Научные разработки для модернизации систем теплоснабжения

В этих условиях требуются решения, которые одновременно повышают результативность производства и потребления тепловой энергии и создают ресурс для инвестиций в сети без непропорционального роста нагрузки на население. Существенный вклад в формирование таких решений и подготовку специалистов для отрасли вносит Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого.

Разработки СПбПУ

1. Цифровая оптимизация работы котельных и ТЭЦ

В Научном центре мирового уровня «Передовые цифровые технологии» СПбПУ создан программный комплекс, предназначенный для оптимизации режимов работы котельного оборудования и тепловых источников.​

Он позволяет:

• прогнозировать потребность в тепловой энергии с учетом погодных условий и графика потребления;
• подбирать энергетически и экономически оптимальные режимы работы оборудования;
• снижать расход топлива и эксплуатационные затраты.​

Сокращение затрат формирует дополнительный финансовый ресурс для модернизации тепловых сетей, а оптимизация режимов снижает нагрузку на уже изношенную инфраструктуру.

2. Повышение эффективности парогазовых энергоблоков
Ученые Института энергетики СПбПУ предложили метод повышения экономической эффективности парогазовых энергоблоков российских ТЭЦ без радикальной перестройки их тепловых схем.​
Использование детализированных цифровых моделей энергоблоков позволяет подобрать новые режимы работы, что:

• увеличивает маржинальный доход станций;
• обеспечивает экономию значительных объемов газа и денежных средств в течение отопительного сезона.​

Такие решения не устраняют физический износ трубопроводов, но создают финансовые возможности для приоритетной замены наиболее проблемных участков сетей.

3. Интернет вещей и интеллектуальные системы для инженерной инфраструктуры
В СПбПУ развиваются технологии Интернета вещей: собственные чувствительные элементы датчиков, системы управления и аналитики для «умных» объектов — от освещения до инженерных систем зданий.​

По своей архитектуре эти решения соответствуют потребностям систем теплоснабжения:

• распределенный мониторинг параметров (давление, температура, расход);
• сбор и хранение больших массивов данных;
• интеллектуальный анализ и упреждающее управление режимами.

Исследования в области применения IoT в отоплении зданий показывают, что корректная цифровизация способна снизить потребление тепловой энергии примерно на 10% без ухудшения теплового комфорта. Это уменьшает нагрузку на сети и снижает вероятность аварий в периоды максимальных нагрузок.

4. Подготовка кадров и «полигон» для умного теплоснабжения
В СПбПУ совместно с индустриальными партнерами создана специализированная «энергоаудитория будущего», в которой занятия проводятся на реальном оборудовании для коммерческого учета энергоресурсов, включая тепловую энергию. Партнеры университета передали макет узла учета тепловой энергии в натуральную величину, интеллектуальную систему учета электроэнергии и стенды, моделирующие работу инженерных систем.

На этой базе готовят специалистов по энергетическому менеджменту и слушателей программ в области управления энергоэффективностью, которые:

• работают с данными коммерческого учета тепла и реальными профилями потребления зданий;
• осваивают принципы интеллектуальных систем учета и оперативного контроля параметров;
• учатся оценивать эффективность мероприятий по повышению энергоэффективности теплоснабжения и обосновывать управленческие решения.

Фактически это экспериментальная площадка для отработки цифровых и управленческих решений в сфере теплоснабжения и инструмент подготовки кадров для энергетики и ЖКХ.

5. Расчет тепловых потерь при бестраншейной прокладке теплотрасс

Ученые СПбПУ разработали и зарегистрировали программу для расчета тепловых потерь одно- и многотрубных тепловых сетей футлярной бестраншейной прокладки, реализуемой методом горизонтально направленного бурения. Программа пошагово запрашивает исходные данные, проверяет их корректность, учитывает конфигурацию сети (одна труба или несколько в общем футляре) и рассчитывает линейные тепловые потоки для каждого трубопровода и трассы в целом, выдавая итоговые потери и подробные промежуточные результаты.

Речь идет о «расчетном ядре» под технологию, которая позволяет прокладывать теплотрассы под дорогами и застройкой без раскопок, но требует точной оценки теплопотерь в грунте и футляре. Автоматизация этих расчетов снижает риск ошибок, ускоряет сравнение вариантов трассировки и выбора теплоизоляции и помогает проектным организациям делать тепловые сети, проложенные методом ГНБ, одновременно экономичнее в строительстве и энергоэффективнее в эксплуатации.

Эксперты отмечают, что одного роста тарифов недостаточно для устранения накопленного износа: необходимы сочетание федеральных программ, частных инвестиций и технологических решений, повышающих отдачу от каждого вложенного рубля. Разработки и образовательные проекты СПбПУ демонстрируют, как научно‑образовательный центр может поддержать переход от реактивного ремонта к более управляемой и цифровой модернизации тепловой инфраструктуры.