Methodological provisions for the development of a strategy for the territories' heat supply

Введение

Теплоснабжение выступает важной энергетической сферой России, имеющей социально-экономическую значимость для страны. За почти столетнюю историю становления отечественной системы теплоснабжения сформировался приоритет на развитие сектора централизованного теплоснабжения. В 2023 г. системами централизованного теплоснабжения было произведено 823 180,17 тыс. гигакал, а суммарная мощность источников теплоснабжения на конец 2023 г. насчитывала 571 329,45 гигакал/ч [13].

Анализ официальной статистической информации, характеризующей функционирование теплоснабжения в России, свидетельствует о том, что оно находится в состоянии спада. Несмотря на значительные темпы развития территории страны и роста жилищного строительства за последние 10 лет, протяженность тепловых сетей в стране увеличивается незначительными темпами (прирост данного показателя составил 0,3% в 2023 г. по сравнению с 2022 г., рисунок 1), число источников теплоснабжения сократилось на 3% в 2022 г. по сравнению с 2021 г. и на 0,5% в 2023 г. по отношению к предыдущему году. Как следствие, суммарная мощность источников теплоснабжения в последние годы остается на одном и том же уровне (рисунок 2).

Рисунок 1 — Протяженность тепловых и паровых сетей в двухтрубном исчислении за период 2018-2023 гг., км (составлен автором на основе данных Росстата [13,14])

Сильный износ оборудования и его технологическая осталось, сложившиеся за последние годы в рассматриваемой сфере, привели к росту потерь тепла (на уровне 13,7% в 2023 г.), значительному количеству аварий (в среднем за период 2018-2023 гг. 4370 аварий в год) и снижению отпуска тепловой энергии (на 72,7% в 2023 г. по сравнению с 2022 г.).

Рисунок 2 — Число и суммарная мощность источников теплоснабжения за период 2018-2023 гг. (составлен автором на основе данных Росстата [13,14])

Полученные результаты свидетельствуют о необходимости выбора вариантов модернизации сферы теплоснабжения и совершенствовании процессов его функционирования на территории страны. Вместе с сектором централизованного теплоснабжения набирает темпы децентрализованное теплоснабжение с применением локальных источников, энергетическим ресурсом для которых могут стать как первичные, так и возобновляемые источники энергии.

Вопросы выбора направлений развития сферы теплоснабжения, а также отдельно перспектив развития централизованного и децентрализованного теплоснабжения рассматривались в работах Н.Г. Верстиной [4], В.В. Глазковой [5], Н.Г. Любимовой [10], Т.Б. Малковой [11], А.П. Дзюбы, Д.В. Конопелько [7], А.Н. Горбачева [6], В.А. Иванова [8], А.В. Бежан [1,2], В.В. Харченко, А.О. Сычева [20], Т.Н. Белоглазовой, Т.Н. Романовой [3] и др. Вместе с тем, методическое обеспечение процессов формирования стратегии развития теплоснабжения территорий, которое носило бы комплексный характер, не нашло детального освящения в работах исследователей, и требует разработки соответствующего авторского подхода. Несмотря на значимость и возрастающий интерес к вопросам развития сферы теплоснабжения, не всегда выбор направления его организации на территориях страны обоснован учетом факторов, оказывающих влияние на целесообразность применения того или иного вида источника теплоснабжения на территории. В этой связи, целью исследования является разработка методических положений по формированию стратегии развития теплоснабжения территорий, для достижения которой необходимо решить две основные задачи, предполагающие получение научных результатов:

1. Выделить и обосновать факторы и условия, оказывающие влияние на выбор источника и формы организации теплоснабжения — централизованного, локального, или совместного (комбинированного) использования на территориях страны.

2. Сформировать подход к выбору стратегии развития теплоснабжения территорий с учетом выделенных факторов и условий.

Авторская гипотеза заключается в том, что предлагаемый в исследовании подход к выбору стратегии развития теплоснабжения территорий, который основывается на анализе структуры рынка тепловой энергии, технологических и производственных возможностей и потенциала теплоснабжения территории, а также природных и климатических особенностях территории, позволит комплексно подойти к выбору сценария организации теплоснабжения территорий с учетом их специфики, представив алгоритм этого выбора, что повлияет на повышение эффективности и надежности сферы теплоснабжения.

Методология

Для достижения цели исследования необходимо выработать методический подход, собрав воедино все необходимые компоненты разработки стратегии развития теплоснабжения территорий и ее реализации. Под стратегией развития теплоснабжения территорий в исследовании рассматривается обобщающая модель действий, необходимых для достижения долгосрочных целей развития теплоснабжения территорий, выраженных в повышении эффективности и надежности сферы, с учетом внешних и внутренних условий его организации в ходе выбора стратегии.

Осуществление выбора стратегии и ее реализации основывается на общих принципах: принципе эффективности, экономической целесообразности, принципе системности, непрерывности развития и ориентации развития теплоснабжения территорий на долгосрочную перспективу. Исходя из указанных принципов процесс формирования и реализации стратегии развития теплоснабжения территорий в условиях представим в следующем виде (рисунок 3):

Рисунок 3 — Подход к формированию и реализации стратегии развития теплоснабжения территорий (составлен автором)

Таким образом, далее в исследовании возникает необходимость представить авторский подход к содержанию представленных на рисунке 3 этапов формирования и реализации стратегии развития теплоснабжения территорий.

Основная часть

Первым результатом научного исследования, в соответствии с поставленными задачам, и должна стать сформулированная система факторов и условий, оказывающих влияние на выбор источника и форму организации теплоснабжения. Выбор стратегии развития системы теплоснабжения территорий зависит от внешних условий и возможностей развития теплоснабжения территорий, а также потенциала системы теплоснабжения реализовывать стратегические цели (внутренние условия).

Базовыми вариантами организации теплоснабжения территории являются централизованное теплоснабжение и децентрализованное теплоснабжение с использованием локальных источников энергии. Исследование работ, посвященных развитию локальных источников теплоснабжения [6,7,8,17], позволяет сделать вывод, что особенно актуален этот вопрос для территорий, удаленных от магистрального снабжения энергоносителями, что значительным образом увеличивает стоимость ресурсов, используемых в источниках теплоснабжения. В исследовании М.А. Пановой представлена информация, что удаленные и изолированные районы характерны для 23 субъектов Российской Федерации [16]. Учеными А.С. Плотниковой и Т.С. Жилиной на примере исследования схемы теплоснабжения города Тюмени на период 2017-2031 гг., территорию которого авторы отнесли к территориям с суровыми климатическими условиями, доказано развитие территорий с удалением от крупных источников теплоснабжения теплоэлектроцентрали (далее ТЭЦ), для которых характерно увеличение числа малых и локальных источников теплоснабжения [17]. А.В. Бежан в своей работе также указывает на целесообразность использования локальных источников энергии на удаленных территориях России и неэффективность доставки топлива на эти территории для организации теплоснабжения, выраженную в дороговизне конечной отпускной цены тепла для потребителя [1].

Помимо удаленности и изолированности территории, в качества еще одного фактора, влияющего на выбор организации теплоснабжения следует выделить наличие доступных энергетических ресурсов на территории, в том числе, учитывать инфраструктуру для их транспортировки, что влияет на экономическую целесообразность использования энергетического ресурса на определенной территории. Самыми распространенными видами топлива в теплоснабжении принято считать природный газ, электричество, уголь, сжиженный углеводородный газ и дизель. Одной из важнейших составляющих, определяющих выбор вида топлива и энергии для использования в системах теплоснабжения является их стоимость. Исследователи Шестаков Р.А. и Зайкин Д.В. на примере Республики Саха (Якутии) рассмотрели стоимость теплоснабжения отдаленного населенного пункта указанного региона, исходя из выбора разного вида топлива и источника энергии, придя к выводу, что теплоснабжение в удаленных населенных пунктах данного региона выгоднее осуществлять при помощи использования в качестве топлива природного газа (рисунок 4) [21].

Рисунок 4 – Стоимость теплоснабжения одного удаленного населенного пункта Республики Саха (Якутия) (составлен автором на основе материалов исследования Р.А. Шестакова и Д.В. Зайкина [21])

Здесь следует сразу пояснить, что рассматриваемый регион, во-первых, обеспечен природным газом и соответствующей инфраструктурой для его транспортировки; во-вторых, значительную поддержку для развития газификации региона оказывают органы государственной власти: для обеспечения энергоснабжения отдаленных населенных пунктов реализуется программа «Энергия Дальнего Востока», на протяжении последних десяти лет активно осуществляется газификация территории региона, в том числе, эффективно реализуется программа субсидирования жителей региона, осуществляющих газификацию своих домов [21]. Таким образом, кроме доступности первичного энергетического ресурса для территории, на которой организуется теплоснабжение, следует принимать во внимание и фактор государственной поддержки и наличия государственных программ, способствующих использованию энергетического ресурса на определенной территории.

Преимущественно рассредоточенный характер расположения потребителей тепла, который, к примеру, характерен для территории Арктики и Крайнего севера, когда расстояния между объектами потребления значительно превышают максимально допустимые расстояния транспортировки тепла, что снижает надежность и эффективность работы теплотрасс, также приводит к целесообразности развития локальных источников теплоснабжения на данных территориях. Практика их применения на рассматриваемых территориях показывает, что источником энергии здесь выступает электричество, полученное за счет ядерного энергоисточника. Себестоимость такого электричества ниже, что делает экономически эффективным использование локальных термоэлектрических станций теплоснабжения. Исследования систем теплоснабжения с атомными котельными показали их энергетическую и народнохозяйственную эффективность, которая способствует социально-экономическому развитию территорий их применения [18,22].

Вопрос выбора локальной или централизованной системы теплоснабжения является актуальным также в условиях стимулирования развития малоэтажного строительства в РФ в рамках реализации Стратегии развития строительной отрасли и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации на период до 2030 года с прогнозом до 2035 года [19] и социально-экономической инициативы Минстроя России «Мой частный дом» [12]. Эффективность применения локальных систем теплоснабжения в малоэтажном строительстве доказана многими исследователями [3,8,20], а в условиях нарастания объемов типа жилья, не превышающего 2-3 этажа (средний прирост которого за период 2019-2023 гг. составил 32,7% [15]), следует тенденция роста применения локальных источников теплоснабжения, преимущественно на основе использования электрокотлов для подогрева теплоносителя.

Одним из инструментов обеспечения доступа населения к недорогому и надежному энергоснабжению в условиях децентрализации энергетики, является также использование возобновляемых источников энергии (далее ВИЭ). Эксперты сходятся во мнении, что существующие технологии получения энергии из возобновляемых источников в значительной степени способствуют повышению эффективности систем теплоснабжения и надежности энергообеспечению территорий, а также способствуют развитию соответствующей инфраструктуры и экономики территорий, что положительным образом влияет на качество жизни населения [1,2,9]. Кроме того, исследователями подчеркивается, что разные территории России представляют собой потенциальные места для размещения объектов ВИЭ [10]. Однако следует учитывать, что возможность использования ВИЭ и выбор его вида также зависит от ряда особенностей территорий, в том числе природного и климатического характера (рисунок 5).

Рисунок 5 — Природные и климатические особенности территории, влияющие на возможность применения ВИЭ (составлен автором)

Наличие значительного количества рассмотренных и обоснованных условий развития теплоснабжения, а также вариантов выбора организации теплоснабжения территорий, обусловили необходимость разработки авторской позиции относительно системы факторов, отражающей зависимость выбора сценария организации теплоснабжения территорий России от влияния соответствующих факторов внешней и внутренней среды (рисунок 6).

Рисунок 6 — Система факторов, влияющих на выбор сценария организации теплоснабжения территорий России (составлен автором)

В этой связи к организации теплоснабжения территорий следует подходить с позиций комбинированного сценария его развития, учитывающего целесообразность применения той или иной формы теплоснабжения, или их комбинации, с учетом выделенных факторов, влияющих на выбор стратегии развития теплоснабжения территории, в рамках которого следует рассматривать следующие варианты организации теплоснабжения территорий России (таблица 1).

Таблица 1 — Варианты организации теплоснабжения территорий России (составлена автором)

Таким образом, исходя из системы факторов, влияющих на выбор сценария организации теплоснабжения, и их оценки, представим подход к выбору стратегии развития теплоснабжения территорий, формирующий второй научный результат настоящего исследования (рисунок 7).

Рисунок 7 — Алгоритм выбора сценария организации теплоснабжения территории (составлен автором)

Выбор сценария организации теплоснабжения территории следует начинать с анализа структуры рынка тепловой энергии и степени централизации теплоснабжения рассматриваемой территории. На основании данных официальной статистики рассчитывается удельный вес тепловой энергии в зависимости от вида энергоносителя, доля источников централизованного и децентрализованного теплоснабжения, а также удельный вес котельных разной мощности, которые используются на рассматриваемой территории. Если соотношение какого-либо вида источников (централизованных или децентрализованных) значительно больше 50% в общей структуре источников теплоснабжения, то делается вывод о преобладании, соответственно, централизованного или децентрализованного теплоснабжения территории. Если их соотношение примерно одинаково, следует говорить о смешанной форме организации теплоснабжения.

Далее оценивается потенциал развития теплоснабжения территории, учитывая технологические, производственные и цифровые возможности теплоснабжения территории, а также анализ спроса на энергию и первичные энергоресурсы территории. С учетом потенциала развития теплоснабжения территорий, на которых преобладает централизованное теплоснабжение, определяются перспективы его развития, которые также должны учитывать направления государственной поддержки развития теплоснабжения территории и экологические показатели деятельности теплоснабжения территории. С учетом потенциала развития теплоснабжения территорий, на которых преобладает децентрализованное теплоснабжение, определяются перспективы его развития, которые должны учитывать особенности территорий, включая экологические показатели территории, которые влияют на выбор вида энергии, применяемого в локальных источниках теплоснабжения. С учетом потенциала развития теплоснабжения территорий для смешанной формы организации теплоснабжения, в первую очередь, определяются ограничения по мощностям и потенциалу централизованного теплоснабжения и тепловым сетям, после чего выбирается комбинированный сценарий развития централизованного теплоснабжения в пределах имеющегося потенциала в совокупности с развитием локальных источников теплоснабжения с учетом особенностей территории и актуальными государственными программами поддержки развития теплоснабжения.

Реализация сценариев организации теплоснабжения территорий должна привести к достижению следующих целей развития теплоснабжения:

- повышение надежности энергоснабжения;

- повышение уровня качества услуг теплоснабжения;

- повышение энергетической эффективности системы теплоснабжения;

- повышение экономической эффективности системы теплоснабжения;

- развитие энергетической базы и энергетической инфраструктуры;

- улучшение экологической обстановки.

Контроль и корректировка реализации сценария организации теплоснабжения территории должна проводиться не реже одного раза в год с учетом сравнения фактически полученных и планируемых значений индикаторов, отражающих достижение перечисленных целей развития теплоснабжения, а также с учетом результатов проведения мероприятий по управлению рисками выбранного сценария.

Заключение

Таким образом, анализ сложившихся к настоящему моменту исследований в сфере выбора направления развития сферы теплоснабжения показал недостаточность методического обеспечения формирования стратегии развития теплоснабжения территории, которое бы комплексно учитывало специфику и условия этой территории. В связи с этим предложен авторский подход к выбору стратегии развития теплоснабжения территорий в виде алгоритма, который основывается на учете факторов и условиях, оказывающих влияние на выбор преобладающего источника теплоснабжения территории и форму его организации. Авторский подход основан на обоснованной системе факторов внешней и внутренней среды, к которым, в том числе, относится оценка структуры рынка тепловой энергии, сложившейся на территории, определение технологических и производственных возможностей и потенциала теплоснабжения территории, а также учет особенностей территории природного и климатического характера, которые влияют на выбор источника теплоснабжения. В качестве направления дальнейшего исследования следует рассмотреть вопросы оценки рисков выбранной стратегии развития теплоснабжения территории, учитывающей характер влияния факторов, обосновывающих выбор этой стратегии.