Directions of the development OF heating boilers of the Ukrainian district heating system under conditions of present-day ecological requirements
The district heating system (DHS) of Ukraine was formed during 1960−1980. The existing boilers and furnace rooms of the DHS with a nominal heat capacity of 50 MW and more are physically worn out and technologically obsolete. Emissions of nitrogen oxides are the main emissions of contaminants at the...
Збережено в:
| Дата: | 2020 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
2020
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/751 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | System Research in Energy |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
System Research in Energy| _version_ | 1871104261240127488 |
|---|---|
| author | Teslenko O.I. |
| author_facet | Teslenko O.I. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Teslenko O.I.",
"institution": null
}
] |
| author_sort | Teslenko O.I. |
| baseUrl_str | https://systemre.org/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T12:57:46Z |
| description | The district heating system (DHS) of Ukraine was formed during 1960−1980. The existing boilers and furnace rooms of the DHS with a nominal heat capacity of 50 MW and more are physically worn out and technologically obsolete. Emissions of nitrogen oxides are the main emissions of contaminants at the combustion of natural gas in the boilers of DHS of Ukraine and currently constitute about 200−240 mg/nm3 without using the technologies of their reduction.Ukraine has implemented the provisions of Directive 2010/75/EU, which limit the emission of nitrogen oxides from large natural gas combustion plants (in particular, from boilers of DHS) to no more than 100 mg/nm3.The enhancement of energy efficiency, reduction of thermal energy consumption, and structural technological changes cause a gradual significant decrease in the installed capacity of DHS boilers in Ukraine: according to forecasts, from 80 GW (2015) to 20 GW (2040).We consider the possible directions of development of powerful boilers of DHS in Ukraine to 2040 under conditions of modern ecological requirements: progressive (high-cost replacement of all existing boiler units by modern energy-efficient and environmentally safe ones, which requires $ 585 million investment), traditional (medium-cost technical reconstruction of the existing boilers for their compliance with environmental requirements with the extension of their service life, which requires $ 292.5 million), and conservative (low-cost modernization of the existing boilers to meet environmental requirements only, which requires $ 97.5 million).We calculated the weighted average cost of heat for the life cycle of powerful DHS boilers by the directions of development given above. It is shown that this indicator for reconstructed and modernized boilers is higher by 7−11% than for new modern boilers due to the lower energy efficiency of existing boilers, the higher costs for their maintenance, and the greater environmental taxes. This leads to further low competitiveness of the existing boilers under the current environmental requirements and the increase in prices for natural gas and environmental taxes. |
| doi_str_mv | 10.15407/pge2020.02.030 |
| first_indexed | 2026-03-24T02:02:53Z |
| format | Article |
| fulltext |
30
О.І. ТЕСЛЕНКО
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2020, issue 2(61)
За даними Міжнародного енергетичного
агентства (IEA) ~ 70% всіх шкідливих викидів
у атмосферу безпосередньо скидають об’єкти
промисловості та енергетики, що призводить
до непоправної шкоди здоров’ю людей та не-
гативно впливає на довкілля [1]. Ця екологічна
проблема вже достатньо давно вийшла на за-
гальносвітовий рівень і багато країн намагаєть-
ся її вирішити шляхом реалізації міжнародних
та національних природоохоронних стратегій,
програм та планів.
В умовах сталого розвитку суспільства в
країнах Європейського Союзу (ЄС) вирішення
проблеми зменшення забруднення атмосферно-
го повітря є одним з пріоритетних завдань. Зо-
крема, більш жорсткі граничні питомі рівні ви-
кидів забруднюючих речовин від великих спа-
лювальних установок номінальною тепловою
потужністю 50 МВт і більше регламентуються
вимогами Директиви 2010/75/ЄC “Про промис-
лові викиди (інтегроване запобігання та контр-
оль забруднення)” (далі – Директива 2010/75/
ЄC) [2]. Ця Директива 2010/75/ЄC заміщає взя-
ті на себе раніше Україною зобов’язання за Ди-
рективою 2001/80/ЕС [3] при вступі до Євро-
пейського Енергетичного Співтовариства, але,
внаслідок того, що Директиви ЄС не є докумен-
тами прямої дії, вимагається її імплементація в
національному законодавстві України.
Національним планом скорочення викидів
(далі – НПСВ) [4], прийнятим Кабінетом Мі-
ністрів України у 2017 р. з метою виконання
зобов’язань України в рамках Договору про за-
снування Енергетичного Співтовариства [5] в
частині обмеження викидів забруднюючих ре-
човин, а саме на виконання вимоги Директиви
2010/75/ЄC, передбачається до 2033 р. змен-
шення викидів деяких забруднюючих речовин
до рівня вимог цієї Директиви. Існуючі котло-
агрегати та котельні, які не будуть відповідати
вимогам Директиви 2010/75/ЄС, повинні бути
виведені з експлуатації або замінені на сучас-
ні, більш екологічно безпечні. До НПСВ було
включено 28 існуючих великих опалювальних
котелень СЦТ сумарною тепловою потужніс-
тю водогрійних котлоагрегатів ~7810 МВт,
які використовують в якості основного палива
природний газ, та розташовані в містах: Ки-
єві (4212,3 МВт), Кривому Розі (1958 МВт),
Харкові (1126,49 МВт), Львові (407 МВт) та
Одесі (106,0 МВт). Теплова потужність цих
котелень складає тільки 16% від загальної
теплової потужності великих опалюваль-
них котелень СЦТ України (рисунок), які пе-
ПРОГНОЗУВАННЯ, СИСТЕМНИЙ АНАЛІЗ
ТА ОПТИМІЗАЦІЯ СТРУКТУРНОГО РОЗВИТКУ ЕНЕРГЕТИКИ
ISSN 2522-4344 (Online), ISSN 1562-8965 (Print). The problems of general energy, 2020, 2(61): 30–37
doi: https://doi.org/10.15407/pge2020.02.030
УДК 620.9:628.5 О.І. ТЕСЛЕНКО, канд. техн. наук, ORCID: 0000-0002-3772-5991
Інститут загальної енергетики НАН України, вул. Антоновича, 172, м. Київ, 03150, Україна
НАПРЯМИ РОЗВИТКУ ОПАЛЮВАЛЬНИХ КОТЕЛЕНЬ СИСТЕМИ ЦЕНТРАЛІЗОВАНОГО
ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ УКРАЇНИ В УМОВАХ СУЧАСНИХ ЕКОЛОГІЧНИХ ВИМОГ
За показником середньозваженої собівартості теплової енергії за життєвий
цикл (LCOH), який враховує витрати на виконання екологічних вимог, визначе-
но напрями подальшого розвитку й функціонування потужних опалювальних ко-
тельних системи централізованого теплопостачання України. Визначено LCOH
для сформованих трьох груп котлоагрегатів опалювальних котельних: рекон-
струйовані з впровадженням природоохоронних технологій; модернізовані з
оснащенням природоохоронним обладнанням та заміщені новими, які відпові-
дають сучасним екологічним вимогам.
К л ю ч о в і с л о в а: теплопостачання, котлоагрегат, теплова енергія, середньо-
зважена собівартість, екологічні вимоги, викиди.
© О.І. ТЕСЛЕНКО, 2020
31
Напрями розвитку опалювальних котелень системи централізованого теплопостачання україни в умовах екологічних вимог
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2020, issue 2(61)
ребували в експлуатації станом на початок
2015 р. (статистична група котелень тепло-
вою потужністю понад 116,3 МВт, яка склада-
лась з 161 котельні загальною потужністю
42122,6 Гкал/год (48988,6 МВт)) [6].
У 2018 р. Україна внесла відповідні зміни в
Технологічні нормативи допустимих викидів
забруднюючих речовин із теплосилових уста-
новок, номінальна теплова потужність яких
перевищує 50 МВт (далі − Технологічні норма-
тиви) [7], чим обумовлюється необхідність ак-
тивного виконання робіт у напрямку приведен-
ня питомих викидів від великих спалювальних
установок у відповідність новим встановленим
екологічним нормам.
Сценарії розвитку котелень, що увійшли
до НПСВ, розглянуто у публікаціях [8−11].
Оскільки в НПСВ включено лише котельні на
природному газі, забруднюючими речовинами,
концентрація яких має відповідати Директиві
2010/75/ЄС, є оксиди азоту (NOх) та окис вуг-
лецю (СО). Оксиди азоту є одними з найбільш
шкідливих забруднювачів при спалюванні будь-
якого палива: межова допустима максимально
разова концентрація в атмосферному повітрі
для діокиду азоту складає всього 0,085 мг/м3,
що приблизно в 60 разів менше, ніж для окису
вуглецю (5 мг/м3) [12].
Викиди оксидів азоту при спалюванні при-
родного газу на потужних опалювальних котлах
СЦТ України на поточний час складають 200–
240 мг/нм3 без застосування технологій їх змен-
шення [8]. Згідно з Директивою 2010/75/ЄС,
граничні значення викидів оксидів азоту в ат-
мосферне повітря при спалюванні природного
газу визначаються для сумарної номінальної те-
плової потужності усіх спалювальних устано-
вок, які під’єднані до однієї димової труби, не
можуть перевищувати концентрації 100 мг/нм3.
Для виконання цих вимог необхідно будівни-
цтво нових або реконструкція чи модернізація
існуючих котлоагрегатів з обов’язковим вста-
новленням обладнання для зменшення концен-
трації NOx у викидах.
Фахівцями Інституту газу НАН України за-
пропоновано план дій щодо виконання еколо-
гічних Директив Європейського Союзу газови-
ми котлоагрегатами одночасно з підвищенням
їх техніко-економічних показників і ресурсу та
покращенням екологічних параметрів [8]. Зо-
крема, ці фахівці звертають увагу, що згідно з
Директивою 2015/2193 [13] для існуючих се-
редніх спалювальних установок номінальною
тепловою потужністю менше 50 МВт допуска-
ються значно вищі рівні викидів шкідливих ре-
човин в атмосферне повітря (для оксидів азоту
до 200 мг/нм3). Ця обставина обумовлює доціль-
ність перемаркування частини існуючих котло-
агрегатів на нову зменшену номінальну потуж-
ність з метою формального отримання «нових»
спалювальних установок з номінальною тепло-
вою потужністю менше 50 МВт і таким чином
вивести частину існуючих котлоагрегатів з-під
дії Директиви 2010/75/ЄС.
За результатами досліджень Українського
центру економічних та політичних досліджень
ім. О. Разумкова капітальні витрати на впрова-
дження режимно-технологічних заходів змен-
шення викидів оксидів азоту (низько-емісійні
пальники, рециркуляція димових газів, сту-
пінчаста подача повітря тощо) на великих спа-
лювальних установках тепловою потужністю
50 МВт і більше на природному газі, які вклю-
чені до НПСВ (установлених на ТЕС, ТЕЦ та
опалювальних котельнях), загальною номіналь-
ною тепловою потужністю 15498 МВт за пито-
мих витратах 7,44 євро/кВт номінальної тепло-
вої потужності становлять 115 млн євро [11].
Метою статті є визначення можливих на-
прямів перспективного розвитку опалювальних
котелень СЦТ України в умовах діючих еколо-
гічних вимог з використанням показника се-
редньозваженої собівартості теплової енергії за
життєвий цикл, у якому враховано витрати на
природоохоронні заходи.
Методика досліджень. Для визначення на-
прямів перспективного розвитку потужних
опалювальних котелень СЦТ України було про-
ведено аналіз технічних, екологічних та еконо-
мічних показників котельного обладнання за
наступними етапами дослідження:
а) аналіз технічного стану існуючого котель-
ного обладнання та формування груп котельних
за обраним критерієм (термін експлуатації);
б) вибір технологічних заходів з оснащення
існуючого або нового котельного обладнання
для відповідності його роботи сучасним еколо-
гічним вимогам;
в) формування напрямів та сценаріїв розви-
тку котлоагрегатів СЦТ, що є характерними для
опалювальних котелень, з врахуванням еколо-
гічних вимог та визначення вартості реалізації
розроблених сценаріїв;
г) формування вихідних даних та обчислен-
ня показника середньозваженої собівартості
теплової енергії за життєвий цикл для сформо-
ваних груп котлоагрегатів / котельних, які під-
лягають модернізації, реконструкції або заміні
на нове котельне обладнання.
Результати досліджень.
В Україні майже всі котлоагрегати потуж-
них опалювальних котелень СЦТ були введені
в експлуатацію в 60−70 рр. минулого століття і
відпрацювали свій проектний ресурс та стрімко
32
О.І. ТЕСЛЕНКО
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2020, issue 2(61)
наближаються до повного вироблення фізично-
го ресурсу.
Для визначення напрямів подальшого розви-
тку цих котелень необхідно оцінити економіч-
ну ефективність рішень щодо:
а) подальшої експлуатації існуючих котлоа-
грегатів з мінімальними капітальними витрата-
ми та зростанням експлуатаційних витрат, обу-
мовлених фізичним зношенням, низькою енер-
гоефективністю та технологічною застарілістю
існуючих котлоагрегатів, для досягнення відпо-
відності сучасним екологічним вимогам шляхом
їх реконструкції або модернізації з подовжен-
ням короткострокового терміну експлуатації (до
10−20 років).
б) будівництва нових котлоагрегатів на за-
міну існуючих, які відповідають сучасним еко-
логічним вимогам, енергоефективні, мають
порівняно низькі експлуатаційні витрати та
значний термін подальшої експлуатації (до 30−
40 років), однак потребують значних початко-
вих капітальних затрат.
Сценарії подальшого розвитку потужних
опалювальних котелень СЦТ з НПСВ наведено
у публікації [9].
Для аналізу наведених у [9] сценаріїв кот-
лоагрегати 20 потужних опалювальних коте-
лень СЦТ в містах Київ, Харків та Одеса, які
включені до НПСВ, були поділені на три умов-
ні групи за терміном їх напрацювання (більше
60 років, від 40 до 60 років та менше 40 років)
та сумарною встановленою тепловою потужніс-
тю котлоагрегатів/котелень цих груп.
Необхідні капітальні витрати для реалізації
запропонованих сценаріїв розвитку складуть:
а) 546,75 млн грн. за прогресивним сценарі-
єм, на заміну застарілих котлоагрегатів загаль-
ною тепловою потужністю 0,675 ГВт, які були
введені в експлуатацію до 1960 р.;
б) 1424,79 млн грн. за традиційним сцена-
рієм, на повну реконструкцію існуючих кот-
лоагрегатів загальною тепловою потужністю
3,518 ГВт, які були введені в експлуатацію в пе-
ріод з 1960 р. по 1980 р.;
в) 338,04 млн грн. за консервативним сцена-
рієм, на модернізацію котлоагрегатів загальною
тепловою потужністю 1,252 ГВт, які були вве-
дені в експлуатацію в період з 1980 р. по 2011 р.
Загальні капітальні витрати на розвиток для
відповідності сучасним екологічним вимогам
цих 20 котелень СЦТ України сумарною уста-
новленою тепловою потужністю 5,445 ГВт, які
включені до НПСВ, за цими сценаріями склада-
ють ~2,31 млрд грн. (85,54 млн дол. США).
Методичний підхід, використаний у [9] для
формування сценаріїв розвитку котелень, які
включені до НПСВ, був застосований при роз-
робленні напрямів перспективного розвитку ко-
телень СЦТ України до 2040 р. та схематично
представлено на рисунку.
Аналіз прогнозу змін теплової потужності
котелень СЦТ до 2040 року [14] та хроноло-
гічної послідовності впровадження вимог Ди-
рективи 2010/75/ЄС, НПСВ і Технологічних
нормативів дозволяє виділити основні етапи та
напрями розвитку СЦТ України в умовах сучас-
них екологічних вимог.
Етап 1 (з 2015 р. до 2028 р.) (сектор І, рис.)
внаслідок трансформації структури теплогене-
рувальних потужностей та підвищення енер-
гоефективності споживання теплової енергії
прогнозується суттєве зменшення загальної
установленої теплової потужності котелень
СЦТ з 79,7 ГВт до 39,0 ГВт (майже на 50%)
[14] шляхом виведення з експлуатації техноло-
гічно застарілого та фізично зношеного котель-
ного обладнання. Протягом етапу 1 котельні
СЦТ потужністю 50 МВт і більше повинні від-
повідати вимогам п.2 розділу 3 Технологічних
нормативів: масові концентрації оксидів азоту
(оксид та діоксид азоту) у перерахунку на ді-
оксид азоту під час спалювання газоподібного
палива для існуючих котельних установок не
мають перевищувати 300 мг/нм3.
Етап 2 (з 2028 р. до 2034 р.). З 01.2028 р.
припиняється дія п. 2 розділу 3 Технологіч-
них нормативів для існуючих котлів, які не
включені до НПСВ. Прогнозована загаль-
на теплова потужність котелень СЦТ складе
~39,0 ГВт [14], з яких ~31,1 ГВт повинні бу-
дуть відповідати більш жорстким вимогам Ди-
рективи 2010/75/ЄС, зокрема, масові концен-
трації оксидів азоту не мають перевищувати
100 мг/нм3, як для існуючих, так і для нових
котлоагрегатів. Виключенням будуть котельні
сумарною потужністю 7,8 ГВт (сектор ІІ, рис.),
які включені до НПСВ і для яких масові кон-
центрації оксидів азоту не мають перевищува-
ти 500 мг/нм3 до 31.12.2033 р .
Етап 3 (з 2034 р. до 2040 р.). Станом на 01.2034 р.
(дата закінчення дії НПСВ) прогнозована за-
гальна теплова потужність котелень СЦТ буде
дорівнювати 34,0 ГВт [14], які усі повинні будуть
відповідати вимогам Директиви 2010/75/ЄС.
Протягом етапу 3 буде продовжуватись змен-
шення загальної встановленої теплової потуж-
ності. На закінчення етапу 3 котли, введені в
експлуатацію в 60–70-х роках минулого століт-
тя, досягнуть критичного віку (65−75 років).
Котли, введені в експлуатацію в 70–80-х роках
минулого століття, досягнуть граничного віку
50−60 років, що обумовить необхідність виводу
їх з експлуатації в найближчі 5−10 років (сек-
тор ІІІ, рис.).
33
Напрями розвитку опалювальних котелень системи централізованого теплопостачання україни в умовах екологічних вимог
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2020, issue 2(61)
Етап 4 (після 2040 р.). Станом на 2040 р. про-
гнозується зменшення загальної установленої
теплової потужності котелень СЦТ до 19,5 ГВт
[14] (сектор ІV, рис.), які будуть відпові-
дати екологічним обмеженням Директиви
2010/75/ЄС та Енергетичної стратегії України
до 2035 р. (ЕСУ-2035) [15] щодо енергоефек-
тивності (питомі витрати палива при виробни-
цтві тепла котельними не повинні перевищува-
ти 145 кг у.п./Гкал).
Можна припустити, що в Україні СЦТ збе-
режеться тільки у великих містах з щільною
житловою багатоповерховою забудовою, в яких
будуть експлуатуватись існуючі котельні тепло-
вою потужністю 50 МВт і більше, що спалюва-
тимуть природний газ.
Напрями розвитку СЦТ України до 2040 р.
із застосуванням потужних спалювальних уста-
новок (котлоагрегатів) можна визначити як про-
гресивний, традиційний та консервативний.
Прогресивний напрям розвитку передбачає
заміну усіх існуючих котлоагрегатів на сучасні
енергоефективні, які відповідають екологічним
вимогам Директиви 2010/75/ЄС. Технологічний,
економічний та екологічний рівні нових котлоа-
грегатів будуть відповідати сучасним вимогам
та вони матимуть достатньо тривалий термін
подальшої експлуатації 30−40 років. Прогно-
зована загальна потужність котелень СЦТ на
2040 р. становитиме 19,5 ГВт. Питомі капітальні
затрати на впровадження нових котлоагрегатів
становитиме приблизно 30$/кВт установленої
теплової потужності. Загальні капітальні затра-
ти на впровадження нових котлоагрегатів скла-
дуть 19,5 ГВт ∙ 30 млн $/ГВт = 585 млн $.
Традиційний напрям розвитку передбачає
подовження терміну експлуатації існуючих кот-
лів на 15−20 років, переважна більшість яких
побудована в 60–70-х роках минулого століття
та станом на 2040 р. будуть мати час напра-
цювання більше 65–75 років. Технологічний
та економічний рівні таких котлоагрегатів за-
лишаться на рівні кінця минулого століття,
а екологічний буде відповідати сучасним ви-
могам. Реконструкція таких котлів для досяг-
нення вимог Директиви 2010/75/ЄС буде ко-
штувати до 50% затрат на будівництво нових
котлів. Таким чином можливі затрати складуть
19,5 ГВт ∙ 15 млн $/ГВт = 292,5 млн $.
Для сектору III (рис.) може бути застосовано
економний (мінімально витратний) консерва-
тивний напрям − модернізація існуючих котлів
з незначним подовженням терміну експлуатації
(до 10–15 років) та реалізацією мало витратних
організаційних та екологічних заходів виключно
для досягнення відповідності вимогам Директи-
ви 2010/75/ЄС. Технологічний та економічний
рівні існуючих котлоагрегатів залишиться на
Рис. Етапи та напрями розвитку котелень СЦТ в умовах сучасних екологічних вимог
34
О.І. ТЕСЛЕНКО
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2020, issue 2(61)
рівні середини минулого століття, а екологічний
буде відповідати сучасним вимогам. Організа-
ційні заходи можуть бути реалізовані на котлах
марок ПТВМ-50 та КВ-ГМ-50, які мають окре-
му димову трубу і підпадають під визначення
великих спалювальних установок номінальною
тепловою потужністю 50 МВт і більше, а також
котельні номінальною тепловою потужністю до
70 МВт з однією загальною димовою трубою.
Саме такі котли та котельні можуть бути пере-
марковані на номінальну теплову потужність
менше 50 МВт і бути класифіковані, як спалю-
вальні установки середньої потужності, на які
вимоги Директиви 2010/75/ЄС не поширюються
та для яких масові концентрації оксидів азоту не
мають перевищувати 200 мг/нм3 [13]. На таких
котлоагрегатах доцільно буде впровадити мало
витратні екологічні заходи зі зменшення вики-
дів оксидів азоту з загальними питомими капі-
тальними затратами не більше 5$/кВт установ-
леної теплової потужності. Загальні капітальні
затрати на впровадження екологічних заходів
складуть 19,5 ГВт ∙ 5 млн $/ГВт = 97,5 млн $.
Ці котлоагрегати протягом періоду з 2028 р. по
2040 р. будуть виведені з експлуатації, пропра-
цювавши не більше 15 років.
Для оцінки доцільності подальшого функ-
ціонування, реконструкції і модернізації іс-
нуючих котлоагрегатів та будівництва нових
котлоагрегатів на потужних котельнях СЦТ
України з впровадженням комплексу природо-
захисних технологій для досягнення відповід-
ності показників по питомому впливу викидів
забруднюючих речовин на довкілля від потуж-
них спалювальних установок СЦТ до діючого
нормативного законодавства України застосо-
вано показник середньозваженої собівартості
теплової енергії за життєвий цикл, або LCOН
(англ. Levelized Cost of Heat).
LCOН розраховується на основі ринкових
даних і відображає поточну вартість всіх витрат
для виробництва однієї одиниці теплової енер-
гії протягом певного періоду, зазвичай життєво-
го циклу експлуатації теплогенеруючого облад-
нання. Цей показник поєднує усі види витрат,
дозволяє спростити аналіз собівартості тепло-
вої енергії та використовується для первинного
порівняння собівартості теплової енергії, ви-
робленої із застосуванням різних технологій та
обладнання.
Показник LCОH, по аналогії з LCОE (серед-
ньозважена собівартість електроенергії, англ.
Levelized Cost of Energy), визначається як по-
стійна вартість генерації однієї кВт∙год тепло-
вої енергії, яка дорівнює дисконтованим витра-
там, що витрачені протягом усього життєвого
циклу існування проекту. Методологія оцінки
LCOH залежить від ступеня складності припу-
щень (фінансових, економічних та технічних)
[16−18].
Зважаючи на посилення екологічних вимог
до спалюючих установок та збільшення ставок
екологічного податку, необхідним є врахуван-
ня екологічного фактору при визначенні LCOH
для теплогенеруючих установок, що є перспек-
тивними для нового будівництва або подальшої
експлуатації в Україні.
Для врахування витрат, що пов’язані з захо-
дами для охорони навколишнього середовища,
до LCOH пропонується включити вартість при-
родоохоронного обладнання, яке має забезпечи-
ти виконання екологічних нормативів, витрати
на його обслуговування та експлуатацію, а та-
кож екологічний податок. Екологічний податок
в Україні є загальнодержавним обов’язковим
платежем, що, зокрема, сплачується з фак-
тичних обсягів викидів в атмосферне повітря.
Ставки екологічного податку встановлюються
в залежності від класу небезпечності та гра-
нично допустимої концентрації забруднюючих
речовин, орієнтовно безпечного рівня впливу
сполук, рівня небезпечності відходів та їх кате-
горій. Ставки податку на викиди в атмосферне
повітря окремих забруднюючих речовин стаці-
онарними джерелами забруднення та порядок
його обчислення наведені в Податковому кодек-
сі України, розділ VIII, ст. 243.1 та ст. 249 [19].
LCOН з урахуванням екологічної складової
пропонується визначати за модифікованим ви-
разом [20]:
Таблиця 1. Результати обчислення показника LCOH для котлоагрегатів марок ПТВМ-50 та КВ-ГМ-50
на природному газі при модернізації, реконструкції та новому будівництві (заміні)
Показник
Напрям розвитку
Консервативний Традиційний Прогресивний
Вид заходу Модернізація Реконструкція Заміна на нові котли
Марка котла ПТВМ-50 ПТВМ-50 КВ-ГМ-50
ККД котлоагрегату, % 86,3 89,6 93,8
LCOH, грн/Гкал 1161,24
(111,41%)
1112,46
(106,73%)
1042,31
(100,00%)
35
Напрями розвитку опалювальних котелень системи централізованого теплопостачання україни в умовах екологічних вимог
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2020, issue 2(61)
N
t 1
1
(1 )
(1 )
t t t
t
N
t
t
t
I M F
t
LCOH
H
r
1
1 1
1 1
( )
(1 ) (1 )
(1 ) (1 )
n
eko eko eko
ekoti ti tiN N
i t
t t
t t
N N
t t
t t
t t
I M F
T
r r
H H
r r
,
де LCОН – середньозважена собівартість тепло-
енергії за життєвий цикл проекту; t – поточний
рік з початку спорудження або початку проекту
(індекс складових витрат); N – термін існування
проекту, роки; I
t
– щорічні інвестиції в основне
обладнання (капітальні витрати); M
t
– умовно
постійні витрати на обслуговування та ремонт
основного обладнання, які обумовлюються
установленою тепловою потужністю котлоа-
грегату і не залежать від Н
t
, F
t
– умовно змінні
витрати основним обладнанням (паливо, елек-
троенергія, вода тощо), які обумовлюються Н
t
;
Н
t
– річне виробництво теплової енергії, r – дис-
контна ставка (дисконт), що відображає швид-
кість здешевлення інвестиційного капіталу з
роками (або вартість капіталу);
eko
tiI – щорічні
інвестиції у природоохоронні технології; і – вид
природоохоронної технології; n – кількість при-
родоохоронних технологій у рік t, що впрова-
джені на котлоагрегаті; eko
tiM – умовнопостійні
витрати на обслуговування та ремонт приро-
доохоронного обладнання, не залежать від Н
t
;
eko
tiF – умовнозмінні витрати на ресурси, що
витрачаються на природоохоронну діяльність:
паливо, електроенергія тощо, які залежать від
Н
t
;
eko
tT – екологічний податок на валові викиди
забруднюючих речовин.
Для оцінювання можливості виконання су-
часних екологічних вимог потужними котель-
ними СЦТ визначено та проаналізовано заходи
та технології, які дозволяють запобігти первин-
ному утворенню оксидів азоту при спалюванні
природного газу в котлоагрегатах: використан-
ня малотоксичних пальників, технології ступе-
невого спалювання з розподіленням палива між
ярусами пальників, рециркуляція димових газів
та подача третинного повітря вище факела зго-
ряння палива в пальниках або комбінований ме-
тод із застосуванням кількох наведених техно-
логій. Комплексне застосування цих технологій
зменшення викидів оксидів азоту з сумарною
ефективністю їх зменшення на 50−60% забез-
печить виконання вимог Директиви 2010/75/ЄС
(<100 мг/нм3) на потужних опалювальних ко-
тельнях СЦТ України [21].
На потужних опалювальних котельнях СЦТ
України переважно використовуються водогрій-
ні котли марок ПТВМ та КВ-ГМ, які спалюють
природний газ. Обраховано, що сумарні питомі
витрати на комплексне впровадження наведе-
них вище технологій зменшення викидів окси-
дів азоту для водогрійних котлів марок ПТВМ
та КВ-ГМ становлять 165,88−283,35 грн/кВт
встановленої теплової потужності котлоагре-
гату [21].
Обчислення показника LCOH для проектів
з реконструкції і модернізації існуючих кот-
лоагрегатів та будівництва нових котлоагре-
гатів на потужних котельнях СЦТ виконано
за наведеним вище модифікованим виразом
із застосуванням розробленої у середовищі
MS Excel розрахункової програми, яка дозво-
лила провести варіантні розрахунки серед-
ньозваженої собівартості теплової енергії для
різних марок водогрійних котлоагрегатів при
комбінованих варіантах застосування техно-
логій зі зменшення викидів оксидів азоту в
атмосферне повітря. Вихідна інформація по
заходах зі зниження викидів оксидів азоту на-
ведена у публікаціях [8, 21].
У табл.1 наведено результати обчислення
показника LCOH з урахуванням впровадження
заходів із дотримання екологічних вимог щодо
існуючих газових котлоагрегатів марки ПТВМ-
50, для яких пропонується мало витратна модер-
нізація або середньо витратна реконструкція та
нових котлоагрегатів марки КВ-ГМ-50 вироб-
Таблиця 2. Середньозважена собівартість теплової енергії за життєвий цикл з урахуванням
екологічної складової для котла марки КВ-ГМ- 50 (нове будівництво), грн/Гкал, [20]
Тип котла, теплова
потужність,
паливо
Паливна
складова
LCOH
LCOH без
екологічної
складової
Екологічна
складова
(обладнання)
Екологічна
складова
(податок)
Екологічна
складова
(загалом)
LCOH з
екологічною
складовою
КВ-ГМ-50,
58,2 МВт,
природний газ
995,3
(95,49%)
1020,9
(97,95%)
18,03
(1,73%)
3,38
(0,33%)
21,41
(2,06%)
1042,31
(100%)
36
О.І. ТЕСЛЕНКО
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2020, issue 2(61)
ництва енергомашинобудівельного холдингу
«Котлотурбопром» (м. Харків), що можуть бути
побудовані замість фізично зношених та техно-
логічно застарілих існуючих котлоагрегатів або
на нових котельнях [22].
Як видно з табл. 1, існуючі котлоагрегати,
які для досягнення відповідності екологічним
вимогам будуть мало витратно модернізовані
із збереженням поточної низької енергоефек-
тивності (ККД = 86,3%) або середньо витрат-
но реконструйовані з досягненням вихідних
проектних показників енергоефективності
(ККД = 89,6%), матимуть суттєво більші зна-
чення LCOH (на 7–11% більше) порівняно з су-
часними більш енергоефективними котлоагре-
гатами, що обумовлено більшим споживанням
палива і, як наслідок, більшими валовими ви-
кидами забруднюючих речовин, а також біль-
шими витратами на ремонтно-профілактичне
обслуговування.
В умовах зростання вартості палива та по-
даткових ставок на викиди забруднюючих речо-
вин ця різниця буде тільки збільшуватись, що
обумовить зменшення конкурентоздатності за-
старілого існуючого котельного обладнання, як
модернізованого, так і реконструйованого, по-
рівняно з новими більш енергоефективними та
екологічно безпечними котлоагрегатами, які в
перспективі, у відповідності до чинної Енерге-
тичної стратегії України до 2035 р. [15], пови-
нні досягти показників питомих витрат умовно-
го палива на одиницю теплової енергії не мен-
шої ніж 145 кг у.п./Гкал (ККД = 98,5%).
У табл. 2 наведені паливна та екологічна
складові середньозваженої собівартості тепло-
вої енергії за життєвий цикл для котла марки
КВ-ГМ-50, призначеного для заміни існуючих
застарілих котлоагрегатів або будівництва но-
вих котелень.
Як видно з табл. 2, LCOH переважно визна-
чається вартістю спожитого палива, частка яко-
го складає 95%. Частка екологічної складової
складає тільки 2% загального значення LCOH
за умови поточного рівня податкової ставки на
валові викиди оксидів азоту NOx (2451,84 грн/т)
та оксиду вуглецю (92,37 грн/т) [19] та у най-
ближчий перспективі ці ставки будуть зростати
у кілька разів, що обумовить збільшення як цієї
складової, так і LCOH загалом.
ВИСНОВКИ
На основі вибору існуючих ефективних за-
ходів зі зменшення викидів оксидів азоту в ат-
мосферу від потужних котлоагрегатів сформо-
вано три основні напрями розвитку груп опа-
лювальних котелень системи централізованого
теплопостачання (СЦТ) України до 2040 р. з
урахуванням сучасних екологічних вимог: про-
гресивний (заміна фізично зношених та техно-
логічно застарілих котлоагрегатів на сучасні
енергоефективні, які відповідають новим еко-
логічним вимогам), традиційний (повна рекон-
струкція існуючих застарілих котлоагрегатів
для досягнення відповідності новим екологіч-
ним вимогам з подовженням терміну експлуа-
тації обладнання) та консервативний (модерні-
зація існуючих застарілих котлоагрегатів тільки
для забезпечення відповідності новим екологіч-
ним вимогам).
Зважаючи на поточний стан економіки Укра-
їни та значні капітальні витрати на осучаснення
котельного обладнання для досягнення відпо-
відності сучасним екологічним вимогам, набу-
ває суттєвої ваги вибір напрямів розвитку СЦТ
до 2040 р., який доцільно реалізовувати поєд-
нанням прогресивного (високо витратного),
традиційного (середньо витратного) та консер-
вативного (мало витратного) напрямів з метою
оптимізації фінансових, матеріальних та часо-
вих ресурсів.
Показано більшу конкурентоздатність на
ринку генерації теплової енергії котлоагрегатів
за прогресивним напрямом розвитку: показник
середньозваженої собівартості теплової енер-
гії за життєвий цикл для них на 7−11% нижче,
а термін їх подальшої експлуатації в 2−3 рази
більше, ніж для котлоагрегатів за іншими на-
прямами розвитку.
1. Market Report Series: Coal 2017. Analysis
and Forecasts to 2022. International Energy Agency
(IEA).2017. 148 p. ISBN PDF 978-92-64-28758-7 /
URL: https://webstore.iea.org/market-report-series-
coal-2017 (дата звернення: 04.11.2019).
2. Directive 2010/75/EU of the European Parliament
and of the Council of 24 November 2010 on industrial
emissions (integrated pollution prevention and
control): Official Journal of the European Union. 2010.
17 December. Vol. 53. 119 p.
3. Directive 2001/80/EC of the European Parliament
and of the Council of 23 October 2001 on the limitation
of emissions of certain pollutants into the air from large
combustion plants. Official Journal of the European
Communities. 2001. 27 November. 21 p.
4. Національний план скорочення викидів від
великих спалювальних установок Розпорядження
Кабінету Міністрів України від 8 листопада 2017
року № 796-р. URL: http://mpe.kmu.gov.ua/minugol/
control/uk/publish/article?art_id=245255506&cat_
id=245255478// (дата звернення: 06.11.2019).
5. Про ратифікацію Протоколу про приєднання
України до Договору про заснування Енергетично-
го Співтовариства: Закон України N 2787-VI від 15
грудня 2010 р.
6. Про основні показники роботи опалювальних
котелень і теплових мереж в Україні. Статистичний
37
Напрями розвитку опалювальних котелень системи централізованого теплопостачання україни в умовах екологічних вимог
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2020, issue 2(61)
бюлетень. Відп. за випуск І.С. Петренко. Державна
служба статистики України, 2015. 17 с.
7. Про затвердження технологічних нормативів
допустимих викидів забруднюючих речовин із те-
плосилових установок, номінальна теплова потуж-
ність яких перевищує 50 МВт: Наказ Міністерства
охорони навколишнього природного середовища
України від 22.10.2008 р. № 541.
8. Сміхула А.В., Сігал І.Я., Бондаренко Б.І., Се-
менюк Н.І. Технології зниження шкідливих викидів
до атмосфери тепловими електростанціями та ко-
тельними великої і середньої потужності України:
монографія. К.: ФОП Маслаков, 2019. 108 с.
9. Тесленко О.І. Сценарії розвитку котелень цен-
тралізованого теплопостачання України, які включені
до Національного плану скорочення викидів. Пробле-
ми загальної енергетики. 2019. Вип. 4(59). С. 54—62.
10. Тесленко О.І., Маляренко О.Є. Розвиток ко-
телень системи централізованого теплопостачання
України в умовах міжнародних та внутрішніх еко-
логічних угод та обмежень. Матеріали міжнарод-
ної наукової конференції «Science, engineering and
technology: global and current trends». Prage, Czech
Republic. December 27−28, 2019. P. 96—100.
11. Омельченко В.Ю., Білявський М.Л. Нацплан
скорочення викидів: поточний стан та проблеми
реалізації у розрізі міжнародного досвіду. Україн-
ський центр економічних та політичних досліджень
ім. О. Разумкова. 2019. URL: http://razumkov.org.
ua/statti/natsplan-skorochennia-vykydiv-potochnyi-
stan-ta-problemy-realizatsii-u-rozrizi-mizhnarodnogo-
dosvidu (дата звернення: 09.01.2020).
12. ДСП-201-97. Державні санітарні правила охо-
рони атмосферного повітря населених місць (від за-
бруднення хімічними та біологічними речовинами).
Затверджено наказом Міністерства охорони здоров’я
України від 9 липня 1997 р. № 201. Зупинення дії На-
казу з 31.07.2014. Повідомлення Державної служби
України з питань регуляторної політики та розвитку
підприємництва від 07.08.2014. URL: https://zakon.
rada.gov.ua/rada/show/v0201282-97#Text (дата звер-
нення 07.11.2019).
13. Directive (EU) 2015/2193 of the European
Parliament and of the Council of 25 November 2015 on
the limitation of emissions of certain pollutants into the air
from medium combustion plants. Offi cial Journal of the
European Union. 2015. 28 November. Vol. 58. P.1—19.
14. Кулик М.М., Горбулін В.П., Кириленко О.В.
Концептуальні підходи до розвитку енергетики
України (аналітичні матеріали). Київ: Інститут за-
гальної енергетики НАН України, 2017. С. 60—62.
15. Енергетична стратегія України на пері-
од до 2035 року «Безпека, енергоефективність,
конкурентоспроможність» розпорядження Ка-
бінету Міністрів України від 18 серпня 2017 р.
№ 605-р. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/main/605-
2017-%D1%80 (дата звернення: 06.11.2019).
16. Projected Costs of Generating Electricity.
International Energy Agency (IEA). 2015. 215 p.
17. Baez, M.J., Larriba Martínez, T. Technical Report
on the Elaboration of a Cost Estimation Methodology.
No. D.3.1. Creara, Madrid, Spain, 2015.
18. Gabbrielli R., Castrataro P., Del Medico F., Di
Palo M., Lenzo B. Levelized cost of heat for linear
Fresnel concentrated solar systems. Energy Procedia.
2014. 49. 1340—1349.
19. Податковий кодекс України, розділ VIII.
Екологічний податок. Державна фіскальна служ-
ба України. URL: http://sfs.gov.ua/nk/rozdil-viii--
ekologichniy-poda/ (дата звернення: 09.01.2020).
20. Станиціна В.В., Куц Г.О., Тесленко О.І.,
Маляренко О.Є. Порівняльний аналіз середньої
вартості теплової енергії, виробленої в котель-
нях різної потужності, з урахуванням екологічної
складової. Энерготехнологии и ресурсосбереже-
ние. 2020. № 2. С. 55—62. https://doi.org/10.33070/
etars.2.2020.07
21. Тесленко О.І. Техніко-економічні показники
технологій зменшення викидів оксидів азоту від по-
тужних опалювальних котлів. Проблеми загальної
енергетики. 2019. Вип. 3(58). С. 30—36.
22. ТОВ «КОТЛОТУРБОПРОМ». Комуналь-
на теплоенергетика (ТЕЦ та котельні). URL:
https://ktp.must-ipra.com/solutions/kommunalnaja-
teplojenergetika-tjec-i-k/ (дата звернення: 07.11.2019).
Надійшло до редколегії: 30.04.2020
|
| id | systemreorg-article-751 |
| institution | System Research in Energy |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:21:17Z |
| publishDate | 2020 |
| publisher | General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | systemreorg/a0/cb9220eeb8a4deb6eef3c7d2657914a0.pdf |
| spelling | systemreorg-article-7512026-07-18T12:57:46Z Directions of the development OF heating boilers of the Ukrainian district heating system under conditions of present-day ecological requirements Напрями розвитку опалювальних котелень системи централізованого теплопостачання України в умовах екологічних вимог Teslenko O.I. heat supply, boiler, thermal energy, weighted average cost, ecological requirements, emissions. теплопостачання, котлоагрегат, теплова енергія, середньозважена собівартість, екологічні вимоги, викиди The district heating system (DHS) of Ukraine was formed during 1960−1980. The existing boilers and furnace rooms of the DHS with a nominal heat capacity of 50 MW and more are physically worn out and technologically obsolete. Emissions of nitrogen oxides are the main emissions of contaminants at the combustion of natural gas in the boilers of DHS of Ukraine and currently constitute about 200−240 mg/nm3 without using the technologies of their reduction.Ukraine has implemented the provisions of Directive 2010/75/EU, which limit the emission of nitrogen oxides from large natural gas combustion plants (in particular, from boilers of DHS) to no more than 100 mg/nm3.The enhancement of energy efficiency, reduction of thermal energy consumption, and structural technological changes cause a gradual significant decrease in the installed capacity of DHS boilers in Ukraine: according to forecasts, from 80 GW (2015) to 20 GW (2040).We consider the possible directions of development of powerful boilers of DHS in Ukraine to 2040 under conditions of modern ecological requirements: progressive (high-cost replacement of all existing boiler units by modern energy-efficient and environmentally safe ones, which requires $ 585 million investment), traditional (medium-cost technical reconstruction of the existing boilers for their compliance with environmental requirements with the extension of their service life, which requires $ 292.5 million), and conservative (low-cost modernization of the existing boilers to meet environmental requirements only, which requires $ 97.5 million).We calculated the weighted average cost of heat for the life cycle of powerful DHS boilers by the directions of development given above. It is shown that this indicator for reconstructed and modernized boilers is higher by 7−11% than for new modern boilers due to the lower energy efficiency of existing boilers, the higher costs for their maintenance, and the greater environmental taxes. This leads to further low competitiveness of the existing boilers under the current environmental requirements and the increase in prices for natural gas and environmental taxes. Система централізованого теплопостачання (СЦТ) в Україні була сформована в 1960−1980 рр. Існуючі котлоагрегати та котельні СЦТ номінальною тепловою потужністю 50 МВт і більше є фізично зношеними та технологічно застарілими. Викиди оксидів азоту є основними викидами забруднюючих речовин при спалюванні природного газу на котлоагрегатах СЦТ України та на поточний час складають 200−240 мг/нм3 без застосування технологій їх зменшення.В Україні імплементовані положення Директиви 2010/75/ЄС, які обмежують викиди оксидів азоту від великих спалювальних установок, що спалюють природний газ, не більше 100 мг/нм3 (зокрема, від котлоагрегатів СЦТ).Підвищення енергоефективності, зменшення споживання теплової енергії, структурні технологічні зміни обумовлюють поступове суттєве зменшення установленої потужності котелень СЦТ України: за прогнозами з 80 ГВт (2015 р.) до 20 ГВт (2040 р.).Розглянуто можливі напрями розвитку потужних котелень СЦТ України до 2040 р. в умовах сучасних екологічних вимог: прогресивний (високо витратна заміна всіх існуючих котлоагрегатів на сучасні енергоефективні та екологічно безпечні, що потребує 585 млн $ інвестицій), традиційний (середньо витратна технічна реконструкція існуючих котлоагрегатів на відповідність екологічним вимогам з подовженням терміну експлуатації, що потребує 292,5 млн $) та консервативний (мало витратна модернізація існуючих котлоагрегатів тільки для відповідності екологічним вимогам, що потребує 97,5 млн $).Обраховано середньозважену собівартість теплової енергії за життєвий цикл для потужних котлоагрегатів СЦТ за цими напрямами розвитку. Показано, що цей показник для реконструйованих та модернізованих котлоагрегатів є більшим на 7−11%, ніж для нових сучасних котлоагрегатів, внаслідок нижчої енергоефективністі існуючих котлоагрегатів, більших витрат на їх ремонтне обслуговування та більших екологічних податків. Це обумовлює подальшу низьку конкурентоздатність існуючих котлоагрегатів в умовах сучасних екологічних вимог та зростання цін на природний газ та екологічних податків. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2020-07-15 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/751 10.15407/pge2020.02.030 System Research in Energy; No. 2 (61) (2020): The Problems of General Energy; 30-37 Системні дослідження в енергетиці; № 2 (61) (2020): Проблеми загальної енергетики; 30-37 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/751/648 Copyright (c) 2020 Teslenko O.I. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0 |
| spellingShingle | heat supply boiler thermal energy weighted average cost ecological requirements emissions. Teslenko O.I. Directions of the development OF heating boilers of the Ukrainian district heating system under conditions of present-day ecological requirements |
| title | Directions of the development OF heating boilers of the Ukrainian district heating system under conditions of present-day ecological requirements |
| title_alt | Напрями розвитку опалювальних котелень системи централізованого теплопостачання України в умовах екологічних вимог |
| title_full | Directions of the development OF heating boilers of the Ukrainian district heating system under conditions of present-day ecological requirements |
| title_fullStr | Directions of the development OF heating boilers of the Ukrainian district heating system under conditions of present-day ecological requirements |
| title_full_unstemmed | Directions of the development OF heating boilers of the Ukrainian district heating system under conditions of present-day ecological requirements |
| title_short | Directions of the development OF heating boilers of the Ukrainian district heating system under conditions of present-day ecological requirements |
| title_sort | directions of the development of heating boilers of the ukrainian district heating system under conditions of present-day ecological requirements |
| topic | heat supply boiler thermal energy weighted average cost ecological requirements emissions. |
| topic_facet | heat supply boiler thermal energy weighted average cost ecological requirements emissions. теплопостачання котлоагрегат теплова енергія середньозважена собівартість екологічні вимоги викиди |
| url | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/751 |
| work_keys_str_mv | AT teslenkooi directionsofthedevelopmentofheatingboilersoftheukrainiandistrictheatingsystemunderconditionsofpresentdayecologicalrequirements AT teslenkooi naprâmirozvitkuopalûvalʹnihkotelenʹsistemicentralízovanogoteplopostačannâukraínivumovahekologíčnihvimog |