Умный город невозможен без эффективной коммунальной инфраструктуры. Как обеспечить эту эффективность? Энергетика умного города закладывается с этапа проектирования.

 

Леонид АДАМ,
доцент кафедры систем управления энергетикой
и промышленными предприятиями ВШЭМ УрФУ,
ГИП инженерной инфраструктуры планировочного района «Академический»
2007-2018гг., Екатеринбург

 

Президент 12 февраля 2019 на заседании Госсовета в Казани заявил о необходимости облегчить адаптацию жилищного рынка к новым правилам игры, подтвердив при этом курс на переход к более прозрачным и безопасным механизмам покупки комфортного и доступного жилья, а также модернизацию отрасли в целом.

 

Целевая модель

Сделать это можно только при помощи грамотного построения одного из нацпроектов – «Цифровая экономика». Этим нацпроектом объединяется подавляющее количество других. Это и «Жилье и городская среда», и «Экология», и «Здравоохранение», и «Образование», и «Наука», и «Малый бизнес», и «Магистральная инфраструктура».

Но, к примеру, национальным проектом «Цифровая экономика» предполагается движение к «Умным городам». При этом, на подпрограмму «Внедрение систем интеллектуального учета коммунальных ресурсов» проекта «Умный город» положен срок 5-6 лет с момента запуска. Мы в очередной раз пытаемся решить одну проблему, не понимая системных проблем.

Не так давно, на всероссийском совещании по энергосбережению, проходящем в Санкт-Петербурге, главный метролог Белоруссии, страны, обогнавшей Россию по технологиям энергосбережения лет на 10, со слезами вопрошал – вся Белоруссия в приборах учета, а баланса нет, что происходит? То есть мы 5 лет будем устанавливать приборы учета, а потом спрашивать «что происходит»?

Можно ли внедрять системы без системного подхода? И что это за «Цифра», как не математическая модель какого-либо процесса или регламента? Но если нет регламента, какую экономику мы строим? Где модель, к которой мы стремимся?

 

Принципы энергетической инфраструктуры

Более 10 лет назад в Екатеринбурге стартовал крупнейший в Европе проект комплексного освоения территорий – район «Академический». Проект, как его тогда называли, «города будущего», спроектированный видным французским архитектурным бюро, предполагал размещение на данной территории более 300 тыс. жителей и должен был быть закончен к 2025 году Сейчас в «Академическом» порядка 50 тыс. жителей, и когда он будет застроен, не может предсказать никто.

Так что удалось реализовать в районе, что с «городом будущего», или как сейчас модно говорить, «умным городом», и можно ли этот проект рассматривать как идеальную модель для цифровой экономики?

Очевидно, что инженерная инфраструктура проектов комплексного освоения территорий, рассчитанных на десятилетия, должна быть спроектирована и построена таким образом, чтобы через десятки лет технологии, заложенные на старте проекта, отвечали требованиям экологии, энергоэффективности будущего, а не существующих в данный момент.

Создание современных, ориентированных на перспективу систем энергоснабжения крупных городских районов – задача чрезвычайно сложная, и рассмотрение вопросов энергообеспечения должно носить системный характер. Все главные параметры процессов энергоснабжения и водоснабжения должны рассматриваться и планироваться в тесной взаимосвязи – это спрос на энергоресурсы, ввод новых мощностей, энергосбережение, охрана окружающей среды и т. д.

 

Опыт энергетической инфраструктуры Академического

Основной целью технической политики при разработке и реализации концепции энергоснабжения планировочного района «Академический» была не минимизация затрат на производство киловатт-часа электроэнергии и гигакалории тепла на энергоисточнике, поскольку это только одно звено всей системы. Целью было энергетическое обеспечение заданных результатов конечной деятельности: производства продукции, работ, услуг, создание заданного уровня бытового комфорта при минимальном загрязнении окружающей среды и максимально возможном коэффициенте использования топлива.

Такой подход обусловлен тем, что каждый объем первичной энергии может произвести разное количество продукции и услуг в зависимости от уровня эффективности его использования у конечного потребителя. Подчеркнем, конечный потребитель – определяющее звено, именно конечные потребители определяют свои потребности, и задача системного подхода обеспечить их оптимально.

 

Схема выше наглядно представляет описанные подходы, но также очевидно, что для решения должны быть скоординированы все звенья одной системы – процессы выработки, транспортировки и потребления энергоресурсов.

Для решения вышеуказанных мероприятий в районе была применена инновационная организационная модель «Жизненного цикла» с условным названием «ПСУ – 100 лет» – проектируем, строим и управляем 100 лет.

Предполагалось, что все строящиеся объекты будут рассматриваться с точки зрения «хозяина» – собственника квартиры, офиса, торгового центра, и т.д., и все процессы, от топлива до нагревательного элемента в здании, были скоординированы.

При этом ответственность за все несла бы одна управляющая компания, и она же могла решать все вопросы по улучшению жизни и проживания жителей и собственников зданий. Единая управляющая компания создана была, туда вошли все ресурсные компании (теплоснабжение, водоснабжение и водоотведение, электроснабжение, IT). Однако управление жилыми домами собственники в эту компанию не отдали, что и стало решающим обстоятельством, почему идеальным «умным» городом «Академический» не стал – ввиду отсутствия системного подхода к управлению проектом и оторванности жителей района от этого управления.

 

Достижения

Была применена оригинальная инвестиционная модель по созданию собственных бизнесов по вышеуказанным направлениям инженерной инфраструктуры. Тем самым деньги, которые застройщик должен был заплатить за подключение к энергоресурсам, были капитализированы внутри компании с колоссальным финансовым результатом. Сразу необходимо отметить, что существующий в России «экономический» механизм, по которому, за счет новоселов или собственников других строящихся объектов, создается новая собственность для других собственников (инфраструктурных монополий), никакого экономического, а тем более социального, смысла не имеет. Ладно было бы, если эти монополии были бы муниципальными…

Хорошо, что при проектировании первых домов жилищная управляющая компания еще не была создана, и технические условия на подключение домов к энергоресурсам и техническое задание на проектирование внутренней инженерии этих домов выдавались в одной вышеуказанной технологии.

В районе была реализована полностью независимая система теплоснабжения. Ее применение для целого района – уникальный для России случай, ранее независимая схема применялась только для зданий повышенной этажности.

Основными преимуществам независимой схемы теплоснабжения являются:

• Раздельные контуры теплоносителя для теплоснабжающей организации и потребителей, что резко повышает надежность и устойчивость системы в целом, позволяет выявлять, при соответствующей организации учета тепловой энергии, утечки и сверхнормативные разборы тепловой энергии. Район «Академический» стал единственным на постсоветском пространстве, где полностью балансируется генерация, транспорт и потребление тепловой энергии.
• Возможность снижения расчетной пиковой мощности за счет внедрения технологии «приоритет ГВС» не менее чем на 15% с резким упрощением процессов отслеживания режимов теплопотребления и с соответствующим снижением тарифов на подключение и потребление тепловой энергии. Внедрение данной технологии в «Академическом» позволит сэкономить застройщикам порядка миллиарда рублей (на полное развитие).
• Отсутствуют затраты электроэнергии на транспортировку теплоносителя.
• Затраты на персонал на порядок ниже, чем у аналогичных предприятий.
• Отсутствуют центральные тепловые пункты (ЦТП), приготовление горячей воды происходит непосредственно у потребителя путем нагрева холодной воды теплоносителем через теплообменник, что делает ненужной сложную систему химводоподготовки. Регулирование температуры теплоносителя также максимально приближено к потребителю.
• При прокладке тепловых сетей используются предизолированные стальные трубы с ППУ или ППМ – изоляцией с обязательным антикоррозионным покрытием. Отличительными особенностями данной конструкции теплотрасс является водонепроницаемость изоляции, что снижает потери тепловой энергии, вызванные испарением воды с поверхностей труб, а также предотвращает коррозию труб. Расчетный срок службы теплотрасс не менее 50 лет. Тепловые потери не превышают 4%, что на уровне лучших мировых показателей.

В районе предусмотрена кольцевая система теплоснабжения от двух теплоисточников, что позволяет резко увеличить надежность теплоснабжения, исключить наличие резервных теплоисточников на территории района. При этом, за счет снижения диаметров магистральных трубопроводов снижаются затраты на создание теплоснабжающего комплекса, второй теплоисточник, по сути дела, строится за счет экономии по вышеуказанным затратам. В качестве второго теплоисточника рассматривалось строительство современного мусороперерабатывающего завода.

 

Предварительные результаты

Сочетание вышеуказанных мероприятий позволило получить идеальную систему теплоснабжения с минимальными затратами на транспорт, ремонт и эксплуатацию, к тому же оптимальную по стоимости строительства. Более того, разработанная более 10 лет назад система не только не устаревает, при развитии различных проектов на территории Академического она позволяет достигать дополнительного снижения себестоимости тепловой энергии:

Схема позволяет использовать в летнее время тепловую энергию для выработки холода (такие проекты уже имеются), резко снижая затраты на электроэнергию в целом по району. При этом, за счет увеличения потребления тепла летом, вырастает КПД ТЭЦ с соответствующими экономическими последствиями.

Результат – снижение потребления тепловой энергии на 30%; тариф на тепловую энергию на 25% ниже, чем в среднем по Екатеринбургу, есть наработки по дополнительному снижению эффекта для потребителя не менее чем на 50%.

Повторим, что все вышесказанное было заложено на старте проекта. Что планировалось, и каким должен быть «город будущего» по мнению автора, в следующих публикациях.

Фото из фотогалереи района Академический на akademicheskiy.org

Также почитать:

Леонид Адам. Эффекты при системном подходе к проектированию систем тепло- водоснабжения