Некоммерческое
партнерство
инженеров
Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике
(495) 984-99-72 НП "АВОК"

(495) 107-91-50 ООО ИИП "АВОК-ПРЕСС"

АВОК ассоциированный
член
Summary:

Энергетическая и климатическая стратегии Москвы. Поиск разумного симбиоза

ENERGY AND CLIMATE STRATEGY OF MOSCOW. SEARCH FOR A REASONABLE SYMBIOSIS

E. G. Gasho, Candidate of Engineering, Associate Professor at Scientific Research Institute "Moscow Energy institute", Chairman of the Committee on Ecology, Energy, and Sustainable Development of the Public Chamber of the City of Moscow

Keywords: fuel and energy complex, energy efficiency, ecology, climate change

Implementation of a set of measures in Moscow on energy sources, in the networks and in consumers has led to significant savings of fuel and reduction of atmospheric emissions, improvement of reliability and sustainability of energy sector functionality.  Can we confidently say that Moscow as a system is sufficiently efficient and resistant to the climate fluctuations? Let us look into the specifics of the Capital's energy complex from the point of energy efficiency and climate changes.

Описание:

Реализация в Москве комплекса мер на энергоисточниках, в сетях и у потребителей привела к существенным эффектам экономии топлива и снижению выбросов в атмосферу, повышению надежности и устойчивости функционирования энергетики. Можно ли с уверенностью говорить, что Москва как система достаточно эффективна и устойчива к флуктуациям климата? Рассмотрим особенности энергетического комплекса столицы под углом зрения энергоэффективности и климатических изменений.

Энергетическая и климатическая стратегии Москвы. Поиск разумного симбиоза

Энергетическая и климатическая стратегии Москвы. Поиск разумного симбиоза

Реализация в Москве комплекса мер на энергоисточниках, в сетях и у потребителей привела к существенным эффектам экономии топлива и снижению выбросов в атмосферу, повышению надежности и устойчивости функционирования энергетики. Можно ли с уверенностью говорить, что Москва как система достаточно эффективна и устойчива к флуктуациям климата? Рассмотрим особенности энергетического комплекса столицы под углом зрения энергоэффективности и климатических изменений.

Активное развитие городов и агломераций на планете зачастую приводит к негативным экологическим последствиям. Города хотя и защищают жителей от негативных климатических влияний, но при этом имеют сопутствующие урбанизации негативные последствия – чрезмерную концентрацию, бесконтрольную автомобилизацию, загрязнение атмосферы и водоемов и др.

СПРАВКА

Москва – один из самых холодных городов среди крупнейших мегаполисов планеты. Топливно-энергетический комплекс столицы – основа разветвленной и сложной системы жизнеобеспечения города. Потребности Москвы в тепловой энергии в зависимости от суровости зимы составляют в среднем 93–97 млн Гкал в год. Суммарная выработка электроэнергии составляет около 50 млрд кВт•ч, за вычетом потерь и собственных нужд ТЭК к потребителям уходит около 40 млрд кВт•ч. Потребности в электрической энергии и тепле обеспечивают 13 ТЭЦ, 66 квартальных и районных тепловых станций, 186 городских и 793 ведомственных котельных.

Исторически города создавались в первую очередь для защиты людей от внешних врагов (например, в Европе или Азии) или от суровой природы (на большей части территории России). Поэтому российские города изначально максимально приспособлены к климатическим изменениям: в них созданы более мощные и разветвленные системы жизнеобеспечения. К примеру, суммарная мощность системы теплоснабжения Москвы – около 60 ГВт (т) – такова, что она в состоянии согреть зимой все столицы Скандинавских стран, десяток самых крупных городов Канады, и еще останется запас для отопления Варшавы или Вены (рис. 1). Только резерв теплоисточников Москвы позволяет обеспечить теплоснабжение второго города в России – Санкт-Петербурга.

Соотношение численности населения (тыс. чел.) и ГСОП Москвы и некоторых других городов мира

Рисунок 1.

Соотношение численности населения (тыс. чел.) и ГСОП Москвы и некоторых других городов мира

Основные особенности энергокомплекса Москвы

Москва – один из самых холодных крупнейших мегаполисов мира: почти 12,5 млн человек проживают при средних параметрах зимы 4 500 градусо-суток.

Высокая доля мощных комбинированных энергоисточников (ТЭЦ), находящихся непосредственно в городской черте, обеспечивает около 14 ГВт электрической и почти 60 ГВт тепловой мощности (соответственно на человека приходится 1,1 кВт электрической и 5 кВт тепловой мощности). Высокая переменчивость погодных условий приводит к значительному изменению графиков тепловой и электрической нагрузки: в течение года рост пиковых электрических нагрузок меняется в 2–3 раза, а тепловых – в 8–9 раз. Резерв по тепловой мощности составляет 40–45 %, по электрической – пики обеспечивает Загорская гидроаккумулирующая станция.

Очевидна разноплановая динамика тепловых, электрических нагрузок города, электропотребления разными секторами экономики (при постоянном росте экономики, жилой и нежилой недвижимости, сферы услуг). При «замораживании» тепловых нагрузок жилья, офисов, бюджетной сферы наблюдается интенсивный рост электропотребления в сфере услуг, торговле, малых предприятиях.

Ужесточается влияние супермегаполиса – фактическая площадь города стала на 30 % больше административной. Вместе с тем тепловой остров города существенно меньше, чем должен бы быть, исходя из размеров города и мощности энергетики. Также следует увязывать экономику, миграционные потоки и режимы энергопотребления Москвы и ближайшего Подмосковья, поскольку свыше 1 млн человек ежедневно приезжает на работу в столицу из ближайших городов Подмосковья и около 3 млн человек летом выезжает в дачные поселки в Подмосковье.

Энергокомплекс города оказывает значительное экологическое давление на природную среду. Выбросы в атмосферу СО2 составляют около 42 млн т, Н2О – свыше 65 млн т, низкопотенциальные сбросы тепла достигают 110 млн Гкал. Концентрация СО2, Н2О и СН4 в атмосфере определяется не столько техногенными, сколько природными факторами и особенностями. Средняя приземная температура увеличивается, но существенно больше растут флуктуации, переходы через 0 °С, скачки атмосферного давления.

Динамика ключевых энергетических показателей Москвы

Надо напомнить, что ровно 10 лет назад ситуация в энергетике Москвы была в какой-то степени критическая. «Блэк­аут» в мае 2005 года, суровая зима 2006 года, палящий зной лета 2010 года и ледяные дожди 2011 года испытали энергетику столичного региона на прочность по всем возможным климатическим нагрузкам.

За последние 8–10 лет эффективность энергокомплекса выросла: по котельным с 86 до 94 %, по ТЭЦ с 65 до 68 %, уже 22 % мощности и 27 % выработки – это ПГУ.

Кроме того, можно ответственно заявить, что за счет экономии газа от теплофикации больше 2 млн человек в Москве живут в безуглеродном городе (это примерно общая численность жителей Осло, Хельсинки, Копенгагена и Стокгольма).

Потребление тепла городом практически не увеличивается. Так, около 60 млн м2 недвижимости введено без роста теплопотребления (это тоже более чем двухмиллионный город).

Электропотребление населения растет незначительно, а электропотребление непроизводственной сферы, торговли, малого бизнеса выросло за 10 лет почти в 5 раз: с 3 до 14 млрд кВт•ч.

Эффект суперконцентрации мегаполиса сослужил хорошую службу для теплоэнергетики – привел к экономии 28 % топлива за счет когенерации. Однако есть и отрицательный эффект – на 10–13 % снизился адаптационный потенциал зеленых насаждений.

Выбросы парниковых газов Москвы составили около 78–79 % от уровня 1990 года.

Предпосылки энергетической политики Москвы

В связи с ростом пиковых нагрузок в конце 1990-х и начале 2000-х годов в Москве введено в практику ограничение потребления электроэнергии в период максимума электрической нагрузки. В 2007 году была относительно теплая зима, но даже в этих условиях избежать отключений не удалось. Разрыв между потребностью в период максимума электрических нагрузок и возможностями энергосистемы достигал более 2 тыс. МВт. Как отмечалось в преамбуле к программе энергосбережения 2009–2013 годов, этот разрыв мог быть ликвидирован к 2010 году только при условии, что программа строительства новых генерирующих мощностей будет четко выполнена и будут реализованы задания по энергосбережению, заложенные в городскую программу.

Предполагалось, что целенаправленные меры по сокращению потребляемой электрической энергии в масштабах города за счет энергосберегающих мероприятий могут сократить максимум нагрузки на 3,0–3,5 тыс. МВт, что соизмеримо с реализацией программы развития генерирующих мощностей.

Принципиальными отличиями комплексной целевой Программы энергосбережения Москвы на 2009–2013 годы и на перспективу до 2020 года является наличие новых  механизмов:

  • развитие нормативно-правовой базы энергосбережения,
  • сокращение потребляемой электрической мощности,
  • пропаганда энергосбережения в городе Москве,
  • тарифное стимулирование энергосбережения,
  • механизм перераспределения присоединенной мощности на территории Москвы.

По итогам прошедшего десятилетия видно, насколько сработали те или иные идеи, заложенные в энергетическую политику Москвы в 2008–2009 годах (рис. 2). Практически все четыре подпрограммы, заложенные при разработке программы, реализованы в значительной степени: на источниках введены блоки ПГУ суммарной мощностью 2861 МВт (эл), существенно модернизированы тепловые и электрические сети, активно проводится переключение тепловой нагрузки, идет капитальный ремонт и модернизация жилого фонда и бюджетной сферы.

Рисунок 2.

Прогноз (на 2006–2020 годы) и фактическое потребление газа при реализации целевой комплексной программы энергосбережения на 2009–2013 годы и на перспективу до 2020 года

В совокупности это привело к целому ряду эффектов энергосбережения, некоторому снижению пиков и высвобождению в первую очередь тепловой мощности энерго­источников. Именно за счет такого высвобождения в эти годы введено и подключено к тепловым сетям свыше 55 млн м2 недвижимости практически без роста теплопотребления. Похоже, что за это время сработали и эффекты пропаганды энергосбережения и рационального потребления ресурсов, которые ранее оценивались всего в 5 % общего потребления воды и электроэнергии населением. Практически на 45 % упало потребление воды городом:  здесь сыграли свою роль счетчики воды, модернизация систем водоснабжения, тарифные решения.

Десять лет назад мы доказывали нецелесообразность строительства новых электрических мощностей. Это с трудом удалось преодолеть, и все равно несколько сотен мегаватт электромощностей пока заморожены. Некоторые уже построенные ТЭЦ пока не имеют тепловой нагрузки и не работают, часть из них покрывает только электрическую нагрузку (ГТЭС «Строгино»). Более того, планируемый во всех прогнозах тех лет рост потребления газа (см. рис. 2) на рубеже 2012–2013 годов сменился на спад, и по отношению к 2008 году сокращение составляет около 12,0–12,5 % (с учетом участия ТЭЦ 22 и ТЭЦ 27 в энергобалансе Москвы). Можно с уверенностью сказать, что именно целостный подход к городу как единой системе оказался адекватен задачам повышения эффективности, надежности и устойчивости работы городских систем жизнеобеспечения.

Чем меньше уязвимость, тем больше адаптация

Снижение потерь, проведение необходимых регламентных работ привели к снижению климатической уязвимости энергокомплекса. Например, в 2010 году ледяной дождь вызвал существенные перерывы в электроснабжении и относительно большие затраты на восстановление нарушившихся участков с изношенными коммуникациями, а шесть ледяных дождей, прошедших в Москве в 2016 году, остались практически незамеченными. Это подтверждается статистикой МОЭСК по количеству аварийно-восстановительных работ на воздушных ЛЭП напряжением до 110 кВ, а также на сетях напряжением 220–750 кВ московского предприятия магистральных электрических сетей в период с 2007 по 2017 год (рис. 3).

Рисунок 3.

Динамика климатических нагрузок и инцидентов в сетях ЛЭП

Но сниженная уязвимость инфраструктурных отраслей экономики города – не данность, а результат кропотливой работы специалистов, инженеров, городских структур по наведению порядка после экстремальных событий 2005, 2006 и 2010 годов. Резервы повышения надежности и эффективности связаны с последовательной политикой и целостным подходом ко всем системам и секторам экономики города, наведению порядка в учете и снижению нерациональных потерь. Именно такая комплексная политика позволила повысить устойчивость экономики города в том числе к климатическим аномалиям.

Использование нетрадиционных источников энергии

Итак, тепловые нагрузки активно развивающегося мегаполиса практически не растут, возрастают электрические пики и потребности новых и модернизируемых зданий. Актуальные задачи перед энергосистемой ставит масштабная программа реновации. Все это требует увязки и согласования генеральных схем тепло- , газо- и электроснабжения, применения современной автоматики и регулирующего оборудования. Активное развитие новых территорий активизирует задачи надежного и качественного водоснабжения.

Набирают мощность вторичные и возобновляемые источники энергии: если раньше речь шла о нескольких мегаваттах электрических мощностей, то в настоящее время суммарная электрическая мощность нетрадиционных источников выросла до 110–115 МВт, тепловая – до 190 МВт. Значительное количество тепловой энергии утилизируется в снегоплавильных пунктах, в бестопливных утилизационных котлах МНПЗ. Запущены проекты рекуперации вторичной энергии торможения на современных поездах МЦК и метрополитена (количество возвращенной в сеть энергии составило несколько миллионов киловатт-часов), тысячи солнечных панелей украсили парки и улицы города.

Тепловая подушка города формируется за счет сброса значительного количества низкотемпературного тепла от ТЭЦ и котельных, градирен, автотранспорта, зданий, промышленных стоков и составляет, по некоторым оценкам, значительную величину: 110–120 млн Гкал. В этой связи весьма актуальным является комплекс мер по сокращению теплового (и парового) загрязнения города: сухие градирни и конденсационные котлы, сокращение автомобильного трафика и рост доли электротранспорта, дальнейшая оптимизация работы энергосистемы с экономией топлива и соответствующих выбросов в атмосферу.

Влияние климата

С одной стороны, как уже говорилось, мощная энергосистема города и есть главное средство его защиты от сурового климата, а с другой стороны – климатические изменения влияют на режимы и устойчивость работы самой энергосистемы. Географическое положение Москвы в глубине континента в какой-то степени смягчает опасность возникновения климатических аномалий, более характерных для прибрежных мегаполисов.

Наш анализ показывает, что частота аномальных климатических явлений растет незначительно. Большее беспокойство у городских служб вызывает рост переходов температуры через 0 °С, увеличение на 15 % длительности интервала температур от нуля до 5 °С. В настоящее время самый некомфортный для людей и техносферы диапазон температур наружного воздуха в Москве от –5 до 10 °С составляет около 44 % от общей длительности года (или 88 % средней длительности отопительного периода). Именно в этот момент происходит максимальное поступление водяного пара от стационарных энергетических источников и градирен в атмосферу.

Такое наложение некомфортных температурных условий и повышенной влажности оказывает весьма неблагоприятное действие на ограждающие конструкции зданий, элементы систем жизнеобеспечения, транспорт и здоровье горожан. Это требует повышенного внимания к проблемам долговечности строительных конструкций городских зданий, обеспечения сбалансированных режимов теплоснабжения и комплекса мер по сокращению поступления водяного пара в атмосферу от всех источников.

В 1990-е и 2000-е годы город выдержал натиск агрессивной урбанизации и безудержной автомобилизации, заплатив за это немалым снижением устойчивости городских экосистем и зеленых насаждений, повышением уязвимости населения к стрессам и климатическим изменениям.

При этом сокращение средостабилизирующего потенциала зеленых насаждений (так называемых экосистемных услуг) происходило и происходит в настоящее время неравномерно по разным категориям.

Приоритетные потери и ущерб для населения и зеленых насаждений города от климатических изменений предопределяют ключевые приоритеты адаптации: помимо отраслевых мер, развития систем мониторинга и межведомственного взаимодействия, необходима коррекция городских программ, новые инфраструктурные решения, сокращение теплового загрязнения, выбросов водяного пара и СО2, сопутствующие информационные и гуманитарные технологии, развитие новых отраслей адаптации1.

Ключевой  вектор стратегии развития мегаполиса

Что же делать таким сверхкрупным городам, как Москва, представляющим собой органическое единство техносферы, биосферы и населения?

Достаточно понятны шаги и меры в техносфере: мы идем к росту «природоподобности», а это значит снижение отходов (включая тепловые) и потерь, выбросов углекислого газа и водяного пара. На правильном пути работа с транспортом: снижаются его выбросы и эковлияние в целом. Здесь впереди еще много сложнейшей работы и непростых решений.

Приоритеты климатической стратегии Москвы – энергоресурсосбережение, развитие транспортной инфраструктуры, реновация жилого фонда, активная модернизация всех элементов «зеленого каркаса», становление и развитие новых отраслей адаптации.

На следующем уровне – пространственная адаптация – управление альбедо поверхности, развитие зеленой инфраструктуры, элементы новой урбанистики, сбалансированное освоение промзон и реновация.

Сейчас опасность бесконтрольной урбанизации и дикой автомобилизации существенно снижена, но остается задача сбалансированности темпов строительства недвижимости, инфраструктуры и биосферы в целом. Эта сбалансированность техносферы и биосферы есть главный приоритет климатической адаптации, новый ресурс и резерв качественного роста и рывка города в экономике XXI века.

Кроме увязки схемно-параметрических решений требуется интеграция разноплановых геоинформационных систем на основе новых платформ и технологических решений. Это не обязательно мантры про «интернет вещей» и «супер-смарт-сити», это скорее истории про надежность, доступность и безопасность инфраструктур. Конкуренция концепций и проектов на уровне разработки схем обходится городу примерно в 50 раз дешевле, чем конкуренция не там построенных энергоисточников и неправильно спроектированных инфраструктурных объектов (довольно сильно актуализирует эту проблематику планируемая реновация жилого фонда). Полагаем, что именно эта интеграция наряду с принципами регулирования на основе наилучших доступных технологий может быть основой адекватных для нас механизмов «углеродного» регулирования (в отличие от ненужных налогов на СО2, «альтернативных котельных» и др.). К сожалению, многие зарубежные подходы и методики не видят такого системного резерва в силу ряда причин и обстоятельств.

Однако Москва обязана быть лидером не только в осмыс­лении сопряженной климатической и энергетической проблематики, но и в выработке ключевых решений и технологий адаптации как нового резерва развития.

Литература

  1. Бушуев В. В., Ливинский П. А. Актуализация энергетической стратегии Москвы на период до 2030 года // Энергетическая политика. 2015. Вып. 6.
  2. Васильев Г. П., Попов М. И. Эффективность использования первичной энергии при энергоснабжении жилого фонда Москвы // Энергия: экономика, техника, экология. 2012. № 1.
  3. Гашо Е. Г., Тихоненко Ю. Ф. Энергосбережение в Москве: от принятия Концепции к системе мер в городской целевой программе // Энергосбережение. 2008. № 12.
  4. Гашо Е. Г., Гилев А. В. Сбалансированность энергетических параметров зданий в городской системе теплоснабжения // Энергосбережение. 2015. № 10.
  5. Гашо Е. Г. ЭКСПО-2017: энергия будущего // Электронный бюллетень «Энергосовет». 2017. № 49. http://www.energosovet.ru/stat915.html.
  6. Приоритеты устойчивого развития Москвы: энергоэффективность, снижение уязвимости, климатическая адаптация. Доклад на конференции «Экологические проблемы Московского региона». 25 октября 2017 года.
  7. Прохоров В. И. Энергоэкономичность систем отопления и вентиляции // Водоснабжение и санитарная техника. 1985. № 9.
  8. Семенов В. Г. Основные проблемы, препятствующие нормализации теплоснабжения в муниципальных образованиях РФ // Новости теплоснабжения. 2002. № 5.
  9. Табунщиков Ю. А. Энергосбережение – дефицит знаний и мотиваций // АВОК. 2004. № 5.

1 Речь идет о производстве товаров для диагностики погодных аномалий, биодобавок и адаптогенов, одежды и обуви, максимально приспособленных к клима- тическим условиям мегаполиса.

купить online журнал подписаться на журнал
Поделиться статьей в социальных сетях:

Статья опубликована в журнале “Энергосбережение” за №2'2018

распечатать статью распечатать статью PDF pdf версия


Статьи по теме

Реклама
Реклама на нашем сайте
Яндекс цитирования

Подписка на журналы

АВОК
АВОК
Энергосбережение
Энергосбережение
Сантехника
Сантехника
Онлайн-словарь АВОК!


Реклама на нашем сайте