Изменение подхода к управлению функционированием системы теплоснабжения

Текущая ситуация

Основными причинами, влияющими на низкую энергоэффективность отрасли теплоснабжения, по прежнему остаются значительный износ тепловых сетей и их разбалансировка.

Правильное применение современных возможностей, позволяющих выполнить масштабное обновление коммунальной инфраструктуры, может принести сразу несколько положительных изменений, направленных на увеличение срока службы трубопроводов, сокращение затрат на ремонты и перекладку, снижение тепловых и материальных потерь, и окажет значительный комплексный эффект: повышение надёжности, эффективности, снижение аварийности, улучшение экологической ситуации и, в целом – экономики ресурсоснабжающей организации.

Для достижения этих показателей можно выделить циклы долгосрочного, краткосрочного и оперативного управления. К долгосрочному управлению относятся задачи проектирования, развития и реконструкции, к краткосрочному – планирование режимов, а к оперативному – диспетчерское управление.

Практика воздействия на долгосрочное управление в ПАО «ЛУКОЙЛ»

Состояние тепловых сетей зависит от конкретных условий их эксплуатации. Не всегда полностью самортизированные объекты по сроку эксплуатации находятся в аварийном состоянии. Оценка реального технического состояния теплосетей позволяет понять, как будет меняться их надёжность в будущем.

Достоверные данные позволяют значительно повысить уровень «прозрачности» планирования эксплуатационной и ремонтной деятельности, а следовательно, и качество принимаемых решений. Это, в свою очередь, даёт возможность перераспределить единовременную экономию капитальных затрат за счёт выбора рациональных мер.

С этой целью ООО «ЛУКОЙЛ-Энергоинжиниринг» разработало программное обеспечение и методику оценки проектов реконструкции тепловых сетей на основе интегрального рейтинга (имеется патент на разработку и внедрение ПО).

Методика количественной оценки рисков предусматривает создание реестра рисков – потенциальных неблагоприятных событий, характерных для технико-производственной деятельности компании. Для каждого такого события рассчитывается вероятность его возникновения и степень влияния на годовой финансовый поток.

Реестр рисков формируется на основе анализа технической документации и накопленных статистических данных – как в самой компании, так и в отрасли, а также личного опыта персонала. Общее влияние рисков оценивается путём имитационного моделирования множества сценариев их развития. Результатом моделирования является функция распределения вероятности, отражающая общий уровень рисков.

На сегодняшний день программа уже прошла успешную апробацию и в результате с помощью математической модели были составлены планы мероприятий в городах Ростов-на-Дону и Волгодонске с целью включения в комплексную программу развития Ростовской области для участия в проекте «Модернизация коммунальной инфраструктуры».

При формировании плана мероприятий по снижению рисков комплектуется реестр с соответствующими параметрами для отсеивания проектов, а само применение методологии позволяет повысить качество управленческой деятельности при оценке реалистичности параметров бизнес-плана, прогнозировании отдачи от инвестиций и обеспечении эффективности и надежности распределения ресурсов.

Это риск-ориентированный подход к управлению, обеспечивающий целевое воздействие на производственные активы и основанный на анализе риска отказа оборудования с учётом прогнозируемых потерь. Подход позволяет оценить стоимость содержания активов, обеспечить эффективное экономическое управление ими на полном жизненном цикле и поддерживать производственную систему на заданном уровне надёжности при оптимальных затратах.

Основные требования, применённые в методологии отбора проектов

Методология отбора проектов теплосетевых активов разработана в рамках соблюдения требований надёжности и эффективности, которое устанавливается в соответствии с обязательствами, определенными Федеральными законами, постановлениями Правительства РФ, приказами ФОИВ и др. подзаконными нормативными актами [1-7].

Набор исходных данных для математического моделирования и расчета интегрального рейтинга:

– режимные параметры работы оборудования;

– параметры состояния оборудования;

– топология схемы состава включенного оборудования;

– статистика возникновения нештатных ситуаций;

– история проведения технического обслуживания и ремонтов оборудования;

– параметры расчета комплексного финансового ущерба;

– дополнительные данные (по запросу).

Исходные данные для выполнения оценки

1. Основные характеристики зоны теплоснабжения:

‒ график регулирования тепловой нагрузки;

‒ климатическая зона теплоснабжения;

‒ температурные параметры.

2. Информация об основных характеристиках трубопроводов до реконструкции:

‒ данные паспортов участков тепловой сети и обследований.

3. Статистика инцидентов с повреждением трубопроводов:

‒ паспорта учёта повреждений;

‒ накопительные ведомости.

4. Фактическое состояние изоляции и условий эксплуатации:

‒ степень уплотнения, разрушения, увлажнения;

‒ длина полностью разрушенных участков.

5. Основные необходимые характеристики трубопроводов после реконструкции:

‒ тип прокладки трубопроводов;

‒ изменение материальной характеристики;

‒ изменение вида изоляции после реконструкции (при необходимости).

Основные показатели, используемые в методологии

Методологическая основа работы – системный подход к анализу тепловых сетей как объекта обследования, функционирующего в едином процессе производства, транспортировки и реализации тепловой энергии. Тепловые сети рассматриваются как группы однотипных по функциональному назначению объектов, но разных с точки зрения качества предоставления услуг теплоснабжения.

Формирование нормативных и целевых значений систем центрального теплоснабжения:

1. Расчёт действующих нормативов эксплуатационных потерь по каждому участку ТС.
2. Расчёт удельных потерь тепловой сети при фактическом состоянии трубопроводов и изоляции.
3. Расчёт данных определяющих влияние аварийности, на системные показатели надёжности:

• • материальная характеристика системы;
  • прогноз возникновения инцидентов.

4. Расчёт нормализованного состояния в т.ч. изоляции и условий эксплуатации:

• • степень уплотнения, разрушения, увлажнения;
  • изменение длины разрушенных участков.

5. Определение целевых показателей изменения основных ресурсных затрат для сравнения и достижения при последующей реализации, в т.ч.:

• • снижение потерь тепловой энергии при нормализации состояния сети;
  • определение удельных величин потерь в системе теплоснабжения после реализации мероприятий капитального характера;
  • оценка влияния состояния участков ТС на ухудшение показателей системы теплоснабжения.

Расчёты значений конкретных показателей выполняются на базе статистических отчётов об отказах в тепловых сетях.

Рассматриваются нарушения работоспособного состояния, при которых значения всех параметров, характеризующих способность выполнения заданных функций, соответствуют требованиям нормативно-технической и проектной документации. Отказ характеризуется вероятностью возникновения данного события, на которую влияет множество учитываемых факторов.

Одним из важных показателей, характеризующих техническое состояние тепловых сетей, является показатель, описывающий динамику изменения удельной интенсивности отказов, рассчитанный по материальной характеристике (1000 м²) за три предшествующих дате составления отчёта периода, характеризующих качество проводимых ремонтных компаний.

Данный показатель учитывает количество инцидентов с повреждением трубопроводов тепловых сетей, как приводящих к возникновению перерывов в теплоснабжении, так и не приводящих к такому перерыву, но косвенно влияющих на увеличение плановой продолжительности ремонтных ограничений, связанных с необходимостью восстановления трубопроводов после проведения испытаний на плотность и прочность.

Индикатор характеризует динамику изменения состояния трубопроводов тепловых сетей, а также изменение суммарного времени ограничения потребителей как при эксплуатации, так и при увеличении ремонтных площадок.

Также в методику введены дополнительные комплексные показатели для сравнения свойств тепловых сетей. Например, индекс состояния систем теплоснабжения. Данный показатель ранее был предложен к.э.н. Семеновым В.Г. и уже использовался в пилотных проектах регионов РФ для обеспечения единства оценки Минстроем России состояния систем центрального теплоснабжения (далее – СЦТ) Воронежа, Липецка, Санкт-Петербурга и других городов.

Оценка отклонений от целевых показателей

1. Расчёт годовых и среднемесячных потерь через изоляцию и с утечками на участке тепловой сети после ремонта/реконструкции трубопроводов;
2. Оценка показателей надёжности:

• • срок службы участка;
  • уровень физического износа;
  • предельный уровень интенсивности отказов.

3. Оценка изменения показателей эффективности влияющих на изменение переменных расходов:

• • электроэнергии на перекачку;
  • покупных ресурсов на восполнение потерь.

4. Оценка эксплуатационных эффектов

• • снижение расходов ресурсов при реализации производственных программ.

5. Формирование динамических (долгосрочных) критериев изменения производственных и операционных показателей, в т.ч.:

• • изменение расхода на аварийно-восстановительную деятельность;
  • изменение объёмов аварийной недопоставки;
  • динамика технологических нарушений (отказов) в тепловых сетях;
  • объём капитальных вложений на реализацию работ (мероприятий);
  • улучшение материальной характеристики сети.

Цифровая модель и программный продукт

Математическое моделирование выделяет показатели, характеризующие решение оптимизационной задачи при нечётких условиях и ограничениях. По минимальному значению определяется интегральный показатель надёжности и эффективности оборудования с точки зрения оценки технического состояния каждого элемента оборудования в единой унифицированной цифровой модели.

На основе этого составляется интегральный рейтинг состояния объектов теплоснабжения, где приоритет реализации проектов устанавливается по мере убывания баллов, характеризующих оценку технического состояния и потенциальный эффект от реализации мероприятий капитального характера.

Риск-ориентированная модель (интегральный рейтинг 200 баллов)

1) Надёжность (100 баллов). Повышение надёжности и снижение рисков неисполнения обязательств Обществ:

‒ минимизация перерывов поставки тепловой энергии за счёт снижения времени на устранение повреждений;

‒ минимизация интенсивности отказов до безопасного, технически и законодательно обоснованного уровня путём управления объёмом капитальных вложений на поддержание эксплуатационных характеристик систем теплоснабжения;

‒ сохранение объёма выручки на уровне, при котором санкции за некачественную поставку ресурсов не оказывают существенного влияния на финансовый результат.

2) Эффективность (100 баллов). Повышение эффективности и снижение рисков, связанных с невыполнением показателей и плана на административном уровне региона РФ:

– минимизация технологических потерь за счёт комбинации, как технических –менее эффективных, так и режимных – более эффективных мероприятий, принимаемых к исполнению в зависимости от дефицита тарифных источников;

‒ минимизация коммерческих потерь, снижаемых за счёт наиболее эффективных мер.

Программа отбора проектов формируется на основании:

– основных существующих положениях системы теплоснабжения;

– выполнения расчётов для формирования целевых значений;

– выполнения приведённых расчётов для достижения целевых показателей;

– расчёт интегрального сквозного рейтинга отбора мероприятий.

Очерёдность реализации мероприятий устанавливается путём последовательного включения в программу капитального ремонта и программу ТПиР участков, набравших наибольшее количество баллов (максимальное значение – 200) из сводного реестра, включающего в себя оценку состояния 100% эксплуатируемых участков:

‒ исполнение законных требований,

‒ исполнение показателей Бизнес-плана;

‒ приоритизация по двум обязательным программам мастер-плана схемы теплоснабжения муниципального образования (инерционному и эффективному сценарию):

• • объекты 1 очереди «аварийно-опасные» – интегральный рейтинг > 160;
  • объекты 2 очереди «малонадежные» – интегральный рейтинг 80 < ИР < 160;
  • объекты 3 и 4 очереди «условно-надёжные» и «удовлетворительные» –интегральный рейтинг < 80 (рисунок).

Расчёт интегрального сквозного рейтинга отбора мероприятий

1. Оценка влияния отклонений от требований надёжности и эффективности:

‒ выражение в денежном эквиваленте.

2. Расчёт оценки показателей эффективности капитальных вложений:

‒ составление интегрального рейтинга по 100-бальной шкале.

3. Расчёт оценки показателей надёжности капитальных вложений:

‒ составление интегрального рейтинга по 100-бальной шкале.

4. Расчёт капитальных затрат на реализацию мероприятий:

‒ капитальные затраты.

5. Расчёт скорости окупаемости проекта, отобранных на основании рейтинга:

‒ учитывается сумма двух интегральных рейтингов по 200-бальной шкале.

Так формируются программа и единый подход, где повышение надёжности и эффективности систем теплоснабжения достигается за счёт реконструкции и капитального ремонта участков тепловых сетей, отнесённых к аварийно-опасным и малонадежным объектам системы теплоснабжения по интегральному рейтингу.

Другими словами, в основу решения положена идея о списках активов, ранжированных по убыванию риска отказа. При этом риск отказа определяется как произведение вероятности отказа на его последствия.

Каждый элемент списка представляет собой результат разукрупнения находящихся в эксплуатации активов: производственные объекты, группы оборудования в составе объекта, единицы оборудования, функциональные узлы (наименьший элемент списка).

Ценность такого ранжирования состоит в том, что оно позволяет выделить зоны высокого, среднего и низкого риска и установить приоритеты.

В отношении верхней части списка (с высоким и средним риском) применяются активные предупредительные меры, а в отношении нижней части списка такие меры сводятся к минимуму.

Так происходит перераспределение ресурсов в пользу выполнения ТОиР и ТПиР приоритетной части активов с отменой работ на активах с низким риском, а также планирование ТОиР и ТПиР активов с низким риском в объёме, необходимом для минимизации их стоимости жизненного цикла.

В первом случае происходит концентрация ресурсов на приоритетных активах, достигается локальный минимум риска отказов при заданных ресурсных ограничениях. Ресурсы, как говорится, не распыляются.

Поэтому довольно целесообразно развивать данную математическую модель в рамках создания систем мониторинга процессов теплоснабжения поселений группы.

Проблема учёта данных и задачи для цифровизации

Методика реализуется в виде цифровой математической модели, для правильного функционирования которой нужны:

• программа технического централизованного достоверного учёта тепловых активов (для улучшения сходимости модели);
• комплекс показателей, которые целесообразно использовать для оценки состояния и функционирования тепловых сетей;
• сквозной анализ состояния тепловых сетей и процедуры ранжирования и группировки по наиболее важным показателям.

Необходимым условием работоспособности разработанных математических моделей является наличие корректного набора исходных данных, таких как режимные параметры работы оборудования, параметры состояния оборудования, топология схемы состава включенного оборудования, статистика возникновения нештатных ситуаций, история проведения технического обслуживания и ремонтов оборудования, параметры расчета комплексного финансового ущерба и т.п.

Таким образом, мы выходим на вопрос достоверности исходных данных для математического моделирования.

В сложившейся практике эксплуатации систем централизованного теплоснабжения отсутствует достоверный учёт возникших отказов и неисправностей, выполненных регламентных и ремонтных работ, наличия и расхода запасных частей и элементов, работ по метрологическому обеспечению процессов теплоснабжения и т.п. Если бы такой учет велся, то это позволило бы оперативно оценивать состояние объектов теплоснабжения и планировать работы по поддержанию их в работоспособном состоянии.

Решаемая в ПАО «ЛУКОЙЛ» в ходе повышения сходимости модели проблема учёта данных позволила определить актуальную задачу разработки и внедрения классификаторов применительно к объектам и системам теплоснабжения, поскольку их отсутствие сдерживает процессы цифровизации в отрасли теплоснабжения.

В ПАО «ЛУКОЙЛ» постепенно решается и актуальная задача сопоставления различных баз данных, содержащих информацию однородную, но представленную в разных форматах. Были разработаны и реализованы технические решения, позволяющие устанавливать однозначность представления информации в различных базах данных. Эти решения позволили более эффективно организовать процесс обследования за счёт использования современных информационных технологий и использования различных источников информации.

Стоит отметить, что методология управления как технологическими, так и экономическими бизнес-процессами энергетического предприятия должна реализовываться в виде виртуальной модели контроля жизненного цикла оборудования, интегрированной с адаптивными оболочками различных прикладных цифровых сервисов Компании.

Решаемые ПАО «ЛУКОЙЛ» задачи по цифровизации для корректной работы математической модели:

• Достоверный учёт возникших отказов и неисправностей, выполненных регламентных и ремонтных работ, наличия и расхода запасных частей и элементов, работ по метрологическому обеспечению процессов теплоснабжения и т.п.
• Разработка и внедрение классификаторов (справочников) применительно к объектам и системам теплоснабжения.
• Согласованность различных баз данных, содержащих информацию однородную, но представленную в разных форматах через установление четких требований представления информации.
• Интеграция модели с адаптивными оболочками различных прикладных цифровых сервисов Компании.

Преимущества разработанной и внедрённой в ПАО «ЛУКОЙЛ» модели:

1. Повышение эффективности и надёжности функционирования систем теплоснабжения и исполнение требований законных актов в области теплоснабжения.
2. Упорядочивание процесса планирования и контроля режимов теплоснабжения
3. Достижение показателей эффективности при транспорте, распределении и потреблении тепловой энергии и теплоносителей.
4. Развитие систем коммунальной инфраструктуры в зонах эксплуатационной ответственности и повышение объёма присутствия группы ЛУКОЙЛ в территориальных узлах.
5. Минимизация аварийных отключений тепловых сетей и малой генерации Общества в будущих периодах.
6. Проведение отбора приоритетных проектов по объектам, вносящих наибольший вклад в развитие.
7. Снижение объёма и затрат на реконструкцию, отбор участков тепловых сетей для проведения диагностирования (при необходимости).

Нормативная документация

1. Федеральный закон от 23.11.2009 № 261-ФЗ «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности».
2. Постановление Правительства РФ от 08.08.2012 № 808 «Определение системы мер по обеспечению надёжности теплоснабжения».
3. Постановление Правительства РФ № 410 «Порядок согласования и утверждения инвестиционных программ».
4. Постановление Правительства РФ от 22.02.2012 № 154 «Требования к схемам теплоснабжения и индикаторам состояния».
5. Постановление Правительства РФ № 452 «Плановые и расчётные значения показателей надёжности и энергетической эффективности объектов теплоснабжения».
6. Приказ Минэнерго России от 30.12.2008 № 325 «Нормативы технологических потерь при передаче тепловой энергии».
7. Распоряжение Правительства РФ от № 703р «Повышение энергетической эффективности экономики и снижение тепловых потерь».