Газовый кризис – предвестник беды или начало выздоровления? - Журнал С.О.К. Сантехника Отопление Кондиционирование

На рис. 1 показана потребительская термограмма газового кризиса. В течение последних дней декабря, предшествовавших кризису, при положительной температуре наружного воздуха в контрольном помещении* поддерживалась температура около 19,5 °C, которая контролировалась приборами автоматического регулирования, понижающими температуру теплоносителя в ночное время по заданной программе. 1 января, когда понизилось давление в трансевропейском газопроводе, и, соответственно, упала температура в подающем трубопроводе тепловой сети, приборы автоматики последний раз открыли регулирующий клапан и передали рычаги управления системой отопления непрогнозируемым внешним силам.

Весь день 3 января температура теплоносителя на входе в тепловой пункт не поднималась выше 59 °C при температуре наружного воздуха минус 2 °C, а температура на поверхности радиатора понизилась до 39 °C. Воздух в помещении охладился при этом до 17,6 °C. Температура теплоносителя начала медленно повышаться с полуночи 5 января, но в это же время усилился мороз и температура в комнате опустилась до 16,5 °C, чего прежде никогда не случалось. И только к полудню 8 января радиатор стал прогреваться, как обычно. Вновь заработала автоматика в тепловом пункте и 9 января температура в помещении достигла своего обычного уровня 19,5 °C.

Кризис миновал, но болезнь осталась. Скорая помощь, посредством которой политикам и дипломатам на этот раз удалось на какое-то время снять кризисные явления, не только не предложила никаких рецептов лечения болезни, но даже не пыталась поставить точный диагноз.

На самом деле, диагноз ясен. Это — острая метановая зависимость.

2. Откуда он взялся, этот кризис?
Зима пришла, а сани не готовы…

Украинский газовый кризис, обострившийся на рубеже нынешнего года — это всего лишь локальное событие в глобальной панораме смещений топливных приоритетов. Природный газ кончается, и это не новость. Он катастрофически быстро исчезает из недр нашей планеты. В некоторых странах газ еще есть, и это обстоятельство позволяет кое-где оттянуть кризисную ситуацию на несколько лет, что, впрочем, не может служить поводом для безмерного оптимизма.

Человечество на протяжении жизни одного поколения сожгло большую часть метана, накопленного в недрах за миллиарды лет существования Земли. Еще в 20-х годах XX в. природный газ нигде в мире широко не использовался. В те годы специалисты, оценивающие глобальную энергетическую ситуацию, уделяли внимание лишь каменному углю — практически единственному тогда энергетическому топливу. Германский исследователь Гюнтер, написавший в то время о проблеме энергетического топлива целую книгу [1], посвятил в ней природному газу только одну строчку, в которой газ наряду с торфом был назван топливом, которое не может иметь большого значения в энергетике в связи с ограниченностью его запасов.

В Киеве природный газ впервые появился в 1949 г. после сооружения газопровода из Дашавы. Позднее этот газопровод был продолжен до Москвы, куда уже поступал газ Саратовского месторождения по первому советскому газопроводу Саратов–Москва, построенному сразу после войны. Несколько лет интенсивной эксплуатации дашавского месторождения привели к практически полному его истощению. Позднее было открыто Шебелинское месторождение газа под Харьковом, которое долго считалось крупнейшим в Европе. Теперь в нем осталось менее 120 млрд м3 газа [2], и добыть эти остатки довольно трудно. Единой советской газотранспортной системе пришлось переориентироваться, и газопроводы, прежде подававшие газ из украинских недр, стали работать в обратном направлении, подавая газ в Украину из богатых сибирских месторождений, которые еще недавно казались неисчерпаемыми. Однако после сооружения газопроводов в Европу быстрое истощение сибирских месторождений стало таким же неотвратимым, как и исчезновение газа из недр Дашавы и Шебелинки. Нынешнее резкое повышение цен на газ — это совершенно объективный признак того, что имеющиеся в России и в других странах газовые месторождения истощаются слишком быстро. Нет никакого сомнения в том, что к концу 20-х годов XXI в. природный газ, как это было и сто лет назад, станет почти везде топливом редким, можно сказать, экзотическим и чрезвычайно дорогим. На рис. 2, взятом из российского журнала [3], показана динамика роста мировых цен на газ за последние десятилетия. Едва ли следует рассчитывать на то, что кривая роста цен, столь круто поднявшаяся к 2005 г., начнет вдруг демонстрировать иную тенденцию.

Можно только удивляться тому, что факт физического истощения запасов природного газа и соответствующего повышения цен на него был воспринят многими в Украине как сногсшибательная новость. Ученые многих стран постоянно предупреждают общественность о надвигающейся на нас энергетической катастрофе. Бурное развитие в наше время технологий использования возобновляемых источников энергии в большинстве стран мира убедительно свидетельствует о том, что эти предупреждения почти везде были восприняты с должным вниманием [4]. Что касается цены на газ в Украине, то специалисты давно прогнозировали такое развитие событий. В частности, прогноз, сделанный почти два года назад А.В. Власюком [5], удивляет своей точностью. Он написал тогда, что в ближайшие полтора-два года стоимость газа в Украине возрастет в несколько раз и достигнет 200 долларов за 1000 м3. Практически это уже случилось. Известно, что сани нужно готовить, пока зима не наступила. Газовый кризис, пришедший к нам вместе с нынешней зимой, несмотря на очевидность неизбежности его пришествия [6], оказался для Украины неожиданным. Механизм, посредством которого этот кризис можно было бы безболезненно преодолеть, все еще не готов. Теперь придется готовить этот механизм на ходу. Еще не поздно.

Природный газ был очень удобным топливом. Невидимый и легкий, высококалорийный и дешевый, он красиво сгорал синим пламенем, даруя людям тепло и горячую пищу. Неудивительно, что мы все так привыкли к этому чудесному носителю энергии, пришедшему в наши дома из глубоких недр. Теперь придется отвыкать, потому что избежать очередных газовых кризисов можно только, постепенно отказавшись от потребления газа, которого осталось в недрах совсем немного. Для того, чтобы население и коммунальная энергетика* Украины смогли полностью освободиться от метановой зависимости, нужно сделать всего несколько шагов в нужном направлении.

3. Пять шагов на пути к избавлению от метановой зависимости
3.1. Шаг первый. Плита электрическая вместо газовой
— А у нас в квартире газ…
—До сих пор?

Когда случаются утечки на пораженном коррозией водопроводе или в теплотрассе, то возникают лужи, и этого нельзя не заметить. Аварийные бригады в таких случаях спешат залатать трубопроводы, заботясь при этом не только о сохранности воды, но об имидже эксплуатационных служб. Вовремя не по чинишь — неприятностей не оберешься.

Подземные газопроводы тоже коррозируют, но, поскольку лужи при этом не образуются, утечки газа зафиксировать удается редко. О масштабе утечек из подземных газопроводов можно судить лишь косвенно. В 1999 г. в украинские нормы проектирования было введено требование [7, 8] об обязательной установке в подвалах всех строящихся и реконструируемых зданий, находящихся в газифицированных населенных пунктах, датчиков довзрывоопасных концентраций метана. Это требование должно предотвратить взрывы в домах, которые могли бы возникнуть вследствие проникновения в подвалы природного газа из подземных газопроводов, хотя правильнее было бы предотвращать такие взрывы, заботясь о сохранности самих газопроводов.

Главная беда состоит в том, что значительная часть газопроводов проложена открыто по фасадам домов. Эти стальные неоцинкованные трубопроводы, подверженные периодическим воздействиям ветра и дождя, солнечного излучения и мороза, снега и тумана, ржавеют достаточно быстро.

В Европе западнее Ужгорода газопровод домовых систем обычно прокладывают внутри зданий. Там он ржавеет не так быстро, как наружный, а малейшие утечки газа обнаруживаются по запаху. Наши нормы проектирования требуют исключительно наружной прокладки газовых домовых магистралей по соображениям взрывобезопасности. Большинству этих трубопроводов (рис. 3) уже больше 30 лет, и кто может сказать, какое количество газа постоянно, бесшумно и бесследно вытекает в атмосферу через эти трубопроводы?

Расчетная норма потребления газа жителями, пользующимися газовыми плитами при централизованном горячем водоснабжении, выросла от 80 м3 газа в год на одного человека [9] до 120 м3 [8], то есть на 50 %. Пищеприготовление не стало более энергоемким. Более того, жители городских квартир теперь готовят еду, расходуя меньше газа, чем прежде. Этому способствуют обилие готовой пищи в городских магазинах и применение кухонных электронагревателей (микроволновых печей, чайников и пр.). Но возросшие в результате утечек потери газа вынудили ввести полуторократное увеличение нормы потребления.

Сколько в действительности вытекает газа через неплотности старых городских газопроводов, не знает никто, и выяснить это практически невозможно, потому что счетчиков на пути газа от ГРС к большинству потребителей нет. Можно лишь предположить, что при скорости атмосферной коррозии газопроводных труб 0,1 мм/год газопроводы, проложенные 30 лет назад, близки к разгерметизации. Со временем коррозия будет съедать все больше труб, и потери газа в городских газопроводах будут расти год от года.

Еще хуже обстоит дело в газифицированных селах, где очень часто все газопроводы проложены открыто на не всегда устойчивых металлических столбах, качество сварки этих труб далеко от совершенства, а периодическое их противокоррозионное окрашивание не везде производится.

Население Украины по нормам должно расходовать на приготовление пищи около 4,5 млрд м3 газа в год. С учетом потерь в газопроводах эту величину можно, вероятно, уже теперь удвоить. К этому нужно добавить, что сверхнормативные утечки газа никто не оплачивает.

Протяженность открытых газопроводов, проложенных только по фасадам городских зданий, составляет около 20 тыс. км. Можно было бы их заменить, но стоит ли заниматься столь трудоемкой работой, если газ катастрофически быстро растет в цене и через 20-25 лет исчезнет из газопроводов вовсе?

Гораздо более перспективным представляется другой путь решения этой проблемы. Нужно заменить в существующем жилищном фонде все газовые плиты электрическими. Одновременно нужно заменить имеющиеся газовые колонки емкостными электрическими водонагревателями, расходующими электроэнергию в ночное время с ее оплатой по льготному тарифу. При этом во многих случаях придется усиливать электропроводку в зданиях.

Основные технико-экономические показатели этого необходимого шага представлены в табл. 1.

Работу по замене газовых плит электрическими нужно выполнять планомерно с тем, чтобы в каждом районе завершать ее демонтажем трубопроводов, проложенных по фасадным стенам домов, и газорегуляторных пунктов, постепенно расширяя безметановую зону в городах и поселках. В результате этого воздух в нашем жилище станет намного чище, а наши дома станут взрывобезопасными.

3.2. Шаг второй. Повышение эффективности систем теплоснабжения
Радиатор должен быть горячим, но только в стужу

Наши исследования, проведенные на тепловых сетях Киевэнерго на протяжении отопительного периода 2004- 2005 гг., показали [10], что в результате отсутствия приборов автоматического регулирования на тепловых пунктах зданий было израсходовано безо всякой пользы 1172 тыс. Гкал тепловой энергии. Это составляет более 12 % общего количества тепла, выработанного на источниках теплоснабжения, и для выработки этого тепла пришлось сжечь около 200 млн м3 природного газа. Значительные энергетические потери в централизованных системах теплоснабжения крупных городов связаны с эксплуатацией центральных тепловых пунктов (ЦТП), функции которых в нынешних условиях могут выполняться [11] в индивидуальных тепловых пунктах зданий. Ликвидация ЦТП позволит вывести из эксплуатации внешние сети горячего водоснабжения, являющиеся главным источником потерь тепла и воды в наружных трубопроводах.

Реконструкция тепловых пунктов может выполняться по-разному. Стремление применить в наших теплопунктах импортную технику с непомерным количеством избыточных функций приводит обычно к их значительному удорожанию, которое сводит к минимуму возможный положительныйэффект. Примером безукоризненной реконструкции может служить выполненная еще в 2000 г. модернизация теплового пункта главного корпуса КиевЗНИИЭП, в процессе которой использовалась исключительно отечественная техника. Регуляторы киевской фирмы КИАРМ, работающие по алгоритму, разработанному в КиевЗНИИЭПе, безотказно сокращают теплопотребление, когда позволяет погода, и обеспечивают нормальный температурный режим в рабочее время, а уникальные теплообменные аппараты севастопольского предприятия «Теплообмен» позволили сократить площадь, занятую оборудованием в 10 раз. Затраты на тепловую энергию сократились на 40 %, и средства, потраченные на реконструкцию, были возвращены всего за 2,5 месяца работы модернизированного теплового пункта.

Для достижения максимального энергосберегающего эффекта необходимо одновременно с модернизацией тепловых пунктов автоматизировать управление сетевыми насосами, установленными на источнике теплоснабжения.
Основные технико-экономические показатели второго шага на пути к освобождению коммунальной энергетики от метановой зависимости представлены в табл. 2, и показатели эти рассчитаны на основе безупречного опыта реконструкции показательного теплового пункта КиевЗНИИЭП.

3.3. Шаг третий. Крупномасштабная теплофикация на украинских углях
Тепловые отходы электростанций должны обогревать дома

Одиннадцать крупнейших конденсационных тепловых электростанций Украины работают на украинских углях. Их общая проектная мощность равна 25,2 млн кВт. Побочным продуктом при производстве такого количества электроэнергии является энергия тепловая, которая сбрасывается в окружающую среду через градирни или в водоемы в количестве (при полной загрузке электростанций) около 325 млн Гкал в год (табл. 3). Такое же количество тепловой энергии образуется при сжигании в котлах 45 млрд м3 природного газа в год, что сопоставимо с объемом импорта газа.

Человеку трудно представить себе энергию, эквивалентную 45 млрд м3 газа, но те, кто бывал в Энергодаре Запорожской обл. и видел паровые вихри, круто вздымающиеся над бескрайней поверхностью прудовохладителей конденсационных электростанций, сконцентрированных в этом городе, легко могут вообразить масштабы нашей расточительности, связанной с выбросом энергии, которая могла бы служить людям.

Современные технологии транспортирования теплоносителя по хорошо изолированным в заводских условиях трубопроводам позволяют эффективно использовать тепловую энергию в радиусе до 100 км [13] от теплогенератора. На карте (рис. 4) показаны все одиннадцать электростанций, каждая из которых расположена в центре окружности со стокилометровым радиусом, условно ограничивающей область эффективного использования тепла. Почти все крупнейшие города страны (Киев, Харьков, Донецк, Днепропетровск, Запорожье, Львов) и самые густонаселенные ее районы (почти весь Донбасс, пригороды Киева и Харькова) вписались в эти окружности. Примерно 70 % населения, включая жителей сельской местности, расположенной в зоне прокладки теплопроводов, могло бы получать тепловую энергию от новых источников. Потребность в тепле для отопления и горячего водоснабжения зданий в этих районах оценивается величиной около 80 млн Гкал/год. Таким образом, достаточно использовать только одну четвертую часть сбрасываемого от существующих тепловых электростанций тепла для того, чтобы решить проблему теплоснабжения на большей части территории страны. Нынешнее техническое состояние тепловых электростанций оставляет желать лучшего. Часть турбин выведены из эксплуатации, ресурс большей части оборудования давно выработан, все станции нуждаются в обновлении. В процессе этого обновления необходимо вместо конденсационных турбин установить нужное количество теплофикационных с отборами пара, гарантирующими теплоснабжение по температурному графику.

Ключевой проблемой создания новых крупномасштабных центров теплофикации является дальнее теплоснабжение. В табл. 4 приведены результаты выполненной ранее [14] технико-экономической оценки эффективности создания центра крупномасштабной теплофикации с подачей тепловой энергии от Трипольской ТЭС в г. Киев.

Начинать процесс превращения существующих конденсационных тепловых электростанций в высокотехнологичные центры крупномасштабной теплофикации Украины можно было бы с Трипольской ТЭС. Она расположена всего в тридцати километрах от южных окраинКиева, и теплотрасса могла бы пройти по свободной от застройки территории. После реконструкции внутригородских теплотрасс тепловая энергия из Триполья могла бы быть подана в центральные и западные районы города, где сосредоточены крупные газовые котельные, на месте которых будут построены новые дома. Возможно, при этом удастся вывести из эксплуатации старую котельную, расположенную в самом центре столицы у вокзала.

Если распространить результаты технико-экономической оценки, выполненной для теплотрассы из Триполья в Киев, на все остальные предполагаемые центры крупномасштабной теплофикации, то ожидаемые последствия реализации третьего шага на пути к освобождению от метановой зависимости можно представить в виде табл. 5.

Третий шаг имеет решающее значение. Это не просто замена одного топлива другим, это — вовлечение в хозяйственный оборот государства ценной энергии, которая у нас уже есть, но не используется, которой у нас очень много, но она выбрасывается на ветер. Вместо того, чтобы использовать эту энергию, мы покупаем за рубежом энергоноситель для нас привычный, но дорогой, и делаем это потому только, что выбрасывать энергию очень просто, а чтобы ее использовать, нужно приложить свой труд.

Труд потребуется немалый. Это не должен быть возврат к старым, советского образца централизованным системам теплоснабжения, многие из которых в небольших городах и поселках уже разрушены. Новая крупномасштабная теплофикация должна базироваться на самых высоких технологиях совершенного производства, безотходного транспортирования и эффективного использования тепловой энергии.

Эффективность третьего шага оценивалась с учетом имеющихся мощностей тепловых электростанций, работающих на углях. Вместе с тем, в дальнейшем область крупномасштабной теплофикации должна охватить также районы, находящиеся вблизи атомных электростанций, многие из которых расположены как раз за пределами стокилометровых зон, очерченных на рис. 5 вокруг ТЭС. Теплоноситель, подаваемый от АЭС, циркулировал бы в контурах, никак не связанных с радиационными зонами, и никакой опасности для населения он представлять не должен. Уже сегодня город Южноукраинск, находящийся вблизи атомной электростанции, обеспечен дешевой тепловой энергией, подаваемой от конденсаторов паровых турбин АЭС.

Несмотря на то, что предложенная здесь программа новой крупномасштабной теплофикации пока не имеет аналогов в мировой практике, в ней нет ничего неизведанного, неосуществимого или нереального. Ее можно и нужно впервые реализовать в Украине, потому что, быть может, ни в какой другой стране мира пока еще не сложились воедино такие обстоятельства, как дефицит привычных энергоносителей, осложненный переходными процессами в экономике, наличие в недрах достаточного количества угля, а также мощный электроэнергетический потенциал, подкрепленный соответствующим опытом специалистов. Остается лишь добавить, что реализация программы крупномасштабной теплофикации лежит в русле технических решений, предусмотренных недавно принятым Законом Украины (№ 2509-ІV от 5 апреля 2005 г.) «О комбинированном производстве тепловой и электрической энергии и использовании сбросного энергопотенциала».

3.4. Шаг четвертый. Утепление зданий
Без хорошей шубы зимой не согреешься

Через стены всех построенных в Украине зданий в течение одного отопительного периода проникает в атмосферу около 41 млн Гкал тепла, для выработки которого в котлах приходится сжигать почти 6,5 млрд м3 природного газа. Более 37 млн Гкал (6 млрд м3 газа) уходит через окна и примерно 13 млн Гкал (2 млрд м3) — через крыши домов.

Общие тепловые потери через ограждающие конструкции зданий оцениваются величиной более 90 млн Гкал в год, и нужно сжечь около 14,5 млрд м3 газа, чтобы возместить эти потери. Чтобы сократить потери тепла через стены, нужно покрыть их теплоизоляционным слоем и защитить этот слой от воздействия атмосферных осадков и ветра. После выполнения этих работ через стены будет проникать примерно в 2,5 раза меньше тепла, чем теперь.

Сократить потери тепла через старые окна с деревянными переплетами практически невозможно. Окна нужно менять. Через современное окно с двухкамерным стеклопакетом, вставленным в утепленную металлопластиковую конструкцию, пройдет примерно на 27 % тепла меньше, чем через старое окно с двойными деревянными рамами.

Чтобы утеплить крышу, достаточно увеличить толщину слоя тепловой изоляции. При этом тепловые потери можно сократить примерно втрое.

Ожидаемые результаты программы утепления всех существующих зданий показаны на рис. 5. Общий расход газа на отопление можно было бы сократить от 14,5 до 7,6 млрд м3 в год, то есть на 6,87 млрд м3 в год, или примерно вдвое.

Общая технико-экономическая оценка реализации четвертого шага на пути к избавлению от метановой зависимости должна учитывать, что этот шаг не будет первым, и все предшествующие шаги часть энергосберегающего потенциала утепления зданий возьмут на себя. В частности, в зоне действия крупномасштабной теплофикации, а также в районах, обогревающихся от существующих ТЭЦ, где себестоимость тепловой энергии существенно ниже, чем в зоне действия газовых котельных, необязательно утеплять все дома. Часть домов, так называемые «хрущевки», подлежит сносу, а не утеплению. Поэтому при оценке последствий четвертого шага будем исходить из предположения, что утеплять придется примерно половину имеющихся сегодня домов и годовая экономия газа составит при этом не 6,87, а около 3,5 млрд м3.

Несмотряна то, что утепление зданий в широких масштабах, как показывает технико-экономическая оценка, станет экономически оправданным лишь после того, как стоимость тысячи кубометров газа превысит 900 долларов, делать первые реальные шаги и начинать организацию этого процесса необходимо уже теперь, иначе он начнет развиваться стихийно (рис. 6).

Утепление домов имеет свои особенности. Если отопительная система утепленного здания не автоматизирована, никакого энергосберегающего эффекта от дорогостоящего утепления ожидать не следует. Более того, жители такого дома, постоянно испытывая перегрев, будут вынуждены открывать окна и простуживаться, в то время как тепло, охраняемое утепленными стенами, будет беспрепятственно улетучиваться через открытые окна. Поэтому нельзя делать четвертый шаг прежде второго. Нет никакого смысла утеплять отдельные фрагменты дома, а установка современных окон в домах с неутепленными стенами во многих случаях приведет к образованию плесени и грибков на внутренней поверхности наружных стен.

В богатых европейских странах процесс утепления зданий уже завершен, несмотря на явную невыгодность этого процесса при нынешних ценах на топливо. Один западный эксперт, пытаясь объяснить этот экономический нонсенс, сказал буквально так: «Я покупаю шубу своей жене не потому, что мне это выгодно. Моя жена просто не может обходиться без шубы».

3.5. Шаг пятый. Возобновляемая энергия
У природы много источников тепла.
Взять их у нее — наша задача

Применительно к проблемам коммунальной энергетики реальное значение имеют три вида возобновляемых источников энергии. Это энергия грунта, которую извлекают при помощи тепловых насосов, энергия биомассы и солнечная энергия, воспринимаемая солнечными коллекторами.

Тепловой насос — это устройство, способное выработать тепловую энергию путем преобразования низкотемпературной теплоты окружающей среды. В климатических условиях Украины источниками тепла для отопления зданий могут служить грунт или грунтовая вода, а также тепловые отходы зданий — вытяжной воздух или бытовые стоки. Теплоснабжение от тепловых насосов — это наиболее активно развивающаяся теперь во всем мире отрасль в секторе отопления зданий. К концу 2004 г. тепловая мощность установленных в Европе тепловых насосов, использующих энергию грунта, составила 4531 МВт, что на 20 % превышает мощность в 2003 г. [15]. Мировым лидером в этом процессе является Швеция, где такие тепловые насосы установлены в 185 тыс.жилых домов, а их общая тепловая мощность достигла 1700 МВт. В число десяти ведущих стран мира, в которых широко применяются грунтовые тепловые насосы, вошла Польша, где еще недавно, как теперь в Украине, эта отрасль техники не развивалась вовсе. В 2004 г. от грунта при помощи тепловых насосов, установленных во всем мире, была отнята тепловая энергия, эквивалентная 1,81 млрд м3 природного газа (рис. 7). Здесь следует обратить внимание не столько на эту впечатляющую цифру, сколько на темпы роста использования энергии грунта. Всего за четыре года грунт стал давать людям вчетверо больше своей энергии. При сохранении таких темпов роста энергия грунта может очень скоро потеснить другие источники тепловой энергии, используемой для отопления.

Недавно даже английская королева решила привлечь внимание граждан к тепловым насосам, объявив о своем намерении применить их в системе отопления Букингемского дворца. Резиденция королей, расположенная в центре Лондона, будет теперь обогреваться с использованием тепла грунтовой воды [16].

В Украине тепловые насосы не применяются.

В этом нет ничего удивительного, потому что тепловые насосы представляют собой технику достаточно сложную и для большинства наших граждан по цене пока недоступную. Но даже владельцы самых дорогих вилл в качестве источника теплоснабжения, не задумываясь, выбирают газ, несмотря на то, что только тепловой насос способен обеспечить не только по-настоящему автономное отопление, но и комфортное кондиционирование воздуха.

В КиевЗНИИЭПе тепловой насос был установлен в 1998 г. [17], и с тех пор он в летний период обеспечивает горячее водоснабжение 6-этажного общежития аспирантов института, используя теплоту атмосферного воздуха. Ежегодно с мая по сентябрь здание отключается от тепловой сети и тепловой насос остается единственным источником тепла. Полученный за эти годы опыт эффективной эксплуатации теплового насоса послужил основанием для расширения эксперимента. В мае нынешнего года в здании были установлены сточно-гликолиевые и грунтовые теплообменники, которые в перспективе позволят получать горячую воду из теплового насоса в течение всего года, используя также теплоту сточных вод и грунта, расположенного под зданием. После утепления общежития новые источники тепла смогут полностью исключить использование тепловой энергии из системы централизованного теплоснабжения.

Рассмотрим целесообразность устройства теплового насоса в строящемся хорошо утепленном индивидуальном жилом доме площадью около 300 м2. Предположим, что будущий его владелец, в отличие от всех своих соседей, без долгих размышлений подключившихся к газопроводу, решил сделать осознанный выбор источника тепловой энергии и рассмотреть (cм. табл. 7) наряду с обычным вариантом теплоснабжения от газового котла (вариант Газ) еще и вариант с тепловым насосом (ТН). Конечно, 25 лет — это слишком продолжительный срок окупаемости первоначальных затрат и, если исходить только из выгодности инвестирования, то тепловой насос никуда не годится, по крайней мере, сейчас, когда стоимость газа еще не достигла 300 долларов за 1000 м3.

Но рассудительный владелец строящегося дома, возможно, не станет принимать решение, основываясь лишь на соображениях сиюминутной выгоды. Скорее всего, он примет во внимание и другие обстоятельства, например, такие:
Дом строится надолго. Через 10 лет цена газа будет заоблачной, а потом он, возможно, вообще исчезнет из газопровода. Конечно, дополнительные почти сто тысяч гривен — не пустяк, но по сравнению со стоимостью дома это немного, какие-нибудь три-четыре процента удорожания. Лучше вложить деньги сейчас, пока идет строительство дома, чем через несколько лет начинать все сызнова.

И если во время этих раздумий специалисты подскажут будущему владельцу дома, что в отличие от газового котла тепловой насос способен создать температурный комфорт в доме не только зимой, но и в летний зной, то чаша весов, скорее всего, склонится в пользу теплового насоса.

Тем, кто примется за строительство нового дома через несколько лет, долго размышлять на эту тему не придется.

Как видно из табл. 7, при стоимости газа $ 900 за 1000 м3 срок окупаемости дополнительных затрат, связанных с устройством отопления на тепловых насосах, сократится до пяти лет, и эти затраты будут оценены как приемлемые любым инвестором.

Оценивая эффективность необходимых шагов на пути к полному избавлению от метановой зависимости, нельзя не использовать возможности тепловых насосов. В КиевЗНИИЭПе разработаны [18] технические решения, позволяющие эффективно обогревать тепловыми насосами не только индивидуальные жилые дома, но и городские многоквартирные здания, в том числе и существующие дома при условии эффективного их утепления. Уже разрабатываются проекты таких зданий.

Область возможного применения тепловых насосов будет ограничена теми участками территории Украины, которые находятся за пределами зон крупномасштабной теплофикации (рис. 4), а также на объектах с кондиционированным воздухом, расположенных внутри этих зон.

Чтобы оценить, хотя бы приблизительно, возможный потенциал эффективности, связанной с использованием тепловых насосов через двадцать лет, представим себе, что Украина к тому времени станет полноправным членом европейского сообщества, страны которого удваивают мощность тепловых насосов каждые четыре года (рис. 7). Это значит, что к 2025 г. в ЕС будут установлены тепловые насосы общей тепловой мощностью около 150 ГВт, из которых на долю Украины будет приходиться, возможно, не более 5 %, то есть около 7,5 ГВт. Эта оптимистическая цифра положена в основу оценки эффективности реализации потенциала тепловых насосов (табл. 8).

Биомасса, используемая как топливо в современных котлах, — это мелкая, специально приготовленная щепа или гранулы, сжиганием которых можно управлять автоматически, обеспечивая при этом не только эффективное сгорание, но и экономию труда истопника. Щепу заготавливают не из живых деревьев, а из сухостоя лесов, способствуя таким образом, процессу санитарной очистки леса. При этом считается, что при сжигании такой древесины не происходит никакого загрязнения окружающей среды, потому что отходы леса в любом случае подвержены гниению с поглощением кислорода и выделением углекислоты, и при сжигании этих отходов происходят те же процессы. Коль скоро речь идет не о рубке лесов, а об использовании сухостоя, количество биомассы, которую можно использовать без нарушения естественного воспроизводства древесины, не безгранично. Полагают, что с одного гектара леса можно получать ежегодно около 4 тонн древесных отходов. При влажности древесины 60 % ее теплотворная способность равна 10 Мдж/кг. Таким образом, энергетический потенциал одного гектара составляет около 40 ГДж, что эквивалентно 1,2 тыс. м3 природного газа в год.

Площадь лесов и парков Украины составляет около 8 млн га, и их древесные отходы могли бы заменить около 10 млрд м3 природного газа в год. Многие леса труднодоступны для сбора древесных отходов, но, для начала, хорошо было бы очистить от них хотя бы лесные полосы, обрамляющие значительную часть железных и автомобильных дорог. Они занимают площадь около миллиона гектаров, и древесина только с этой доступной для обработки площади могла бы заменить 1,2 млрд м3 газа. Зеленая зона в черте города Киева, а также в пригородных лесах и парках занимает площадь около 150 тыс. гектаров. Этот огромный зеленый массив практически неухожен (рис. 8). Если на этой площади регулярно убирать сухостой и сжигать его в котлах, можно сократить потребление газа в столице на 180 млн м3 в год, или почти на 10 %. Что касается небольших населенных пунктов, расположенных в Полесье, то доля биомассы в их теплоснабжении могла бы стать преобладающей. Для реализации этого энергетического потенциала нужно организовать сбор древесных отходов, их переработку в топливную щепу или гранулы и оборудовать котлы устройствами для эффективного автоматизированного сжигания биомассы.

Торф — это тоже биомасса. Прежде он широко использовался как топливо, но после того, как везде появился удобный и дешевый природный газ, о торфe забыли. Запасы торфа в Украине оцениваются в 2,3 млрд тонн, что эквивалентно примерно 800 млрд м3 природного газа. В республике Беларусь уже ведется разработка 46 торфяных месторождений на площади 360 км2, а к 2012 г. за счет торфа и других местных видов топлива в республике будет выработано 25 % электрической и тепловой энергии [19]. Многообещающая программа поиска альтернативных природному газу энергетических источников в республике начала действовать задолго до того, как для республики Беларусь возникла реальная опасность утратить привилегии на покупку дешевого природного газа.

Солнечная энергия после ее преобразования в тепловую может использоваться для горячего водоснабжения в летний период. Общая потребность жителей Украины в горячей воде оценивается в 1,4 кубических километра в год. Чтобы нагреть такое количество воды до 50 °C нужно примерно 70 млн Гкал тепла или около 9,5 млрд м3 природного газа. Фактически расходуется, вероятно, втрое меньше, потому что значительная часть населения не имеет возможности в полной мере пользоваться этим благом цивилизации.

Если исходить все же из потребности, то солнечные коллекторы могли бы взять на себя не более 20 % выработки тепла с учетом возможности работы солнечных коллекторов лишь в течение трех летних месяцев при ясной погоде. Таким образом, предельный потенциал энергосбережения при использовании солнечных коллекторов оценивается примерно в 2 млрд м3 природного газа в год.

При правильной эксплуатации с одного квадратного метра солнечного коллектора в течение летнего сезона в климатических условиях большей части Украины можно получить столько же тепловой энергии, сколько выделятся при горении 50 м3 природного газа. Это означает, что для реализации этого потенциала потребовалось бы установить 40 млн м2 солнечных коллекторов. Это примерно в три раза больше, чем теперь установлено во всех странах Европы, а для того, чтобы соорудить солнечные установки с коллекторами такой площади, потребуется не менее 10 млрд долларов. Оценивая реальные возможности, придется согласиться с тем, что в полном объеме весь возможный энергетический потенциал солнечных коллекторов в течение ближайших десятилетий реализовать не удастся, и дальнейшая экономическая оценка выполняется из предположения, что может быть использована только четвертая часть этого потенциала.

В табл. 9 дана оценка эффективности солнечной программы.

4. Все пять шагов. Сводные показатели эффективности
Цена избавления от метановой зависимости

Мы рассмотрели пять возможностей, каждая из которых сулит несомненные выгоды. Эти возможности очевидны, и не реализовать их было бы совершенно нелогично:

нет никакой логики в том, чтобы по прохудившимся трубам подавать в каждую квартиру дорогой газ из далеких зарубежных месторождений, в то время как мощности отечественных угольных и ядерных электростанций остаются недогруженными;
нет никакой логики в том, чтобы подавать в дома дорогую тепловую энергию, не позаботившись о ее рациональном использовании;
нет никакой логики в том, чтобы обогревать реки сбросным теплом имеющихся электростанций, вместо того, чтобы обогревать им жилища граждан;
нет никакой логики в том, чтобы подавать тепло в дома, стены которых не держат тепло;
нет никакой логики в том, чтобы оставлять без внимания неисчерпаемую энергию природных источников, тупо сконцентрировавшись лишь на одном удобном и привычном, но, к сожалению, исчезающем источнике.

Рассуждения самые логичные, но не подкрепленные экономической оценкой, не могут служить основой для позитивной программы действий. Поэтому каждый предложенный шаг на пути к полному освобождению украинской коммунальной энергетики от метановой зависимости был подкреплен расчетами эффективности. Сводные показатели эффективности приведены в табл. 10.

Результатом реализации всех пяти шагов будет уменьшение потребности населения Украины, предприятий коммунальной энергетики и ТЭЦ в природном газе на 31 млрд м3 в год. Это примерно столько же, сколько все упомянутые субъекты энергетической сферы потребляют теперь. Это и станет полным освобождением украинской коммунальной энергетики от метановой зависимости.

5. Возможные источники финансирования
Где взять деньги?

Каждый из пяти шагов имеет свои особенности, которыми определяются возможные пути организации процесса реализации и способы инвестирования. Вероятно, соответствующие государственные структуры найдут оптимальные источники финансирования каждого шага, и здесь даются лишь самые общие соображения, касающиеся возможных источников инвестиций.

Реализация первого шага может быть организована на государственном уровне с привлечением банковских кредитов. Быстрый (с учетом короткого срока окупаемости) возврат кредитов будет возможен за счет средств, полученных от сокращения импорта газа.

Инвестиционные затраты второго шага окупятся еще быстрее, и банковские кредиты для его реализации могли бы стать надежным источником инвестиций. Но, в отличие от первого шага, здесь был бы более уместен региональный уровень организации процесса, привязанного к конкретным системам теплоснабжения. Кроме банковских кредитов для реализации второго шага целесообразно привлечь средства, полученные от продажи зданий ЦТП коммерческим структурам, готовым преобразовать их для своих нужд и одновременно модернизировать тепловые пункты в зданиях.

Третий, решающий шаг, без твердой политической воли руководителей государства сделать невозможно. Это должен быть впечатляющий мировой проект, организованный на самом высоком уровне, и технические решения крупномасштабной теплофикации будут потом повторяться во многих странах. Несмотря на значительный объем необходимых инвестиций, использование государственных средств или банковских кредитов можно было бы свести к минимуму, если задействовать на государственном уровне механизм Киотского протокола с продажей квот на выброс парниковых газов.

Средства, сэкономленные на импорте газа в результате реализации первых трех шагов, можно было бы направить на выполнение самого дорогостоящего четвертого шага. Ко времени начала массовой реализации этого шага можно ожидать повышения цен на природный газ до доллара за кубометр, когда утепление зданий станет вполне рентабельным. Кроме того, уже теперь стоило бы привлечь средства инвесторов капитального строительства на утепление существующих зданий.

То, что мы назвали пятым шагом, уже давно и успешно реализуется во многих государствах, которые не вкладывают или почти не вкладывают бюджетные средства в этот процесс. Возобновляемые источники энергии применяются там, во-первых, из-за высоких цен на энергоносители и, во-вторых, вследствие государственного стимулирования этого процесса, которое включает в себя разного рода экономические и административные рычаги, а также меры морального поощрения тех, кто применяет новые источники энергии. В Украине движение к высоким ценам на энергоносители уже наметилось, осталось лишь последовать примеру других держав относительно стимулирования.

6. Последовательность выполнения шагов
Сколько нужно времени?

Процесс движения на пути к преодолению метановой зависимости может быть организован по времени так, как показано в табл. 11.

Таким образом, двигаясь шаг за шагом по заданной программе, к концу 25летнего периода коммунальная энергетика Украины сможет обеспечить все потребности страны в тепловой энергии, не расходуя природного газа, который к тому времени, вероятно, вовсе исчезнет из недр Земли и газопроводов.

7. Уроки газового кризиса
Ответ на главный вопрос

Настало время ответить на вопрос, вынесенный в заголовок этой статьи. Был ли случившийся в начале 2006 г. украинский газовый кризис первым признаком неотвратимо надвигающейся на нас беды или сигналом к тому, чтобы начинать движение к выздоровлению? Конечно, это был признак беды, потому что процесс повышения цен на природный газ только начался, и этот болезненый процесс будет непрерывно продолжаться с непредсказуемой ин- тенсивностью до тех пор, пока газ не исчезнетиз недр планеты. Для метанозависимой экономики — это беда.

Вместе с тем, этот кризис мог бы стать поворотной вехой к оздоровлению экономики. Не секрет ведь, что больной начинает по-настоящему лечиться лишь после приступа, обозначившего серьезность недуга. Возможно, теперь в обществе возникнет понимание того, что наш недуг, который назван метановой зависимостью, невозможно излечить ни дополнительными метановыми инъекциями из старых или новых источников, ни дипломатией цен, которые все равно будут расти. Только полное избавление от метановой зависимости на основе активного энергосбережения и включения в энергетический баланс тепловых отходов электростанций и новых энергоносителей и позволит со временем навсегда выйти из кризиса.

Впрочем, об энергосбережении у нас говорят все и уже давно, но пока совершенно безрезультатно. Надежду на существенные сдвиги в этом вопросе дает Её Величество Цена на Газ. Именно ей предстоит повернуть бизнесменов и инженеров, финансистов и политиков лицом к проблемам энергосбережения. И тогда нынешний газовый кризис, возможно, станет отправной точкой на пути к эффективной экономике, избавившейся от метановой зависимости.

Литература
1. Г. Гюнтер. Энергетика будущего. Через сто лет / Перевод нем. изд. с предисловием Г.М. Кржижановского. — M.; Л.: Госэнергоиздат, 1933.
2. Фесенко Ю. Перспективы наращивания минерально-сырьевой базы природного газа // Энергет. политика Украины. — 2004. — № 10.
3. Природный газ мира: состояние и перспективы // Энергосбережение. — 2005. — № 4 (M.: ABOK).
4. Гершкович В.Ф. За бортом Нового Ковчега. Мир спешит осваивать новые энергетические источники. Мы не торопимся. — K.: КиевЗНИИЭП, 2004.
5. Власюк А.В. Газ и тепло в доме // ДОМ.ua. — 2004. — 7, № 2 (K.: АСС).
6. Дымные шлейфы над Крещатиком… Знамение нового времени или ошибка? // Энергосбережение в зданиях. — 2003
(№ 1). — № 17.
7. ДБН В.2.2-9-99. Общественные здания и сооружения.
8. ДБН В 2.5-20-2001. Газоснабжение.
9. СНиП 2.04.08-87. Газоснабжение.
10. Перезимовали… или повесть о том, как обогревались киевские дома в прошедшем отопительном сезоне // Энергосбережение в зданиях. — 2005 (№ 2). — № 25.
11. Пора избавляться от ЦТП // Энергосбережение в зданиях». — 2005 (№ 4). — № 27.
12. Опыт эффективной реконструкции теплового пункта общественного здания // Энергосбережение в зданиях. — 2001 (№ 1). — № 12.
13. Сирота М.Н. Региональное теплоснабжение // Новости теплоснабжения. — 2004. — № 3 (Москва).
14. Так ли уж далеко от Киева до Триполья? // Энергосбережение в зданиях. — 2004 (№ 2). — № 21.
15. Earth energy shows stronge potential in EU: Refocus Weekly, London, December, 21, 2005.
16. The Queen to install earth energy system: Refocus Weekly, London, September, 7, 2005.
17. Первый опыт горячего водоснабжения от теплового насоса // Энергосбережение в зданиях. — 1998 (№ 3). — № 7.
18. Есть ли в большом городе реальный источник тепла для работы отопительного теплового насоса // Энергосбережение в зданиях. — 2004 (№ 1). — № 20.
19. Хвоин О. Климат для торфяников // Энергетика и ТЭК. — 2005. — № 8 (Минск).