Қазақстан Республикасында жылу энергетика салаларының инновациялық дамуын ұйымдастырудың экономикалық тетіктері

Конденсациялық электр станциясының және жылуфикациялық электр станциясының идеалды бу циклдерінің диаграммаларының схемасы арқылы жылуфикациялық электростанциясының абсолютті ұтымдылығы көрсетілген және формулалар арқылы жылуфикацияның эффективтілігі отынның экономиясымен түсіндірілген. Дәстүрлі емес қайта жаңартылатын энергия көздерін жылу энергетика саласында қолданудың артықшылықтары және оны жүзеге асыру барысындағы кедергілер айтылған.

Қазақстанда ЖЭО арқылы жылуфикацияның орталықтандырылған жүйесі және аудандық, кварталдық қазандықтар, сонымен қатар жергілікті үй қазандықтары мен пештері арқылы орталықтандырылған жылумен қамтамасыз ету кең тараған.

Қазақстан Республикасы статистика агенттігінің мәліметі бойынша жылумен қамтамасыз ету қажеттілігіне (жылыту және ыстық сумен қамтамасыз ету) 80 млн. Гкал жылу энергиясы шығындалады. 60%-дан аса жылу ірі қалаларда және қала типтес елді-мекендердегі қоғамдық орталық тұрғын ғимараттарында және өндірістік кәсіпорындарда тұтынылады. Шамамен 30% жылу энергиясы қуаты 100 Гкал/сағ-тан кем емес шағын қазандықтармен өндіріледі.

Қазақстан Республикасында БҰҰ-ның Даму бағдарламасының негізі бойынша, Энергетикалық зерттеу институты арқылы Қазақстандағы меншікті жылу тұтыну көрсеткішіне болжамдық баға жүргізілді. 2000 жылғы көрсеткішпен салыстырғанда 2010 жылғы өндіріс саласынан өзге жылдық меншікті жылу тұтыну адам басына 8,42 Гкал/жыл құрап, 7,54%-ға өскен. Ал 2000 жылмен салыстырғанда, 2010 жылғы жалпы меншікті жылу тұтыну адам басына 12,2 Гкал/жыл құрап, 20,3%-ды құрады. 2000-2010 жылдар аралығында әр жыл сайынғы орташа халықтың жалпы жылу тұтынуы 1,84%-ға өскен.

Жылу энергия өндірісі сферасының қуаты өсуінің төмен деңгейін ескерсек, 2003-2011ж.ж. динамикадан болашақта әр жыл сайынғы жылу энергия өсуінің аралығы өзгеруі 1,9% болатынын болжауға болады. Нәтижесінде 2020 жылы жылу өндірісінің жалпы көлемі 116 114,59 мың. Гкал-ны құрамақ. Энергетикалық зерттеу институтының адам басына шаққандағы меншікті жылу тұтынудың жалпы есебіне сәйкес, 2020 жылғы болжамдық халық санындағы Қазақстан Республикасы халқының қажеттілігін қамтамасыз ететін керекті жылу көлемі 240 000 мың. Гкал-ны құрауы қажет. Осы себепті жылу энергиясы өндірісін кеңейту қажеттілігі туындайды немесе жылумен қамтамасыз ету саласында энергия тиімділігін арттыру және энергия үнемдеу қажет болып табылады.

2011-2020 жылдарғы Қазақстан Республикасының тұрғын-үй-коммуналдық шаруашылығын модернизациялау мәліметі бойынша 2010 жылы Қазақстанда ғимараттардағы жылу энергиясының жылдық шығымы шаршы метрге шамамен 270 кВт-ты құрады, яғни еуропалық орташа көрсеткіштен шаршы метріне 100-120 кВт-қа көп. Экономикалық ынтымақтастық және даму ұйымы елдерінде жалпы жылу энергиясы өндірісіндегі тарату кезінде жылу жоғалудың орташа көрсеткіші – 6-7% , Финляндияда – 4%, Қазақстан Республикасында 15-тен 30%-ға дейін жетеді. [1].

Тұрғын-үй-коммуналдық шаруашылығы құрылымында жылу тораптары орталықтан жылумен қамтамасыз ету жүйесінің басты элементтері болып табылады. Қалалардағы магистралды және қосымша жылу тораптарының қанағаттанарлықсыз күйінің салдарынан жылу энергиясын тасымалдау кезінде жылу энергиясының жоғалуы көптеп кездеседі.

Қазақстандағы бар жылу тораптарынындағы жылу энергиясының көптеп жоғалуына (әр түрлі бағалаулар бойынша 15%-дан 30%-ға дейін) бірнеше факторлар әсер етеді. Оларға мыналар жатады:

• 
  ірі өнеркәсіп тұтынушыларының жоғалу салдарынан жылу тұтыну көлемінің азаюы;
  
• 
  жылу тораптарының төмен өткізу қабілеті;
  
• 
  жылумен қамтамасыз ету аумағындағы аз меншікті жылу жүктемесі;
  
• 
  желі төсемдеріне ескірген технологияны қолдану;
  
• 
  ғимараттың тиімсіз жылу қорғанысы (термооқшаулау);
  

• 
  аудан бірлігіндегі жылу шығымын есептеу мен бақылау жасаудың тиімді әдісінің жоқтығы;
  

• 
  аудан бірлігіндегі жылытуға жалпы қалалық нормативті қолдану, үйдің кіре берісі мен қабат санын, ғимараттың әр түрлі жылу сақтау мүмкіндігін ескермеу.
  

• 
  жылуды өндіру мен тасымалдауда шығынды азайтуды жақсартуға мүмкіндік беретін, жылумен қамтамасыз ету саласында инвестиция тартуды арттыратын тиімді тарифтік саясаттың жоқтығы;
  
• 
  жылуды үнемдеу туралы бар технологиялармен халықтың хабарсыз болу жайттары;
  
• 
  жылуды үнемдеу саясатына қатысты заңнамалық регламенттердің, жылу энергиясын тұтыну көлеміне автоматты реттеу механизмдерін енгізу келісімшарттарының жоқтығы;
  
• 
  жылумен қамтамасыз етуде энергия аудиті және энергия менеджменті механизмдерін қолданудың толық қамтылмауы;
  
• 
  альтернативті энергия көздерінен жылу алуға және қолда бар негізгі қорларға реконструкция жасауға ынталандырудың жоқтығы.
  

Жылумен қамтамасыз ету жүйесінде жылу энергиясының көзі болып жылу электр орталықтары (ЖЭО), аудандық және кварталдық қазандықтар жатады. Тұтынушыларға жылу энергиясы ыстық су және қайнатылған су буы түрінде жеткізіледі. Тұрғын-үй коммуналдық секторын жылу энергиясымен қамтамасыз ету үшін жылу тасымалдағыш орнына су пайдаланылады, ал өнеркәсіптік мекемелерді жабдықтау үшін қайнатылған су буы қолданылады. Жылу тасымалдағыш параметрлері жылу энергиясын тұтынушыларының түрлеріне байланысты және ол техникалық-экономикалық есепке негізделеді.

Жылу электр орталықтары мен аудандық қазандықтар арқылы орталықтан жылумен қамтамасыз ету жергілікті және жеке пештер арқылы жылумен қамтамасыз етумен салыстырғанда, отын шығынын үнемдеуге, жылу комфортын қалыптастыруға, ауа алабын ластауын үнеудеуге, капиталды және эксплуатациялық шығындарды азайтуға мүмкіндік береді.

Жылу және электр энергиясын өндірудің екі әдісі бар:

Электр энергиясын өндіруге бағытталған конденсациялық электр станциясы (КЭС);

Жылу және электр энергиясын қатар өндіруге бағытталған аралас жылумен қамтамасыз ету – жылуфикация.

Жылуфикация орталықтан жылумен қамтамасыз етудің жоғары формасы. Электр және жылу энергияларымен эффективті қамтамасыз ету жылуфикация үрдісімен байланысты. Жылуфикация – қос (параллельді) энергияны, яғни электр және жылу энергияларды өңдеу кезіндегі көп тұтынушыларды бір ортада (орталықтандырылған) қамтамасыз ету.

Жылуфикациядағы энергия көзі – жылу электр орталығы деп аталады. Жылуфикация альтернативті үрдіс – жылу және электр энергияларын бөлек-бөлек өңдеу. Бұл жағдайда электр энергиясы өндірілетін көзі – конденсациялық электр стансация (КЭС) деп аталады. Ал жылу энергиясын өңдеу көзі – ол қуаттылықттары әртүрлі қазандықтар. Конденсациялық электр стансацияларының тағы бір түрі – мемлекеттік аудандық электр станциясы (МАЭС).

Жылуфикацияда энергиямен рационалды қамтамасыз етудің 2 түпкі бастамалары орын алады:

– Бір мезгіл параллельді екі электр және жылу энергияларын өңдеу.

– Көп тұтынушыларды бір ортадан жылумен қамтамасыз ету.

Жылуфикацияға шектеу – көп тұтынушылардың шоғырлануының қажеттілігі, яғни қала қажет, онсыз мүмкін емес.

Орталықтан жылумен қаматамасыз етудің артықшылықтары:

• 
  Елдегі көп шағын жылу көздері жойылып, бұлардың орнына қуаты жоғары жылу көзі салынады. Салыну орыны географиялық нүктенің үстем жел бағыттарына байланыстырғанда ық шеті, мұндай жағдайда қаланың экономикалық жағдайы жақсарады. Ауа атмосферасы тазалығы деңгейі жоғарылайды.
  

– Экономикалық және тәжірибелік іске асыру жағынан қуаты жоғары жылу көздерде түтіндерді зиянды заттардан тазарту үрдісін шағын көздерді тазарту үрдісімен салыстырғанда ыңғайлы.

Жылуфикацияның эффективтігі (жылуфикацияның эффективтігін T-S диаграммада дәлелдеу) конденсациялық электр станциясының және жылуфикациялық электр станциясының идеалды бу циклдерін салыстырумен анықталады.

T – абсолютті температура, К.

S – энтропия, кДж/кг _· К.

Конденсациялық электр станциясының және жылуфикациялық электр станциясының идеалды бу циклдерінің диаграммаларының схемасы:

1-схема. А) Конденсациялық электр станциясының идеалды бу циклінің диаграммасы.

Б) Жылуфикациялық электр станциясының идеалды бу циклінің диаграммасы.

Т_п – жұмыстық дененің жылуды әкелуінің абсолютті температурасы, К (кельвин).

Т_қ.о – қоршаған ортаның абсолютті температурасы, К (кельвин).

Т_т – жылумен қамтамасыз ету жүйеде пайдаланатын турбинадан істен шыққан абсолютті бу температурасы, К (кельвин).

Циклге әкелінген жылу мөлшері:
q_п= Т_п · ΔS, кДж/кг
ΔS – будың турбинаға кіруіндегі және шығуындағы энтропия айырымы.

Конденсациялық циклдегі пайда болған жұмыс:

q_т^ж = Т_т · ΔS, кДж/кг

Жылуфикацияның абсолютті ұтымдылығы:

ΔВ – отын экономиясы.

В_т – жылуфикациядағы бір белгіленген мөлшердегі электр және жылу энергияларды өндіруге қажетті отын шығыны, тонна.

В_ш – отын шығыны, тонна. Егер жоғарыда аталған мөлшердегі жылу және электр энергиялары бөлек-бөлек қазандықтарда және КЭС-та өндіріліп жатса.

Арнайы әдебиеттерде екінші отынның жылуын пайдалану коэффициенті арқылы жылуфикацияның эффективтігін бағалау әдісі объективті емес. Өйткені, коэффициенттің үлкен сандарын соған сәйкес үлкен мөлшердегі экономия жоқ немесе отынның экономиясы мүлдем жоқ.
Η = (Q + Э) / (В·Q_ж^т)
Q – өндірілген жылу мөлшері.

Э – өндірілген жылу эффективтілігімен белгіленген электр мөлшері.

В – отын шығыны.

Q_ж^т – отынның жұмыстық төменгі қызу шығару қабілеті.

Формула алымы жылу және электр энергиялардың мөлшері қосындысы. Мұндай қосу техникалық термодинамиканың бірінші заңына қайшы келмейді, бірақ экономикалық тұрғыда қосу дұрыс емес. Өйткені электр энергиясын жетілген энергия деп санаймыз, оны өңдеу үшін шығын басым. Екіншіден жылу энергияны механикалық турбинаның энергиясына айналдыру үшін жылу энергиясының басым бөлігі судың көзіне ауыстырылуы керек (конденсатор + градирня).

Қазіргі заманның КЭС ПӘК-і 39%-дан аспайды. Ал қарапайым орта қуатты көмірмен іске қосылатын қазандықтардың ПӘК-тері 50-55%. Жоғары қуатты сұйық отындағы қазандықтардың ПӘК-і 80-85%.

Егер ЖЭО-да электр энергия өндірілуі азайтылып, оның орнына көп мөлшерде жылу энергиясы өндіріліп жатса, ондаη коэффициенті бойынша жылуфикацияның эффективтілігі жоғарылайды. Бірақ жалпы мемлекеттік отын энергетикалық балансында отын шығыны едәуір жоғарылайды, яғни отыннан деген экономия жоқ. Өйткені, жоғары пайдалы әсер коэффицииенттегі ЖЭО-да өндірілмеген электр энергиясы ПӘК-і төмен конденсациялық электр станцияларда өндіріледі. Қазіргі замандағы ЖЭО ПӘК-і 75% [3].

Жылу энергетика саласындағы инновациялық жобалардың басты жұмыс істеу принципі қолда бар энергия көздерін мейлінше тиімді пайдаланып, энергияны үнемдей отырып, экономикалық пайда табу болып табылады. Көпшілік адамдар ойлайды инновациялық технология бойынша жылу энергетикасы саласында жаңадан жылу беретін энергия көзін табу арқылы энергетикалық қажеттіліктерді қанағаттандыруға болады деп. Алайда, бұл дұрыс пікір емес. Себебі бұған мысал ретінде, дәстүрлі емес қайта жаңартылатын энергия көздерін айтуға болады. Оларға күн энергиясын, жел энергиясын, геотермальды энергияны жатқызамыз. Яғни күн энергиясын, жел энергиясын, геотермальды энергияларды жаңғырту арқылы ғана пайдалы энергия аламыз деген сөз. Бір сөзбен айтқанда қолда бар энергияны тұтынушыларға түрлендіріп береміз. Дәстүрлі емес қайта жаңартылатын энергия көздерін іске асыру табиғи ортада экологиялық жағынан өте тиімді. Жалпы Қазақстан Республикасының климатологиялық жағдайын ескерсек, аталған жобалар талапқа әбден сай келеді.

Дәстүрлі емес қайта жаңартылатын энергия көздерін жылу энергетика саласында қолданудың мынандай артықшылықтары бар:

– экологиялық жағдайы жақсы қарастырылған;

– табиғи кен байлықтары, көмір, газ, мұнай өнімдеріне тәуелсіз;

– ірі қалалар мен елді-мекендерде жылуэнергиясы тапшылығын ескерсек, орталықтан жылумен қамтамасыз ету жүйесіне ғимараттардың қосылу мәселесін шешуге болады;

– объектілерге, яғни ғимараттарға жүйені орнатып болғасын, оның эксплуатациясы өте қарапайым және автоматтандырылған. Жылуды реттеудің автоматтандырылған жүйесі бар;

– бірнеше жыл өткесін өзінің құнын қайтарып алатын мүмкіндігі бар.

Дәстүрлі емес қайта жаңартылатын энергия көздерін жылу энергетика саласында қолданудың кемшілігіне мыналар жатады [4]:

– инновациялық жобаларды жүзеге асыру үшін бизнес-жоспарлаудың жоқтығы мен ұйымдастыру жолына қойылмағандығы;

1. 
   Ахметжанова С.Б., Тусупбеков М.Б., Строева Г.В., Кысыков А.Б. Проблемы развития системы теплоснабжения и области применения существующих подходов теплосбережения в Республике Казахстан. // Центр научной экономической экспертизы АО «Институт экономических исследований». – Астана, 2011.
   
2. 
   Тұрғын уй-коммуналдық шаруашылығында жиі қолданылатын терминдер мен сөздердің сөздігі. / А.Х. Бижановтың жалпы редакторлығымен - Астана қ. "Тұрғын уй-коммуналдық шаруашылығын жаңғырту мен дамытудың қазақстандық орталығы" АҚ, 2011 жыл. – 90 бет.
   
3. 
   Козин В.Е., Левина Т.А., Марков А.П., Пронина А.Б., Слемзин В.А. Теплоснабжениу:Учебное пособие для студентов вузов. – М.: Высш.школа, 1980. – 480 с.
   
4. 
   Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: Учебное пособие / Р.Б. Городов, В.Е. Губин, А.С. Матвеев – 1-ое изд. – Томск: Издат. Томского политехнического университета, 2009. – 294 с.
   

1. 
   Ahmetzhanova S.B., Tusupbekov M.B., Stroeva G.V., Kysykov A.B. Tcentr nauchnoi economicheskoi ekspertizy AO «Institut economicheskih issledovaniyi», Astana, 2011. (in Russ.)
   
2. 
   Bizhnovtin A.H. zhalpi redactorligimen, Astana k., “Turgin yui- kommunaldik sharuashiliginda zhangirtu men damitudin Kazakstandik ortaligi» AK, 2011, 90 bet. (in Kaz.)
   
3. 
   Kozin V.E., Levina T.A., Markov A.P., Pronina A.B., Slemzin V.A. M.: Visshaya shkola, 1980, 480 s. (in Russ.)
   
4. 
   Gorodov R.B., Gubin V.E., Matveev A.S. – 1-oe izd. – Tomsk: Izdat. Tomskogo politechnicheskogo universiteta, 2009. – 294 s. (in Russ.)