перетопов и недоподачи тепловой энергии в объектах теплоснабжения. Выше приведенные недостатки существующих систем учета теплоносителей и различные неопределенности обуславливают актуальность разработки автоматизированных систем коммерческого учета тепловой энергии (АСКУТЭ). К основным задачам внедрения технологий АСКУТЭ относятсясоздание: научно- методических основ АСКУТЭ; SCADA- системы обеспечивающей сбор, обработку, передачу и хранение информации о системах коммерческого учета тепловой энергии; аналитической системы учета и мониторинга качества тепловой энергии; базы данных абонентов с паспортными характеристиками пунктов присоединения и распределения тепловой энергии и систем учета; АСКУТЭ. Разработка: этапов создания АСКУТЭ; сети приема и передачи информации с решением задач безопасности и надежности системы. АСКУТЭ должна создаваться на базе современных информационных технологий как составная часть интегрированной АСУ предприятием теплоснабжения. Таким образом совершенствование учета тепловой энергии на основе современных технических средств контроля, управления и телекоммуникаций в теплоснабжении является актуальной для достоверного расчета балансов, фактических технических и коммерческих потерь тепловой энергии, разработки мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности теплоснабжения. Литература 1. Закон Республики Казахстан «О теплоэнергетике». 2. Закон Республики Казахстан от 9 июля 1998г. №272-1 «О естественных монополиях и регулируемых рынках». 3. Приказ Минэнерго и минеральных ресурсов РК от 24.01.2005г. за №10 утверждены «Правила пользования тепловой энергией». 4. Закон Республики Казахстан 13 января 2012 года № 541-IV ЗРК «Об энергосбережении и повышении энергоэффективности». 5. Монахов Г.В., Войтинская Ю.А. Моделирование управления режимами тепловых сетей // Энергоатомиздат, – М. 1995. – С. 224. 6. Козин В.Е., Левина Т.А., Марков А.П., Пронина И.Б., Слемзин В.А. Теплоснабжение: Учебное пособие для студентов вузов // Высш. Школа, – М., 1980. – С 408. 7. Дегтяренко А.В. Теплоснабжение. Учеб. пособие // Изд-во Том. гос.архит.-строит. ун-та – Томск, 2010. – С. 185. ISBN 978-5-93057-3022. 8. Мелентьев Л.А. Системные исследования в энергетике. // Энергоиздат. – М., 1982. 9. Чистович С.А., Аверьянов В.К., Темпель Ю.Я., Быков С.И. // Автоматизированные системы теплоснабжения и отопления. Стройиздат, – Ленингр. отд-ние, 1987. – С. 248. 10. Андрианов Д. Е., Штыков Р. А., Уткин. Ю.В. Экономия энергетиче¬ских ресурсов// Промышленная энергетика, 2003. – № 6. – С. 2-5. 11. Анисимов Д.Л. Введение в общую теорию учета энергоносителей // Материалы XVI Международной научно-практической конференции. – СПб., «Политехника», 2002. – С. 66. 12.Перминов А. Использование различных приборов учёта энергоресурсов в единой системе сбора данных // CТА, – №1. 2005.