УДК 620.92 + 662.6 /.9 + 696.2
Эффективность использования природного газа в г. Астане
К.А.Искаков
кандидат технических наук,
доцент кафедры «Проектирование зданий и сооружений», Евразийский национальный университет им. Л.Н.Гумилёва, Астана: Вестник Евразийского национального университета им.
Л.Н.Гумилёва, 2002. – № 1-2. – С. 169-175.
Аннотация.
Исследована экономическая эффективность использования природного газа в г. Астане, в сравнении с традиционными энергоносителями, на быто- вые нужды, отопление жилых зданий, общественными зданиями производст- венного и непроизводственного назначения и теплоэлектроцентралью.
Обоснован экономический приоритет применения экологически более чистого вида топлива – природного газа.
Установлено, что кратности превышения стоимостей жидких топлив и электроэнергии относительно стоимости природного газа, поставка которого возможна с приграничных областей России в Казахстан, для города Астаны составляют порядки от 3 до 7.
Abstract.
Investigated the economic efficiency of use of the natural gas in Astana, in comparison with traditional energy carriers, for the living needs, heating of the dwelling houses, for the industrial and unindustrial public buildings and for the thermoelectric plant.
Well-founded the economic priority of application of the ecological more clean kind fuel – natural gas.
Determined that multiplicity of excess value of oils and electrical energy un- der value of the natural gas, which possibly delivery in Kazakhstan with the con- terminous regions of Russia, for the Astana town formed orders from 3 to 7.
Ключевые слова: энергоносители, топливо, природный газ, расход энергоносителя, стоимости, отопление, жилой фонд, общественные здания, промышленные предприятия, теплоэлектроцентрали.
Газ, как топливо, имеет ряд преимуществ в сравнении с другими вида- ми топлив. В их числе улучшение условий быта населения, повышение сани- тарно-гигиенического уровня производства, оздоровление воздушного бас- сейна в городах и промышленных центрах. Полномасштабная газификация связана с использованием природного газа.
В последние годы в альтернативных планах топливно-энергетического баланса Республики Казахстан рассматриваются и предложения об использо- вании природного газа в северных областях и, в первую очередь, в городах – Петропавловск, Кокшетау и Астана. Источником газа по содержанию проек- тов будет являться газотранспортная система приграничных областей Рос- сийской Федерации.
Материал настоящей статьи построен на показателях цен энергоноси- телей действовавших в г. Астане в 1999-2001 годы, порядках цен на природ- ный газ поставляемый в РК из соседних стран. Общие тенденции изменения абсолютных показателей в последние годы характеризуются примерной ста- бильностью соотношений цен одних и других энергоносителей.
Традиционно, энергоносителями для г. Астаны являются уголь, мазут, электричество, теплоноситель системы теплоснабжения, сжиженный углево- дородный газ, дизельное, жидкое печной топливо и др. Ниже рассматривает- ся экономическая эффективность использования природного газа на бытовые нужды, отопление жилого фонда, общественные здания производственного и непроизводственного назначения, промышленные предприятия, теплоэлек- троцентрали города Астаны по сравнению с вышеназванными энергоносите- лями.
I. Жилой фонд города. Бытовые нужды. Для бытовых нужд города Ас- таны используется сжиженный углеводородный газ (СУГ) или электрическая энергия (Э). Уместным является поэтому определение экономической эффек- тивности использования природного газа (ПГ) для бытовых нужд в сравне- ние с использованием СУГ и Э. Источниками СУГ для населения города яв- ляются групповые резервуарные установки или баллоны, в связи с чем суще- ствует определённый “СУГ ёмкостной” и “СУГ баллонный”, показатели стоимостей для которых были установлены в 2001 г., соответственно, $ 0,22 /кг (32,22 тенге /кг) и $ 0,26 /кг (37,8 тенге /кг). Стоимость электроэнергии - $ 0,026 /кВт·ч (3,84 тенге /кВт·ч). Согласно данных [1] стоимости ПГ исполь- зуемого на территории Республики Казахстан находились в пределах $ 30 ÷ 50 / 1000 м3. Для сравнения рассматриваются показатели стоимостей $ 30, 40 и 50 за 1000 м3 ПГ.
По данным [2], нормы расхода ПГ в тепловых единицах на одного че- ловека в год составляют:
a) при наличии в квартире газовой плиты и централизованного го- рячего водоснабжения – 2800 МДж/год;
b) при наличие в квартире газовой плиты и газового водонагревате- ля (при отсутствии централизованного горячего водоснабжения) – 8000 МДж/год;
c) при наличии в квартире газовой плиты и отсутствии централизо- ванного горячего водоснабжения и газового водонагревателя – 4000 МДж/год.
Низшая теплота сгорания природного газа, поставка которого предпо- лагается из газового промысла Тюмени (Россия)
н
Qр = 31,8 МДж/м3 [3].
Низшая теплотворная способность СУГ [4]:
( )
2 45431 45973+
=
н
Qр = 45702 кДж/кг = 45,702 МДж/кг
1 МДж = 0,278 кВт·ч.
Для определения расходов энергоносителей относительно одного чело- века необходимо произвести перерасчёты вышеприведённых норм расхода в тепловых единицах в эквиваленты потребления ПГ, СУГ и Э. Для нормы 2800 МДж/год:
8 , 31
2800 = 88,05 м3 ПГ;
702 , 45
2800 = 61,27 кг СУГ/год;
2800·0,278 = 778,4 кВт·ч Э/год.
Для норм 8000 МДж/год и 4600 МДж/год расчёты аналогичны.
Результаты расчётов сведены в табл. 1. Абсолютные показатели стоимостей энергоносителей, объёмы которых удовлетворяют нормам потребления газа в тепловых единицах на одного человека, определяют приоритеты минимумов для природного газа (рис. 1). Кратности превышения стоимостей СУГ и Э относительно ПГ приводятся в табл. 2.
Таблица 1.
Показатели объёмов потребления и стоимостей ПГ, СУГ и Э в год на нужды быта одного человека.
1. Норма расхода теп- лоты,
год
МДж 2800 8000 4600
2. Эквивалент потреб- ления ПГ,
год
м3 88,05 251,57 144,65
3. Эквивалент потреб- ления СУГ,
год
кг 61,27 175,05 100,65
4. Эквивалент потреб- ления Э,
год ч
кВт⋅ 778,4 2224 1278,8
5. Стоимость ПГ,
год
$ 2,64 3,52 4,40 7,55 10,06 12,58 4,34 5,79 7,23 6. Стоимость СУГ ём-
костного,
год
$ 13,48 38,51 22,14
7. Стоимость СУГ баллонного,
год
$ 15,93 45,51 26,17
8. Стоимость Э,
год
$ 20,24 57,82 33,25
Таблица 2.
Кратности превышения стоимости СУГ и Э относительно стоимости ПГ в удовлетворении норм расхода теплоты
для бытовых нужд
СУГ Стоимость ПГ ПГ
ёмкостной баллонный
Э
$ 30 / 1000 м3 1 5,1 6,0 7,7
$ 40 / 1000 м3 1 3,8 4,5 5,8
$ 50 / 1000 м3 1 3,1 3,6 4,6
II. Жилой фонд города. Отопление. Наиболее энергоёмким в топливно- энергетическом балансе города является потребление на нужды отопления зданий различного назначения и, преимущественно, отопления жилого фон- да.
Рис. 1. Диаграммы стоимо- стей энергоносителей в удов- летворении норм расхода теп- лоты на бытовые нужды
1 – ПГ ($ 30/1000 м3), 2 – ПГ ($ 40/1000 м3), 3 – ($ 50/1000 м3), 4 – СУГ ёмкостной, 5 – СУГ баллонный, 6 - электро- энергия
1 2 3 4 5 6 50
60
40
30
20
10
0
2000 4000 6000 8000 1000
Норма расхода теплоты, МДж/год
Стоимость, $/год
Укрупнённые показатели максимального теплового потока на отопле- ние жилых зданий на 1 м3 общей площади [5] по условиям климата г. Астаны при температуре наружного воздуха наиболее холодной пятидневки обеспе- ченностью 0,92 tн.о = – 35 оС [6]:
– для этажности 1 – 2 qo = 0,5 (180+222) = 201 Вт/м2, – для этажности 3 – 4 qo = 0,5 (103+137) = 120 Вт/м2, – 5 и более этажей qo = 0,5 (87+92) = 89,5 Вт/м2.
Отопительный сезон – период со средней суточной температурой на- ружного воздуха ≤ 8 оС [6]:
– продолжительность nо = 215 суток;
– средняя температура наружного воздуха за отопительный сезон
о ср
tн . = – 8,7 оС.
Для определения укрупнённого показателя среднего за отопительный сезон теплового потока на отопление жилых зданий на 1 м2 общей площади
ср
qо , Вт следует произвести пересчёт по формуле:
о н в
о ср н в о ср
о t t
t q t q
. .
−
= − , Вт,
где tв – расчётная температура внутреннего воздуха жилого помещения
оС (tв = 20 оС).
Таким образом
– для этажности 1 – 2 qоср.о = 105 Вт/м2, – для этажности 3 – 4 qоср.о = 62,6 Вт/м2, – для этажности 5 и более qоср = 46,7 Вт/м2.
Количество теплоты необходимое на отопление 1 м2 общей площади жилых зданий за отопительный сезон может быть найдено по формуле:
o cp o
o q n
Q =24⋅3,6⋅10−3⋅ ⋅ , МДж.
Результаты расчёта:
– 1 – 2 этажная застройка Qo = 1948,6 МДж/м2,
– 3 – 4 этажная застройка Qo = 1162,9 МДж/м2,
– 5-ти и более этажная застройка Qo = 867,5 МДж/м2.
Если ввести показатели коэффициентов полезного действия теплогене- раторов, работающих на твёрдом топливе η = 0,7, работающих на жидком и газообразном топливе η = 0,95, работающих на электроэнергии η = 0,98, то данные о количествах теплоты на отопление получат большие значения (табл. 3).
Таблица 3.
Зависимость количества теплоты Qo [МДж/м2], необходимого на отопление жилого фонда за отопительный сезон от коэффициента полезного
действия теплогенератора η
Этажность застройки КПД
теплогенератора 1 – 2 3 – 4 5 и более
1661,3 1239,3
0,7 2783,7
1450,3
1224,1 913,2
0,95 2051,2
1068,7
1186,6 885,2
0,98 1988,4
1035,9
В таблице 3 приводятся также средние значения между показателями для 3 – 4 и 5-ти и более этажной застройки.
Для оценки энергетической эффективности использования природного газа на нужды отопления зданий следует провести сравнение его с энергоно- сителями, которые используются для отопления в г. Астане традиционно. В таблице 4 дана характеристика энергоносителей.
Таблица 4.
Характеристика энергоносителей
№№
п.п.
Вид энергоносителя или энергии
Теплотворная способность Qрн , кДж/кг КПДгенерато- ра Ед. измерения Стоимость, $ Литература
30 1. Природный газ (ПГ) 31800 40
кДж/м3 0,95 тыс.м3
50
[1]
2. Уголь экибастузский (У) 14047 0,7 т 10 1 – 2 этажная за-
стройка 0,47
3.
Тепловая энергия сис- темы централизованного
отопления (ТЭ) 3-х и более этаж- ная застройка
м2
0,32
[7]
4. СУГ ёмкостной (СУГ) 45702 0,95 кг 0,22 [4]
5. Электроэнергия (Э) 0,98 кВт·ч 0,026
6. Дизельное топливо (ДТ) 42600 0,95 кг 0,282 [8]
7. Печное топливо (ПТ) 41980 0,95 т 165
8. Мазут (М) 39600 0,95 т 80 [8]
На основе данных таблиц 3 и 4 определяются необходимые объёмы энергоносителей по отдельным их видам на отопление 1 м2 общей площади жилого фонда в сезон с учётом коэффициента полезного действия источника теплоты, стоимости (табл. 5). Кратности превышения стоимостей энергоно- сителей относительно стоимости природного газа приведены в таблице 6 и проиллюстрированы на рис.2.
Таблица 5.
Расчёты необходимого количества энергоносителей на отопление 1 м2 общей
площади застройки жилого фонда за отопительный сезон и его стоимости
№№
п.п.
Виднергоносителя илиэнергии
Этажность 1 – 2
Стои- мость,
$
Этажность 3 и более Стои- мость, $
1,94 1,01
2,58 1,34
1. ПГ 64,5
31800 10 2 , 2051 3
⋅ =
м3
3,23
61 , 31800 33
10 7 , 1068 3
⋅ =
м3
1,68
2. У 198,3
14037 10 7 , 2783 3
⋅ =
кг 1,98 103,3
14037 10 3 , 1450 3
⋅ =
кг 1,03
3. ТЭ 0,47
30
215⋅ 3,37 0,32
30
215⋅ 2,29
4. СУГ 44,9
45702 10 2 ,
2051 ⋅ 3 =
кг 9,88 23,4
45702 10 7 ,
1068 ⋅ 3 =
кг 5,15
5. Э 1988,4⋅0,278=552,8
кВт·ч 14,37 1035,9⋅0,278=288
кВт·ч 7,49
6. ДТ 48,15
42600 10 2 ,
2051 ⋅ 3 =
кг 13,58 25,09
42600 10 7 ,
1068 ⋅ 3 =
кг 7,08
7. ПТ 48,86
41980 10 2 ,
2051 ⋅ 3 =
кг 8,06 25,46
41980 10 7 ,
1068 ⋅ 3 =
кг 4,20
8. М 51,80
39600 10 2 ,
2051 ⋅ 3 =
кг 4,14 26,99
39600 10 7 ,
1068 ⋅ 3 =
кг 2,16
Таблица 6.
Кратности превышения стоимости энергоносителей относительно стоимости ПГ в удовлетворении отопления 1 м2 общей площади
жилого фонда за отопительный сезон
Стоимость 1000 м3 ПГ, $ У ПГ ТЭ М ПТ СУГ ДТ Э
30 1,0 1 2,0 2,1 4,2 5,1 7,0 7,4
40 0,8 1 1,5 1,6 3,1 3,8 5,3 5,6
50 0,6 1 1,2 1,3 2,5 3,1 4,2 4,5
Рис. 2. Диаграммы кратностей превышения стоимости энер- гоносителей относительно стоимости ПГ в удовлетворе- нии отопления 1 м2 жилого фонда
У – уголь, ПГ – природный газ, ТЭ – система централизо- ванного теплоснабжения, М – мазут, ПТ – печное топливо, СУГ – сжиженный углеводо- родный газ, ДТ – дизельное топливо, Э - электроэнергия
Согласно диаграмм (рис. 2), для области рассматриваемых стоимостей в пределах от 20 до 60 $ USA за 1000 м3 природного газа, применение печно- го топлива, сжиженных углеводородных газов, дизельного топлива и элек- троэнергии, в сравнении с природным газом, для выработки теплоты на нуж- ды наиболее энергоёмкой нагрузки города отопления, экономически не целе- сообразно. Альтернативу применению природного газа, при стоимостях его свыше $55 – 60, могут составлять – централизованное теплоснабжение от ТЭЦ при сохранении цен на отпуск теплоты 2000 г. и применение в теплоге- нераторах мазута. Однако, соизмеримость стоимости мазута с применением природного газа в показателях $60 и более, а также некоторые выгоды в
30
20 40 50 60
0 1 2 3 4 5 6 7 8
У ПГ ТЭ
М ПТ СУГ ДТ
Э
Стоимость ПГ, $ / 1000 м3
Кратность превышения стоимости
стоимостях на уголь по сравнению с природным газом не могут определять преимуществ мазута и угля как энергоносителей с учётом ущерба, связанного с загрязнением окружающей среды. Подобные рассуждения следует отнести и к использованию на отопление теплоносителя системы централизованного теплоснабжения, так как теплоэлектроцентрали г. Астаны являются потреби- телями угля и мазута.
III. Общественные здания производственного и непроизводственного назначения. Согласно пункта 3.2 [2] “Годовые расходы газа для жилых до- мов, предприятий бытового обслуживания населения, общественного пита- ния, предприятий по производству хлеба и кондитерских изделий, а также для учреждений здравоохранения следует определить по нормам расхода те- плоты, приведённым” в [2]. “Нормы расхода газа для потребителей не пере- расчисленных” в [2] “следует принимать по нормам расхода других видов топлива с учётом КПД при переходе на газовое топливо”. За показатели по- требления по характеру технологий общественных зданий приняты условные единицы такие, например, как: 1 тонна сухого белья, 1-а помывка для пред- приятий бытового обслуживания населения; 1-ин обед, завтрак или ужин для предприятий общественного питания; 1-а койка в год для учреждений здра- воохранения; 1-а тонна изделий для предприятий по производству хлеба и кондитерских изделий. На перечисленные условные единицы, как и на пока- затель потребления газа – 1 человек в год (раздел I), определены нормы рас- хода теплоты в МДж.
Кратности в соотношениях стоимостей расхода топлив на выработку теплоты на нужды систем обеспечения микроклимата, в том числе отопле- ния, вентиляции, кондиционирования воздуха общественных зданий не зави- сят от абсолютных показателей суммарных тепловых потоков здания, а опре- делены КПД теплогенераторов и ценами, которые установлены на энергоно- сители в определённый период (раздел II).
Очевидно, что метод оценки эффекта от использования природного га- за для общественных зданий производственного и непроизводственного на- значения должен по содержанию соответствовать методам рассмотренным в разделах I и II, а результаты расчётов, в относительных показателях, должны быть аналогичны.
IV. Промышленные предприятия. Для выполнения расчётов, связанных с использованием природного газа промышленными предприятиями, следует рассматривать индивидуальные проекты технологического оборудования от- дельного предприятия по отраслям. Приоритеты использования природного газа для промышленных предприятий должны быть отнесены к тепловым на- грузкам отопления и необходимостям примерно тем, которые рассмотрены в разделах I и II.
V. Теплоэлектроцентрали. Расчёт экономической эффективности по пе- реводу на природный газ в г. Астане выполнен на примере ТЭЦ-2.
Исходные данные.
1. Низшая рабочая теплота сгорания топлива:
– природного газа 31,8 МДж/м3; – экибастузского угля 14,0 МДж/кг;
– условного топлива (у.т) 29,3 МДж/кг;
– мазута 39,6 МДж/кг.
2. Фактический расход топлива:
– уголь 598000 т.у.т., – мазут 11000 т.у.т.
Расчёт.
1. Потребление топлива на ТЭЦ-2 по видам:
угля 598000 · 29,3 / 14,0 = 1251,53 · 103 тонн, мазута 11000 · 29,3 / 39,6 = 8,14 · 103 тонн.
2. Расчётная стоимость потребляемого топлива из сложившихся цен 1999 г.:
уголь 1251530 · $10 = $12,52 · 106, мазут 8140 · $80 = $0,651 · 106.
Всего $13,17 · 106.
3. Расчётная потребность природного газа при замене угля и мазута с учё- том КПД использования угля (0,7) мазута и газа (0,95):
по углю 1251530 · 103 · 14,0 · 0,7 = 12,265 · 109 МДж = 12265 ТДж, по мазуту 8140 · 103 · 39,6 · 0,95 = 306 · 106 МДж = 306 ТДж.
Всего 12571 ТДж.
Эквивалент расхода газа 12571 · 106 / 31,8 = 395,3 млн. м3.
4. Конкурентоспособная стоимость природного газа без учёта экологиче- ского ущерба и прочих потерь от использования угля и мазута:
(13,17 · 106 / 395,3 · 106) · 1000 = $33,3 за 1000 м3. Литература
1. Департамент Агентства РК. Письмо №513/283. – 25.02.2000.
2. СНиП 2.04.08-87. Газоснабжение/Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Гос- строя СССР, 1988. – 64 с.
3. ГОСТ 5542-87. Газы горючие природные для промышленного и ком- мунально-бытового назначения. – М.: МинГазПром СССР, 1987.
4. Преображенский Н.И. Сжиженные углеводородные газы. – Л.: Недра, 1975. – 280 с.
5. СНиП 2.04.07-86. Тепловые сети/Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988. – 48 с.
6. СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика/Госстрой СССР. – М.: Стройиздат, 1983. – 136 с.
7. Газета “Инфо-Цес”. - №45. – 10 ноября 2000 г. – с. 7.
8. Роддатис К.Ф. Котельные установки. – М.: Энергия, 1977. – 432 с.
