Тепло для Петербурга: как цифровые решения помогают модернизировать городскую энергосистему
Обеспечение надежного теплоснабжения в условиях мегаполиса — задача колоссальной сложности. Перед энергетиками стоят амбициозные цели: апгрейд устаревших фондов, переход на экологичные виды топлива и — что особенно актуально — импортозамещение в сфере критически важного программного обеспечения.
Уже сегодня российские компании, отвечающие за теплопотребление, активно используют передовые методы для диагностики и обслуживания сетей — дроны и роботы. Осваивают 3D-печать запчастей для замены недоступных импортных компонентов, разрабатывают собственные инновационные продукты.
Реконструкция тысяч километров сетей и автоматизация котельных (перевод на безлюдный режим и погодозависимое регулирование для точной подачи тепла и экономии ресурсов), по мнению экспертов, требуют современных эффективных подходов к планированию и внедрения цифровых инструментов.
Например, акционерное общество «Топливно-энергетический комплекс Санкт-Петербурга» (АО «ТЭК СПб») — одна из ведущих компаний Северо-Запада, обеспечивающая теплом почти половину Петербурга (48% рынка), активно наращивает усилия в области модернизации и переоборудования производств, осваивает новые технологии в содружестве с отечественными разработчиками. Это позволяет предприятию успешно конкурировать на рынке.
Инновации в действии
Одним из ключевых направлений модернизации стала оптимизация проектной деятельности. После тщательного анализа отечественного рынка программного обеспечения в этой сфере АО «ТЭК СПб» был выбран российский комплекс для информационного моделирования (BIM) — Model Studio CS от компании «СиСофт Девелопмент» — разработчика ПО для автоматизации проектных работ и бизнес-процессов на основе технологии информационного моделирования (ТИМ).
Как известно, в состав Model Studio CS входят ряд программных модулей, которые можно применять комплексно или по отдельности в зависимости от задач автоматизированного проектирования конкретных объектов. Специалисты «ТЭК СПб» выполнили первый пилотный проект в этой технологии и остались довольны его результатом.
Испытательным полигоном для новой ТИМ-платформы стала реконструкция центрального теплового пункта (ЦТП). В качестве инструмента управления 3D-проектом была применена база данных CADLib Проект. Это позволило одновременно работать в едином информационном пространстве как с самой комплексной трехмерной моделью проектируемого объекта, так и с документацией, спецификацией, календарным планом и другой необходимой информацией.
Проектировщики разных специальностей взаимодействовали между собой, используя специализированные модули для архитектурных и строительных решений, железобетонных конструкций, тепломеханического оборудования и трубопроводов, систем электроснабжения, вентиляции и кабельного хозяйства.
— Пилотный проект по реконструкции ЦТП доказал эффективность для задач ТЭК, — констатирует Надежда Евстигнеева, ведущий инженер отдела проектирования АО «ТЭК СПб». — Во-первых, это оптимизация процессов: значительно сократилось время согласований между смежными специалистами. Возможность параллельной работы команды в едином информационном пространстве положительно сказалась на эффективности координации. Во-вторых, встроенные инструменты поиска коллизий позволили находить и устранять противоречия в проекте на этапе разработки, а не на стройплощадке. И наконец автоматизация рутины значительно снизила трудозатраты на формирование документации и спецификаций.
По мнению специалиста, в целом централизованное управление изменениями во всех связанных разделах проекта повысило его качество. В ближайших планах — внедрение программного комплекса Model Studio CS в работу предприятия.
— Без высокотехнологичного подхода к проектированию сегодня невозможно эффективно решать задачи модернизации в таких ключевых отраслях экономики, как энергетика и строительство инфраструктуры, — подчеркнула Надежда Евстигнеева.
В условиях непрерывной деятельности
Успех пилотного проекта по реконструкции ЦТП — результат сотрудничества АО «ТЭК СПб» с петербургской компанией «Ромбит», специалисты которой обладают всей полнотой знаний по лицензированию и прайс-листу разработчика ПО.
Авторизованный партнер «СиСофт Девелопмент» осуществляет на территории Российской Федерации не только распространение комплексной системы информационного моделирования Model Studio CS для 3D-проектирования объектов промышленного и гражданского строительства, но и обеспечивает ее комплексное внедрение и техническую поддержку. Спектр услуг включает модификацию (локализацию, кастомизацию, доработку), реверсивный инжиниринг, настройку, конфигурирование, техническую поддержку и удовлетворение других потребностей, возникающих при внедрении отечественного программного продукта.
Опыт «Ромбит», накопленный командой за годы работы, особенно ценен в условиях импортозамещения, когда пользователи вынуждены переходить на отечественные цифровые инструменты, не останавливая производство. Специалисты компании выстраивают этот процесс максимально плавно, минимизируя сбои в текущей работе. IT-трансформация происходит практически в «фоновом» режиме, что критически важно в условиях непрерывной деятельности ТЭК.
Кадры для цифровой трансформации
Компания-интегратор не только предоставляет необходимые ресурсы, но и обучает специалистов эффективному использованию инструментов как в текущей работе, так и в перспективе развития.
Помощь в изучении и использовании Model Studio CS получают пользователи в различных областях деятельности: инженеры, бухгалтеры, снабженцы, руководители, секретари и другой персонал проектной организации.
Собственный учебный центр АО «ТЭК СПб» играет важнейшую роль в подготовке и переподготовке специалистов для цифровой трансформации. Только за прошлый год здесь прошли обучение более 150 сотрудников. Особый акцент делается на освоении нового отечественного ПО.
— Нам нужно научить коллег работать с новым программным обеспечением в связи с импортозамещением. В 2025 году мы планируем обучить уже 200–250 специалистов, — отметила Ольга Ситникова, заведующая учебным центром АО «ТЭК СПб».
В будущее — с ТИМ-технологиями
Российские предприятия продолжают работать в соответствии с национальными проектами и целями. Например АО «ТЭК СПб» до 2033 года планирует провести модернизацию сотен котельных и ЦТП, реконструировать и построить 4 тыс. км тепловых сетей, полностью уйти от использования мазута в качестве резервного топлива.
В современных условиях критически важны усилия научных, конструкторских и проектных подразделений по осуществлению новых разработок и их внедрению в области импортозамещения. Цифровые инструменты, такие как BIM-технологии, безусловно, становятся неотъемлемой частью этого пути, позволяя повышать эффективность, снижать издержки и обеспечивать надежное тепло для миллионов жителей города.
По мнению экспертов, освоение отечественных программных решений — важный шаг к технологической независимости и устойчивому развитию энергосистемы.
Опыт и экспертиза ТЕХНОНИКОЛЬ легли в основу стандарта строительства железнодорожных путей
ТЕХНОНИКОЛЬ выступила одним из ключевых разработчиков стандарта по применению экструзионного пенополистирола (XPS) для проектирования и строительства железнодорожных насыпей на вечномерзлых грунтах. Над документом работали эксперты НКО «Ассоциация производителей экструдированного пенополистирола» («РАПЭКС»), ТЕХНОНИКОЛЬ и Российского университета транспорта (МИИТ).
Экструзионный пенополистирол имеет очень низкий коэффициент теплопроводности, высокую прочность. Отличительная черта материала - устойчивость к деформациям, влаге и циклическим нагрузкам. Таким образом, материал становится практически безальтернативным решением при возведении железнодорожной инфраструктуры в условиях вечной мерзлоты и резких перепадов температур.
Компания не только участвовала в разработке стандарта, но и предоставила реальные кейсы применения XPS на железных дорогах, подтвердившие эффективность технологии. Новый документ предлагает дифференцированный подход к материалам, который устанавливает разделение требований к физико-механическим свойствам XPS в зависимости от зоны применения. Так, например, под балластом, где нагрузки максимальны, следует использовать материалы с повышенной прочностью. На откосах допустимы менее жёсткие решения, а в утеплении дренажных систем — стандартные плиты XPS.
Стандарт включает применение технологий компьютерного моделирования сооружений, что позволяет максимально точно прогнозировать поведение грунтов, включая процессы морозного пучения и растепления мерзлоты. Документ также регламентирует испытания плит на динамическую нагрузку.
«Мы можем точно определить, сколько циклов прохода поездов выдержит материал. Это принципиально важно для обеспечения долговечности конструкций. Разработанный стандарт объединил многолетний опыт в создании инновационных решений для транспортной инфраструктуры», — подчеркнул Ярослав Хомяков, технический специалист ТЕХНОНИКОЛЬ по направлению «Теплоизоляционные материалы XPS в транспортном и инфраструктурном строительстве».
Стандарт содержит типовые конструктивные решения, прошедшие апробацию на реальных объектах.
Выбирая энергоэффективность
Современные технологии позволяют повысить энергоэффективность и энергосбережение водного насосного оборудования. В результате достигается значительное уменьшение потребления энергии и улучшение общей производительности систем.
Рациональное использование ресурсов — тренд настоящего времени. Однако без применения в быту и промышленности современных энергоэффективных насосных установок для тепла и водоснабжения достаточно трудно ему следовать. Эксперты «Строительного Еженедельника» рассказали о технологических решениях, которые позволяют не только снизить энергопотребление данными системами, но и увеличить их производительность, надежность и срок службы.
Правильный подбор
Самый лучший способ повышения энергоэффективности — это правильный подбор оборудования, считает руководитель отдела обучения ООО «ДЖИЛЕКС» Александр Шамов. Насос как сердце системы — основной потребитель энергии, поэтому точный расчет снижает затраты пользователя. Второй важный фактор — автоматизация. Пиковые нагрузки при пуске и остановке насоса увеличивают энергопотребление и износ. Устройства плавного пуска и остановки снижают нагрузку на сеть, экономя до 5% энергии. Максимальную экономию (до 50%) дают инверторные блоки управления. Они регулируют производительность насоса, снижая мощность при неполной загрузке (обычно требуется 1/3–1/5 от максимальной производительности). К энергоэффективным насосам относятся модели с частотным регулированием (инвертором). На российском рынке это циркуляционные насосы для отопления и автоматические поверхностные станции. Для погружных скважинных насосов используется внешний блок управления с частотным регулированием.
«Перспективное направление — переход с двигателей переменного тока на постоянный. Это повысит производительность при снижении энергопотребления, особенно в сочетании с инверторным управлением. Наша компания выпускает одни из самых экономичных насосов — насосы серий ”ВОДОМЕТ” и ”ВОДОМЕТ 3Д”. Их конструкция обеспечивает минимальное энергопотребление при высокой производительности. Также готовится к производству поверхностный насос-автомат с водяным охлаждением двигателя “ДЖАМБО ПРО”», — отметил он.
Минимизировать потери
По словам руководителя отдела маркетинга ООО СИЭНПИ РУС Дмитрия Коньшина, чтобы определить пути повышения энергоэффективности насосного оборудования, необходимо рассмотреть источники энергетических потерь. Насосный агрегат состоит из двух основных частей: гидравлической и привода. Наиболее распространенный тип привода — электродвигатель. Для низковольтных электродвигателей классы энергоэффективности описаны в стандарте IEC (ГОСТ IEC 60034.30.1-2016). Во всех насосах CNP по умолчанию используются двигатели класса IE3, оптимального по соотношению КПД и стоимости. КПД таких двигателей может достигать 90–94% в диапазоне средних мощностей. Повышение класса выше IE3 экономически оправданно только в специфических задачах, так как прирост КПД незначителен, а стоимость существенно возрастает. Аналогичная ситуация — и с высоковольтными приводами.
Потери в гидравлической части, продолжает эксперт, делятся на гидравлические, механические и объемные. Эти потери можно минимизировать еще на стадии проектирования. На производстве CNP применяются современные методы численного моделирования (CFD), прототипирование и аддитивные технологии, что позволяет приближаться к максимально возможному КПД — порядка 80–85% для центробежных насосов. «Однако большинство типовых конструкций уже близки к своему технологическому пределу. Повышение эффективности идет за счет долей процента, требует значительных затрат и зачастую не подтверждается вне лабораторных условий. Действительно ощутимый эффект дает применение частотных преобразователей. При переменном потреблении они позволяют снизить энергозатраты на 20–50%, регулируя работу насоса в зависимости от реальной нагрузки. Именно такие решения, как частотно-регулируемые насосы и автоматизированные станции, сегодня наиболее актуальны для промышленного и коммунального сектора», — подчеркивает Дмитрий Коньшин.
Оптимизированная конструкция
Современный насосный агрегат невозможно представить без электродвигателя класса IE3 и выше или преобразователя частоты — это стандартное решение для энергоэффективных систем, отмечает менеджер по развитию продукта компании ИСТРАТЕХ Екатерина Волкова. «Компания ИСТРАТЕХ вносит свой вклад в развитие отрасли: в 2025 году мы запустили собственную линию сборки электродвигателей класса IE3 и представили серию насосов с интегрированным частотным управлением. При этом максимальная энергоэффективность наших одноступенчатых насосов серий ВО и KMG достигается благодаря тщательно продуманной гидравлической части. График наглядно показывает преимущество оптимизированной конструкции корпуса: КПД насоса ВО на 2–8% выше по сравнению с аналогами».
Чтобы сохранить высокий КПД в течение всего срока службы насоса, продолжает Екатерина Волкова, между рабочим колесом и корпусом устанавливается заменяемое уплотнительное кольцо. Оно защищает детали от прямого контакта и минимизирует внутренние утечки жидкости. Со временем из-за износа рабочего колеса и корпуса зазор между элементами увеличивается, что приводит к снижению эффективности, но замена кольца восстанавливает первоначальные характеристики. Для систем с постоянным режимом работы, где применение преобразователя частоты экономически неоправданно, оптимальным решением, по словам Екатерины Волковой, является подрезка рабочего колеса под требуемые параметры. Эта технология, используемая для консольно-моноблочных насосов KMG, обеспечивает снижение потребляемой мощности с минимальным снижением КПД.
Работа в экономию
Ведущий технический специалист компании «Альтерпласт» Сергей Лебедев отмечает, что их компания существует на отопительном рынке 24 года, и одним из направлений поставляемого на рынок оборудования является насосная техника, рассчитанная на бытовой сегмент. Говоря о энергоэффективности насоса, необходимо коснуться темы циркуляционных насосов для системы отопления. Компания поставляет как трехскоростные циркуляционные насосы, так и энергосберегающие для систем водяного отопления под тм ТЕВО. Конечно, все начинается с энергозатрат, мощности системы отопления, потому что на основании тепловых потерь и считается циркуляционный расход насоса. И тут логика проста: меньше мощность системы — меньше циркуляционный расход насоса и, следовательно, меньше энергопотребление. Что касается энергопотребления циркуляционного насоса, тут вывод однозначный: это энергосберегающий насос с мокрым ротором.
«Давайте рассмотрим два типа этих насосов. Возьмем трехскоростной насос ТЕВО 25/6-180 и энергосберегающий насос ТЕВО Е 25/6-180. В первом случае максимальная мощность насоса составляет 93 Вт, во втором — 45 Вт. При условии постоянной работы на максимуме трехскоростной насос будет потреблять около 67 кВт в месяц, энергосберегающий — около 32 кВт. Теперь давайте посмотрим на тарифы по потреблению электроэнергии, к примеру, по Московской области: для сельской местности это 5,13 руб./кВт. То есть месячные затраты не трехскоростном насосе составят 344 рубля, а на энергосберегающем — 164 рубля. Получается больше чем в два раза, хотя изначально кажется, что разница небольшая. Но остается только посчитать, через какое время окупится разница в цене на энергосберегающем и трехскоростном насосе, так как сам энергосберегающий насос стоит дороже. Получается около 16–17 месяцев, пусть грубо это 1,5 года. Дальше энергосберегающий насос работает только в плюс экономии», — подчеркивает Сергей Лебедев.
Совокупность технологий и методов
Руководитель по развитию бизнеса ООО «ВИЛО РУС» Константин Шинкарук рассказывает, что если брать насос как единичное изделие, то повысить его энергоэффективность можно за счет оптимизации конструкции и формы проточной части — повысить КПД агрегата за счет использования энергоэффективных двигателей. Совокупность технологий и методов даст максимальную экономию. «Возьмем самую популярную модель насоса для систем отопления для бытового применения — это насосы с мокрым ротором с резьбовым подключением Ду-25, подачей до 3 м3/ч и напором до 4 м. Стандартный насос модели NOC 25/4 — его максимальная потребляемая мощность составляет всего 70 Вт. Если же взять аналогичный по характеристикам энергоэффективный насос NOCE 25/1-4, то его максимальная потребляемая мощность составляет 25 Вт, что в 2,8 раза меньше. Безусловно, это значения при максимальной производительности насоса, нагрузка на насос меняется во времени. Поэтому при применении различных режимов регулирования мы получим дополнительную экономию за счет, например, снижения частоты вращения электродвигателя при снижении нагрузки. Ведь при снижении частоты вращения в два раза мощность, потребляемая насосом, снижается в восемь раз».
В продуктовой линейке компании WILO RUS, отмечает Константин Шинкарук, присутствуют энергоэффективные насосы с мокрым ротором как для бытового, так и для коммерческого применения: Native NOCE/NOCE F, оснащенные синхронным мотором на постоянных магнитах и интеллектуальной системой регулирования, индекс энергоэффективности EEI <=0,21. Также в этом году планируется запуск серийного производства энергоэффективных насосов с сухим ротором серии Wilo-IL-E и Wilo-Helix VE с синхронными моторами класса энергоэффективности IE5 и интеллектуальной системой регулирования: «Еще мы предлагаем решение для систем водоотведения, а именно: комплектные установки Native N-Lift с синхронными электродвигателями. А также приборы управления собственного производства SK-712, которые управляют стандартными насосами с сухим ротором с асинхронными двигателями класса энергоэффективности IE3, обеспечивая регулирование частоты вращения в зависимости от контролируемого параметра за счет применения частотных преобразователей, обеспечивая каскадный режим включения/выключения и другие функции», — сообщил представитель компании «ВИЛО РУС».