Регулирование теплоснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

К началу 50-х годов прошлого века в Советском Союзе была создана система теплоснабжения, характеризующаяся высокой степенью централизации. Для своего времени это была достаточно передовая система. В настоящее время многие страны Европы, такие, как Дания, также идут по пути централизации выработки тепловой энергии. Этот путь, с учётом современных достижений в применяемых материалах, технологиях и средствах автоматизации, имеет свои преимущества. Около 80% тепловой энергии в Республике Беларусь сегодня производится за счет централизованных источников. И с этим нельзя не считаться. Развитая сеть централизованного теплоснабжения, а также теплопроводов предъявляют определённые требования к выбору источника тепла. Преимуществами централизованных источников называют: меньшие затраты на выработку единицы энергии при её массовом производстве; более высокие экологические параметры при её выработке, хотя, при нынешней ситуации в состоянии централизованной системы теплоснабжения в нашей стране (в отличие от стран западной Европы), эти положения являются весьма спорными.

Централизованная система, при всех её преимуществах и недостатках, требует значительных затрат на эксплуатационные расходы и модернизацию, связанную с уменьшением теплопотерь. Кроме того, централизованная система требует значительных затрат на регулирование теплоснабжения для конечных потребителей. Именно системы централизованного теплоснабжения, ориентированные на ресурсо- и энергосбережение, оснащённые высокой степенью автоматизации и регулирования на всех ступенях, вплоть до поквартирного, применяются сегодня в ряде стран западной и центральной Европы. В том виде, в котором централизованная система создавалась в нашей стране, она была не регулируемой изначально (по температурным параметрам) для конечного потребителя. Эта тенденция имеет место и сегодня. Следует учитывать, что за последние десятилетия, в эксплуатацию централизованных сетей, а также в их модернизацию, не вкладывалось, да и не вкладывается сейчас достаточных средств. Следствием этого является на сегодняшний день почти 80% износ сетей, нарушение их теплоизоляции, другие негативные факторы, и, как результат, весьма значительные потери производимого тепла (до 30-50%).

Наиболее характерными потерями в тепловых сетях являются:

1. Потери через некачественную изоляцию теплопроводов, из-за чего у конечных потребителей от ТЭЦ температура теплоносителя на 8-10°С ниже прямой сетевой воды источника;

2. Утечки через дренажи в системах потребителей и несанкционированный открытый водоразбор;

3. Утечки из-за неплотности арматуры и теплопроводов;

4. Затопление теплопроводов в каналах водопроводными и грунтовыми водами.

Дефицит централизованных средств на содержание тепловых сетей, как правило, перекладывается на плечи конечного потребителя, что, в свою очередь, приводит к росту тарифов, а конечный потребитель тепловой энергии расходует на оплату коммунальных услуг до 30% своих доходов. Наряду с групповым регулированием отпуска тепла, необходимо также предусматривать регулирование тепловых параметров по каждому потребителю в отдельности - т. е. контроль теплового режима конкретного здания, а также поквартирное регулирование теплопотребления.

При проектировании энергоэффективных систем отопления, согласно требованиям строительных норм, следует предусматривать комплексное автоматическое регулирование параметров и адекватную этим задачам конструкцию систем отопления. Комплексное автоматическое регулирование включает в себя несколько базовых принципов. Один из них - индивидуальное автоматическое регулирование на каждом отопительном приборе термостатом, обеспечивающем поддержание заданной жильцом температуры помещения. Другой важный принцип энергосбережения - применение устройств автоматического регулирования параметров теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха, параметров теплоносителя в тепловой сети и изменяющихся в процессе работы теплогидравлических характеристик системы отопления.

С начала развития централизованного теплоснабжения в нашей стране в качестве основного метода регулирования отпуска тепла был принят метод центрального качественного регулирования по основному виду тепловой нагрузки. В течение длительного времени основным видом тепловой нагрузки являлась нагрузка отопления, присоединяемая к тепловой сети по зависимой схеме через водоструйные элеваторы. Центральное качественное регулирование заключалось в поддержании на источнике теплоснабжения температурного графика, обеспечивающего в течение отопительного сезона заданную внутреннюю температуру отапливаемых помещений при неизменном расходе сетевой воды. Такой температурный график, называемый отопительным, широко применяется в системах теплоснабжения и в настоящее время. регулирование теплоснабжение отопление

С появлением нагрузки горячего водоснабжения минимальная температура воды в тепловой сети была ограничена величиной, необходимой для подачи в систему горячего водоснабжения воды с температурой не ниже 60 ⁰С, требуемой по СНиП, т.е. величиной 70-75 ⁰С в закрытых системах и 60-65 ⁰С в открытых системах теплоснабжения, несмотря на то, что по отопительному графику требуется теплоноситель более низкой температуры. «Срезка» отопительного температурного графика при указанных температурах и отсутствии местного количественного регулирования расхода воды на отопление приводит к перерасходу тепла на отопление при повышенных наружных температурах т.е. возникают так называемые весеннее-осенние «перетопы».

Появление нагрузки горячего водоснабжения привело не только к ограничению нижнего предела температуры сетевой воды, но и к другим нарушениям условий, принятых при расчете отопительного температурного графика. Так, в закрытых и открытых системах теплоснабжения, в которых отсутствуют регуляторы расхода сетевой воды на отопление, расход воды на горячее водоснабжение приводит к изменению сопротивления сети, расходов воды в сети, располагаемых напоров и в конечном счете расходов воды в системах отопления.

В двухступенчатых последовательных схемах включения подогревателей нагрузка горячего водоснабжения приводит к снижению температуры воды, поступающей в системы отопления. В этих условиях отопительный температурный график не обеспечивает требуемую зависимость расхода тепла на отопление от наружной температуры.

Именно поэтому основной задачей регулирования отпуска тепла в системах теплоснабжения является поддержание заданной температуры воздуха в отапливаемых помещениях при изменяющихся в течение отопительного сезона внешних климатических условий и заданной температуре воды, поступающей в систему горячего водоснабжения, при изменяющимся в течение суток расходе этой воды.

Существует только три принципиально различных метода регулирования отпуска тепловой энергии на нужды теплоснабжения: качественный, количественный и качественно-количественный. При качественном методе регулирования температура теплоносителя изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха, а расход теплоносителя остается постоянным.

При количественном методе регулирования, наоборот, температура теплоносителя остается постоянной, а расход теплоносителя в системе теплопотребления изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха.

Качественно-количественный принцип регулирования сочетает в себе оба названных метода. В свою очередь все эти методы подразделяются на центральное регулирование (на источнике тепла) и местное регулирование. На сегодняшний день, давайте скажем прямо, фактически свершился вынужденный переход от качественного регулирования к качественно-количественному.

И для того, чтобы обеспечить в этих условиях температуру внутри помещений согласно СНиП, а также сэкономить потребляемую тепловую энергию, особенно в весенний и осенний периоды отопительного сезона и модернизируются системы теплопотребления, т.е. решаются проблемы «перетопов» и «недотопов» с помощью современных микропроцессорных систем регулирования с применением качественно-количественного принципа регулирования.

Эффективность традиционных технологий выработки теплоты на ТЭЦ в последние годы существенно снизилась. В отечественных системах теплоснабжения почти повсеместно нарушаются основные принципы качественного регулирования, не работает прежняя структура отпуска теплоты. Это обусловлено целым рядом причин. На фоне снижения эффективности централизованного теплоснабжения существенно повысилась привлекательность децентрализованных систем теплоснабжения. ситуация, когда термодинамически более эффективные централизованные системы из-за нерациональной технической и сбытовой политики руководства энергетических компаний не могут конкурировать с децентрализованными системами. Нередки случаи, когда потребителям для подключения к централизованной системе теплоснабжения руководство энергетических компаний выдает неосуществимые технические условия. Часто потребители добровольно отключаются от централизованных систем теплоснабжения. В большинстве случаев децентрализованные системы применяются для ухода от централизованного теплоснабжения, а не в результате технико-экономического сравнения различных систем.

В настоящее время необходимо полностью пересмотреть концепцию отечественного теплоснабжения. Изменившаяся структура отпуска теплоты подразумевает применение новых более экономичных технологий в системах теплоснабжения. Одним из перспективных направлений развития отечественного теплоснабжения является совершенствование технологий регулирования тепловой нагрузки путем перехода к низкотемпературному теплоснабжению, количественному и качественно-количественному регулированию.

Методы центрального регулирования были разработаны с учетом технических и технологических возможностей первой половины ХХ века, которые претерпели значительные изменения. При корректировке принципов регулирования тепловой нагрузки возможно частичное использование зарубежного опыта по применению других методов регулирования, в частности, количественного регулирования.

Перевод систем теплоснабжения на количественное и качественно-количественное регулирование тепловой нагрузки является, как показывает опыт зарубежных стран, эффективным энергосберегающим мероприятием. Проведем сравнительный анализ способов регулирования тепловой нагрузки.

Качественное регулирование

Преимущество: стабильный гидравлический режим тепловых сетей.

Недостатки:

¦ низкая надежность источников пиковой тепловой мощности;

¦ необходимость применения дорогостоящих методов обработки подпиточной воды теплосети при высоких температурах теплоносителя;

¦ повышенный температурный график для компенсации отбора воды на ГВС и связанное с этим снижение выработки электроэнергии на тепловом потреблении;

¦ большое транспортное запаздывание (тепловая инерционность) регулирования тепловой нагрузки системы теплоснабжения;

¦ высокая интенсивность коррозии трубопроводов из-за работы системы теплоснабжения большую часть отопительного периода с температурами теплоносителя 60-85 ОС;

¦ колебания температуры внутреннего воздуха, обусловленные влиянием нагрузки ГВС на работу систем отопления и различным соотношением нагрузок ГВС и отопления у абонентов;

¦ снижение качества теплоснабжения при регулировании температуры теплоносителя по средней за несколько часов температуре наружного воздуха, что приводит к колебаниям температуры внутреннего воздуха;

¦ при переменной температуре сетевой воды существенно осложняется эксплуатация компенсаторов.

Количественное и качественно-количественное регулирование

Преимущества:

¦ увеличение выработки электроэнергии на тепловом потреблении за счет понижения температуры обратной сетевой воды;

¦ возможность применения недорогих методов обработки подпиточной воды теплосети при t,i110°C;

¦ работа системы теплоснабжения большую часть отопительного периода с пониженными расходами сетевой воды и значительной экономией электроэнергии на транспорт теплоносителя;

¦ меньшая инерционность регулирования тепловой нагрузки, т.к. система теплоснабжения более быстро реагирует на изменение давления, чем на изменение температуры сетевой воды;

¦ постоянная температура теплоносителя в подающей магистрали теплосети, способствующая снижению коррозионных повреждений трубопроводов теплосети;

¦ наилучшие тепловые и гидравлические показатели по режиму систем отопления за счет уменьшения влияния гравитационного напора и снижения перегрева отопительных приборов;

¦ возможность применения при ф^110 ОС в местных системах и квартальных сетях долговечных трубопроводов из неметаллических материалов;

¦ поддержание температуры сетевой воды постоянной, которое благоприятно сказывается на работе компенсаторов;

¦ отсутствие необходимости в смесительных устройствах абонентских вводов.

Недостатки:

¦ переменный гидравлический режим работы тепловых сетей;

¦ большие, по сравнению с  качественным регулированием, капитальные затраты в теплосети.

Состояние теплоснабжения в республике Беларусь

Доля котельно-печного топлива, расходуемого на производство тепловой энергии, в топливном балансе Республики Беларусь составляет более 40 процентов.

Расход котельно-печного топлива в 2008 году составил 27,9 млн. т.у.т., в том числе для производства тепловой энергии (по топливному эквиваленту) - 11,4 млн. т.у.т. (41 процент). Основным потребителем такого топлива является государственное производственное объединение электроэнергетики "Белэнерго" (5,5 млн. т.у.т.). По источникам тепловой энергии расход котельно-печного топлива составил: ТЭЦ общего пользования - 37,3 процента, ТЭЦ организаций - 4,3 процента, котельными общего пользования и организаций - 49,1 процента, индивидуальными потребителями - 9,3 процента.

Большинство существующих в республике систем теплоснабжения спроектированы и работают по зависимой схеме. Теплоисточники (кроме пиковых котельных) эксплуатируются преимущественно для собственных распределительных тепловых сетей, и их функционирование одновременно для единой тепловой сети не предусмотрено.

Техническое состояние элементов систем теплоснабжения характеризуется как удовлетворительное, однако срок эксплуатации около 60 процентов из них превысил нормативный.

К специфическим особенностям централизованных систем теплоснабжения относятся:

наличие больших емкостных и транспортных запаздываний по каналам передачи возмущений и управляющих воздействий; существенные различия между инерционными свойствами отдельных звеньев системы;

необходимость соответствия параметров теплоносителя требованиям различных потребительских систем - отопления, вентиляции и горячего водоснабжения;

локализация в пределах территории населенного пункта и наличие в одной системе от одного до нескольких теплоисточников (одна или несколько ТЭЦ, либо ТЭЦ и одна или несколько пиковых котельных в системах теплоснабжения большой мощности, либо одна или несколько котельных в системах теплоснабжения средней и малой мощности).

Основными сдерживающими факторами, влияющими на эффективность работы централизованных систем теплоснабжения, являются значительная доля физически устаревшего оборудования, различная балансовая принадлежность элементов систем теплоснабжения, разобщенность систем управления технологическими процессами теплоснабжения и теплопотребления, значительная разветвленность тепловых сетей от одного теплоисточника и высокие в них потери теплоты.

Требуется принятие мер по оптимизации размещения теплоисточников в зоне функционирования системы теплоснабжения, состава их основного оборудования и режимной оптимизации (распределение тепловых нагрузок между теплоисточниками).

Одним из главных недостатков централизованных систем теплоснабжения является плохая управляемость в них технологических процессов, устранение которого на современном этапе возможно путем создания автоматизированных систем управления.

Анализ функционирования систем теплоснабжения в странах Западной Европы свидетельствует о преимуществах систем с независимой схемой, позволяющих обеспечить:

эффективное управление ими при различных вариантах балансовой принадлежности элементов системы;

автоматическое регулирование гидравлических характеристик тепловой сети;

количественное регулирование потребления тепловой энергии и работу нескольких теплоисточников для единой тепловой сети;

эффективное регулирование потребления тепловой энергии на абонентских пунктах;

снижение потерь теплоносителя и поддержание его качественных характеристик на требуемом уровне.

Вместе с тем, как показывает отечественный опыт, при модернизации существующих систем теплоснабжения и внедрении автоматизированных систем управления технологическими процессами теплоснабжения возможно эффективно эксплуатировать системы с зависимой схемой, технически более простые и требующие более низкого температурного потенциала для передачи одного и того же количества теплоты по сравнению с системами с независимой схемой.

Результаты последних технико-экономических исследований в области теплоснабжения в странах Европейского союза показали, что для городов с численностью населения 300 - 400 тыс. человек наиболее эффективной является централизованная система теплоснабжения от загородной ТЭЦ, работающей по парогазовому циклу. В большинстве городов нашей страны системы теплоснабжения построены по этому принципу.

В Республике Беларусь функционирование систем теплоснабжения характеризуется зависимостью от экспорта природного газа и нефти - основных видов топлива для энергетического производства. Наиболее приемлемыми для республики являются опыт создания и стратегия развития теплоснабжения в Дании. В этой стране принят ряд мер, позволивших повысить за последние несколько десятилетий эффективность использования топлива в 2 - 2,25 раза. Среди них комбинированное производство тепловой и электрической энергии; систематическое планирование поставок теплоты во все регионы страны и на его основе максимальное использование потенциала ТЭЦ; снижение тепловых потерь за счет улучшения теплоизоляции зданий и сооружений, а также теплопроводов; снижение рабочей температуры в централизованных системах теплоснабжения и применение переменных расходов теплоносителя для обеспечения оптимальной работы систем производства и распределения тепловой энергии; передача нагрузок от котельных на ТЭЦ; применение многоставочных тарифов на теплоснабжение от централизованных систем с учетом налогов на топливо в зависимости от его экологических свойств; применение альтернативных природному газу и нефти видов топлива (горючие отходы, биомасса, солнечная энергия, геотермальная энергия, вторичные энергетические ресурсы промышленного производства и другие). При этом основным фактором стабилизации потребления энергии при постоянном росте валового внутреннего продукта явилось применение теплоснабжения от централизованных систем на базе комбинированной выработки тепловой и электрической энергии.

Развитие и модернизация систем теплоснабжения

При развитии и модернизации систем теплоснабжения определение зоны их действия, выбор системы и состава основного оборудования теплоисточников будут осуществляться на основе технико-экономического расчета (обоснования инвестиций) по прогнозным показателям на срок не менее 15 лет и с учетом перспективы развития электроэнергетики.

Эффективность и надежность работы централизованных систем теплоснабжения обеспечивается неизменностью параметров температурного графика тепловой сети, принятого при разработке проектных решений для каждого теплоисточника и зоны теплоснабжения. Изменение параметров температурного графика допускается только при значительных изменениях в системе теплоснабжения и наличии обосновывающих эффективность таких изменений расчетов, выполненных специализированными проектными организациями при разработке или корректировке схем теплоснабжения.

По мере оснащения систем теплоснабжения автоматизированными системами управления технологическими процессами следует вводить в эксплуатационную практику применение динамических (оптимальных) температурных графиков. При разработке проектно-сметной документации на строительство новых и модернизацию действующих систем теплоснабжения требуется предусматривать создание автоматизированных систем управления технологическими процессами теплоснабжения с зоной действия от теплоисточника до теплопотребителя.

При развитии и модернизации систем теплоснабжения населенных пунктов, имеющих централизованное водо- и газоснабжение жилищного фонда, при соответствующем технико-экономическом обосновании необходимо предусматривать индивидуальное теплоснабжение одноквартирных и блокированных жилых домов.

Вывод: В настоящее время необходимо пересмотреть положения концепции централизованного теплоснабжения, касающиеся регулирования тепловой нагрузки и структуры покрытия тепловых нагрузок потребителей. Одним из перспективных направлений развития отечественных систем теплоснабжения является низкотемпературное теплоснабжение при количественном и качественно-количественном регулировании тепловой нагрузки. Однако количественное и качественно-количественное регулирование, которое обладает целым рядом преимуществ перед качественным регулированием, как было показано выше, не может быть внедрено в существующих системах теплоснабжения без их определенной модернизации и применения новых технологических решений. В настоящее время схемы ТЭЦ, на которых возможно реализовать новые способы регулирования.

Литература

1. Шарапов В. И., Ротов П.В. Технологии регулирования нагрузки систем теплоснабжения. Ульяновск: УлГТУ, 2003. - 160 с.

2. АндрющенкоА.И., Николаев Ю.Е. Возможности повышения экономичности, надежности и экологичности систем теплофикации городов // Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности: Материалы Третьей Российской научно-технической конференции. Ульяновск: УлГТУ. 2011. С. 194-197.

3. Андрющенко А. И. Возможности повышения эффективности систем централизованного теплоснабжения городов // Промышленная энергетика. 2002. № 6. С. 15-8.

4. Шарапов В.И., Орлов М.Е. Пиковые источники теплоты систем централизованного теплоснабжения. - Ульяновск: УлГТУ. 2012. 204 с.

5. Постановление Совета Министров Республики Беларусь от 18.02.2010 N 225 "Об утверждении Концепции развития теплоснабжения в Республике Беларусь на период до 2020 года"

Размещено на Allbest.ru