Как ЭТС-Цифра делает теплоснабжение безопасным

Актуальный вопрос, стоящий перед энергетиками сегодня — как обеспечить растущие потребности в теплоснабжении, одновременно снижая экологическую нагрузку на городскую среду? 

Использование современных цифровых технологий позволяет решать как эти, так и другие проблемы теплоснабжения, помогая:

• Горожанам — дышать чистым воздухом
• Властям — принимать решения на основе данных, а не догадок
• Компаниям — снижать эксплуатационные расходы

На правительственном уровне реализуются меры по повышению энергоэффективности экономики, включающие федеральные инициативы: программу «Чистый воздух» для снижения вредных выбросов, ежегодную актуализацию схем теплоснабжения (регулируемую ФЗ №190 и Постановлением №154), актуализацию экологических требований к энергообъектам и цифровизацию отрасли с внедрением технологий Индустрии 4.0 — цифровых моделей и автоматизированного мониторинга.

Как мы в компании ЭТС-Цифра реализуем это на практике, расскажем в нашем материале. Спойлер: к 2035 году выбросы от ТЭЦ и котельных должны сократиться на 20–30%, а система теплоснабжения станет умнее — благодаря алгоритмам и Big Data.

Влияние теплоснабжения Москвы на экологию

Москва — не только один из самых больших, но еще и один из самых холодных мегаполисов. Поэтому неудивителен тот факт, что московская система теплоснабжения с протяженностью сетей более 17 тысяч километров — крупнейшая и самая сложная в мире. 

Разумеется, у нее значительное экологическое воздействие — 1278 дымовых труб выбрасывают огромное количество вредных веществ:

• Твердые частицы (пыль, зола)
• Оксиды азота (NOx) — до 45% от городских выбросов
• Диоксид серы (SO₂) — основной компонент кислотных дождей
• Бенз(а)пирен — опасный канцероген
• Парниковые газы (CO₂, CH₄, N₂O)

По данным Мосэкомониторинга, вклад теплоэнергетики в общее загрязнение воздуха Москвы достигает 15% по диоксиду азота и 30% по диоксиду серы. Ситуация усугубляется в периоды неблагоприятных метеоусловий (НМУ), когда отсутствие ветра и температурные инверсии создают эффект «крышки», концентрируя вредные выбросы у поверхности земли.

Старые методы оценки экологической ситуации не позволяют провести работу полноценно — данные от ТЭЦ и котельных слишком разрозненные, отсутствует единая модель рассеивания выбросов, не учитываются климатические изменения.

Реализация проекта

В 2024 году стартовал масштабный проект «Экологическая и климатическая безопасность теплоснабжения города во взаимоувязке с актуализированной схемой теплоснабжения города Москвы на период до 2035 года», реализуемый компанией ЭТС-Цифра. Его уникальность заключается в создании комплексной цифровой платформы, которая впервые позволяет не только оценивать текущее состояние, но и прогнозировать экологические последствия принимаемых решений в долгосрочной перспективе.

Фактически, этот инструмент позволяет просчитать, как каждое решение в сфере теплоснабжения повлияет на экологию города — от модернизации ТЭЦ до строительства нового элитного ЖК.

Основа проекта — создание детализированной электронной модели теплоснабжения Москвы, интегрированной с климатическими и экологическими данными. Модель строится на базе Единой государственной картографической основы (ЕГКО) города Москвы и включает несколько взаимосвязанных компонентов:

Геоинформационная подсистема
Содержит точные пространственные данные о расположении 322 источников теплоснабжения города, в том числе 13 теплоэлектроцентралей, 8 когенерационных установок, 40 РТС, 44 КТС и 217 котельных. Для каждого источника учитываются технические параметры 1278 дымовых труб, включая их высоту, диаметр, температуру газо-воздушной смеси и другие характеристики.

Климатический модуль системы
Аккумулирует данные метеонаблюдений за последние 30 лет, включая розу ветров, температурные инверсии и другие параметры, влияющие на рассеивание загрязняющих веществ. Особое внимание уделяется анализу климатических изменений — например, по данным наблюдений, средняя зимняя температура в Москве за последние десятилетия повысилась на 1,5°C, что существенно влияет на режимы работы теплоснабжающего оборудования.

Экологический блок системы

Содержит детальную информацию о выбросах по восьми ключевым загрязняющим веществам: диоксиду и оксиду азота, оксиду углерода, бенз(а)пирену, диоксиду серы, мазутной золе, неорганической пыли и золе углей. Для каждого вещества рассчитываются как максимально разовые концентрации, так и валовые выбросы за год, с построением зон превышения предельно допустимых концентраций.

Расчетная часть проекта основана на современных методах математического моделирования процессов рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере. Система использует трехмерные модели турбулентной диффузии, учитывающие особенности городской застройки и микроклимата Москвы.

Расчеты выполняются с разной степенью детализации в зависимости от решаемых задач: 
— Для общей оценки экологической ситуации по городу применяется сетка с шагом 1000×1000 метров.
— При анализе ситуации в административных округах используется шаг 200×200 метров.
— Наиболее детальные расчеты с шагом 50×50 метров выполняются для локальных зон, где жилая застройка находится в непосредственной близости от источников выбросов.

Пример масштаба местности

Важной особенностью методологии является учет эффекта суммации при совместном присутствии в атмосфере нескольких загрязняющих веществ. Система анализирует не менее трех комбинаций веществ с взаимно усиливающимся вредным воздействием, что позволяет более точно оценивать реальные риски для здоровья населения.

Ожидаемые результаты и будущее

Реализация проекта рассчитана до 2035 года, но некоторые перспективы видны уже сейчас. По оценкам специалистов ЭТС-Цифра, комплексное внедрение разработанных решений позволит достичь улучшений не только в экологической ситуации Москвы, но и в других сферах:

Экология
Ожидается снижение вредных выбросов объектами теплоснабжения.

Экономика
Благодаря оптимизации работы теплоэнергетического комплекса прогнозируется сокращение расхода топлива, что поможет снизить эксплуатационные расходы и увеличить прибыль энергетических предприятий.

Инфраструктура
Улучшение качества воздуха в жилых районах позволит снизить риски для здоровья горожан, особенно для уязвимых групп населения. Одновременно повысится инвестиционная привлекательность районов, расположенных вблизи объектов теплоснабжения.

В перспективе модель возможно интегрировать с городскими информационными системами: Мосэкомониторингом для быстрой корректировки модели, системами учета энергопотребления для анализа эффективности мероприятий, и даже с градостроительными платформами для экологической экспертизы новых проектов застройки — например, для оценки влияния новых микрорайонов на экологическую обстановку в округе.

Основные проблемы при реализации проекта — неполнота данных от некоторых ведомственных котельных, требующих дополнительных усилий по сбору и верификации информации. В условиях необходимости постоянной актуализации модели это представляет собой нетривиальную задачу. Для решения климатических задач привлекаются специалисты в области климатологии и метеорологии, так как повышение средних температур, изменение режима осадков и другие факторы требуют постоянной корректировки расчетных моделей

Но несмотря на сложности, уже сейчас можно сказать, что ЭТС-Цифра закладывает основы принципиально нового подхода к управлению городским теплоснабжением и развитии «умного города». Впервые принимаемые решения будут основываться не на интуитивных оценках, а на точных расчетах их экологических последствий. По мере развития технологий и накопления данных система будет становиться все более точной и полезной для принятия управленческих решений.

Отметим, что этот опыт может быть востребован также и в других крупных городах России и мира, сталкивающихся с аналогичными экологическими вызовами. Цифровые технологии позволяют находить баланс между комфортом городской жизни и сохранением окружающей среды, и ЭТС-Цифра наглядно демонстрирует такую возможность.

Авторы: Алан Каландаров, Виктория Волгина, Анастасия Мирошникова, эксперты ЭТС-Цифра