Размещено на http://www.allbest.ru/

Основные проблемы и задачи развития централизованного теплоснабжения

Введение

На цели теплоснабжения в нашей стране (здесь и далее имеется в виду вся территория бывшего СССР - прим. ред.) затрачивается около 40% суммарной потребности народного хозяйства в органическом топливе.

Масштаб теплопотребления на уровне 1988 г. в стране достиг порядка 3,8 млрд Гкал тепловой энергии (ТЭ).

Увеличение строительства жилья в городах и поселках городского типа, а также повышение степени благоустройства жилых домов ведет к централизации теплоснабжения, при которой установки, производящие и потребляющие ТЭ, территориально удалены друг от друга.

В настоящее время нет общепринятого толкования термина «централизованное теплоснабжение».

Учитывая масштабы теплоснабжения в нашей стране, целесообразно под термином «централизованное теплоснабжение» понимать системы, в которых от одного источника тепла обеспечиваются ТЭ как минимум один микрорайон. Другими словами за объект в централизованной теплоснабжающей системе предлагается принимать градостроительную (градообразующую) единицу - микрорайон, т.е. «часть селитебной территории города с законченным комплексом культурно-бытовых учреждений и устройств первичного обслуживания, расположенную в рамках магистральных улиц».

Тепловая нагрузка одного микрорайона в среднем равна 20 Гкал/ч. Поэтому и к источникам централизованного теплоснабжения (ЦТ) следует относить источники мощностью 20 Гкал/ч и более (таким подходом в принципе руководствовался и Госплан СССР).

На долю источников тепла мощностью 20 Гкал/ч и больше приходится 75% всего производства тепла в стране, из них 15-20% тепла вырабатывают крупные котельные (станции теплоснабжения) мощностью 100 и более Гкал/ч, а 34% - теплоэлектроцентрали.

Небольшую долю в балансе покрытия тепловых нагрузок составляют источники вторичных энергоресурсов (4%). Незначительная часть ТЭ вырабатывается на атомных источниках, геотермальных источниках и за счет использования электроэнергии. Одна четвертая часть ТЭ производится на мелких котельных, работающих, как правило, с низкими КПД (порядка 0,5-0,7).

Концентрация тепловых нагрузок в городах и поселках городского типа характеризуется следующими показателями: в половине городов страны уровень тепловых нагрузок превышает 1500 Гкал/ч, около 20% городов имеют нагрузки от 500 до 1500 Гкал/ч, а остальные 30% - менее 500 Гкал/ч.

Экологические проблемы в городах в последнее время приобретают все более острый характер. В то же время возрастающие потребности в ТЭ требуют строительства новых источников тепла, которые в свою очередь являются и источниками загрязнения воздушного и водного бассейнов и должны выноситься в промышленные зоны или за городскую черту.

В связи с этим тенденция к повышению степени централизации теплоснабжения городов носит устойчивый характер, что в свою очередь влечет за собой необходимость строительства в городах достаточно сложных инженерных сооружений тепловых сетей (ТС) - разветвленных трубопроводных систем. Для передачи ТЭ от крупных источников тепла до потребителей - городских жилых микрорайонов и промышленных предприятий - в стране построены и действуют около 25 тыс. км магистральных ТС диаметром от 300 до 1400 мм. Кроме этого, в эксплуатации находится примерно 200 тыс. км распределительных (внутриквартальных и внутри площадочных) ТС, по которым ТЭ передается непосредственно в жилые и промышленные здания.

Затраты электрической энергии (на перекачку) и тепловой энергии (потери в окружающую среду) при транспорте тепла от крупных источников ЦТ до промпредприятий и жилых микрорайонов оцениваются в переводе на условное топливо величиной порядка 10 кгу.т./Гкал.

Серьезной проблемой при транспорте тепла от источников ЦТ остается низкая надежность работы водяных ТС.

Удельная повреждаемость трубопроводов водяных ТС к 20-25 годам эксплуатации составляет: для трубопроводов большого диаметра (более 500 мм) - 0,5 до 1 повреждения в год на 1 км трассы двухтрубной сети, для трубопроводов среднего диаметра (200-400 мм) - 1-2 повреждения и для трубопроводов малого диаметра (150 мм и меньше) - 3-5 повреждений в год на 1 км трассы.

Сказанное выше определяет задачи научно-технического прогресса и совершенствования управления в области теплоснабжения.

Организация строительства и эксплуатации городских теплоснабжающих систем

Тепловая энергия в отличие от электрической производится и потребляется в одном и том же месте, районе. Источники тепла зачастую работают изолированно и обеспечивают индивидуальные потребности промпредприятий и жилых районов. Их технологические режимы нередко не совпадают. Отсюда объективны ситуации, когда одни потребители ТЭ стремятся решать проблемы своего теплоснабжения независимо от других. С другой стороны, созданию индивидуальных источников тепла противодействуют отсутствие свободных площадей в городе, проблемы экологического характера, более высокие капитальные и эксплуатационные затраты в сравнении с получением ТЭ от систем ЦТ.

Должны быть радикально пересмотрены принципы распределения затрат при комбинированном производстве тепловой и электрической энергии, а также определены принципы формирования местных тарифов на энергию, что даст возможность объективно экономически оценивать эффективность различных решений по теплоснабжению.

В этих условиях местные власти будут сами определять, какие источники тепла строить для теплоснабжения города: ТЭЦ, вырабатывающие

тепловую и электрическую энергию, либо средние или мелкие котельные.

В своих решениях местные власти будут руководствоваться также складывающейся экологической ситуацией в регионе, наличием финансовых, материальных и трудовых ресурсов и т.п. Таким образом, появится экономическая основа для внедрения наиболее эффективных технических решений при создании систем энергоснабжения городов.

Рассматривая наиболее совершенные известные сегодня технологии выработки, транспорта, распределения и потребления тепла, -процессов, взаимосвязанных между собой, необходимо четко разделить их.

С точки зрения предприятий, вырабатывающих и транспортирующих ТЭ, увеличение отпуска (продажа) тепла (при снижении своих затрат) для получения большей прибыли является естественной целью. В то же время, для предприятий (организаций), потребляющих ТЭ, естественным является сокращение расхода тепла с целью снижения затрат на выпуск своей продукции при сохранении комфортных условий в отапливаемых помещениях и надежного теплоснабжения технологических процессов.

Поэтому необходимо вопросы научно-технического прогресса рассматривать раздельно по комплексу «выработка и транспорт тепла» и по комплексу «распределение и потребление тепла».

Над задачами выработки и транспорта тепла от мощных ТЭС, АЭС до промышленных предприятий должны работать научно-исследовательские и проектные организации.

Отмечая положительные стороны развития теплофикации в стране, следует отметить, что, начиная с 1980-х гг., наблюдается замедление темпов повышения ее эффективности. Это связано с тем, что при недостатке электрических мощностей ТЭЦ вынужденно вырабатывают электроэнергию в конденсационном режиме. В то же время имеющиеся тепловые мощности ТЭЦ нередко оказываются недогруженными из-за задержки ввода в эксплуатацию потребителей тепла и отставания в развитии магистральных ТС.

Одним из путей снижения расходов первичного топлива является централизация теплоснабжения, которая помогает решать и экологические проблемы. По оценке ВНИПИэнергопрома суммарная экономия топлива, которая может быть получена только за счет дальнейшей централизации теплоснабжения, оценивается величиной более 15 млн т у.т. в год.

Источники тепла и экология

В случае, когда в качестве основного топлива может быть использован природный газ, целесообразно применение газотурбинных установок с утилизацией теплоты уходящих газов для целей теплоснабжения. Минимальная экономическая тепловая нагрузка при существующих замыкающих затратах на газ по оценке ВНИПИ энергопрома и других специализированных организаций составляет 80 Гкал/ч. При такой схеме энергоснабжения одним из главных вопросов, который требует своего решения, будет вопрос шумоглушения при размещении газотурбинной ТЭЦ малой мощности в пределах городской застройки.

При наличии газа бесспорные преимущества по сравнению с теплофикационными паросиловыми установками имеют парогазовые теплофикационные установки. ПГУ на базе современных газовых турбин позволяют сэкономить по сравнению с теплофикационным блоком Т-250-240 до 20-25% топлива. Кроме этого, ПГУ более экологически «чистая» установка. Важным направлением в применении ТЭЦ-ПГУ является техперевооружение и реконструкция действующих ТЭЦ путем переоборудования их из паротурбинных в парогазовые. Основное препятствие для внедрения ТЭЦ-ПГУ - это отсутствие надежных газовых турбин, создание которых необходимо ускорить.

Нельзя сбрасывать со счетов возможность и целесообразность применения на паровых котельных и реконструируемых старых ТЭЦ с параметрами пара от 1,4 МПа, 350 ОС до 4,0 МПа, 440 ОС противодавленческих турбин малой мощности, т.е. приращения таких котельных и старых ТЭЦ, запланированных к переводу в котельный режим, в мини-ТЭЦ.

В тех случаях, когда регион (город) не может быть обеспечен газом, а экологическая обстановка в нем не позволяет строить источники тепла внутри городской застройки, одним из основных путей теплоснабжения городов может быть создание систем дальнего теплоснабжения от загородных ТЭЦ, а также ГРЭС или АЭС. Последнее возможно лишь при условии полного удовлетворения потребностей региона в электрической энергии.

На загородных ТЭЦ, у которых зона охвата тепловых нагрузок будет больше, чем у городских источников тепла, появится возможность более широкого применения энергоблоков с турбинами Т-250/300-240, имеющими более высокую тепловую экономичность по сравнению с турбинами Т-185/220-130: их экономичность выше на 14%.

Использование для теплофикации ГРЭС или АЭС позволит при умеренных капиталовложениях обеспечить потребности городов в тепле, улучшить экологическую ситуацию в них и получить экономию топлива за счет комбинированной выработки электроэнергии.

Единственным путем, обеспечивающим охрану окружающей среды на ТЭС, использующих твердое топливо, является ПГУ с внутри цикловой газификацией угля. Такие установки позволят в 3-5 раз сократить выбросы пыли и оксидов серы, во много раз снизить выбросы оксидов азота, втрое снизить потребность в охлаждающей воде и дать экономию топлива в размере 10-15% по сравнению с обычными угольными ТЭС.

Дополнительный экологический эффект может быть получен при генерации на загородной ТЭЦ с внутрицикловой газификацией твердого топлива генераторного газа для городских потребителей. Это позволит благодаря вытеснению угля существенно оздоровить воздушный бассейн городов, обеспечить размещение части энергоисточников в пределах городской черты.

городской теплоснабжающий экология комплекс

Основные принципы формирования крупных теплоснабжающих комплексов городов

Отсутствие в городах приемлемых площадок для сооружения крупных источников тепла требует серьезного рассмотрения вариантов их строительства на значительных расстояниях от районов теплопотребления.

Соответствующие проработки вопроса ВТИ им. Дзержинского, ВНИПИэнергопрома и др. показывают, что при создании крупных систем теплоснабжения последние должны выполняться по иерархической схеме с выделением как минимум трех уровней. Первый уровень - транзитный - от загородного базового источника тепла до пиково-резервных котельных или ТЭЦ, включая последние. По оценкам ВНИПИэнергопрома оптимальная тепловая мощность этих котельных составляет в крупных системах от 300 до 500 Гкал/ч. Однако этот вопрос требует дополнительного исследования с учетом проблем надежности. Очевидно, что мощность пиково-резервных источников тепла должна, во-первых, соответствовать наиболее экономичному коэффициенту теплофикации для данной системы и, во-вторых, не превышать величин, когда выход из строя такого источника тепла не позволит обеспечить заданную надежность системы.

Второй уровень - это магистральные теплопроводы (с насосными и дроссельными подстанциями), отходящие от пиково-резервных источников тепла, до узлов контроля и управления, включая последние. Эти узлы должны быть оснащены средствами контроля параметров теплоносителя (прежде всего - расходомерами) и средствами управления режимом системы теплоснабжения (увеличение или сохранение расхода теплоносителя).

Третий уровень - это уровень распределения тепла. Здесь возможны различные варианты передачи тепла от узлов контроля и управления на магистральных сетях до жилых, общественных и промышленных зданий. В жилищно-коммунальном секторе это могут быть системы с центральными или групповыми тепловыми пунктами, в которых осуществляется распределение ТЭ по видам нагрузок, либо системы с индивидуальными тепловыми пунктами в каждом здании или части его. Указанные тепловые пункты при наличии экономической заинтересованности потребители тепла будут оснащать средствами автоматического регулирования, коммерческими КИП и т.п.

В крупной системе ЦТ все элементы первого и второго уровня должны быть зарезервированы таким образом, чтобы каждый узел контроля и управления системой всегда был обеспечен теплоносителем с параметрами в подающем трубопроводе не ниже заданных. Для этого магистральные ТС должны быть закольцованы и соответствующим образом сблокированы и скоммутированы.

Вопрос о том, каким образом подать ТЭ от указанных узлов до систем теплопотребления, должны решать потребители на третьем иерархическом уровне теплоснабжающего комплекса. Соответственно указанным уровням должна строиться и система автоматического регулирования.

Весь комплекс средств автоматического регулирования должен быть разделен на две группы: системную и локальную автоматику. Системная автоматика должна обеспечивать оптимальную загрузку теплогенерирующего оборудования, транзитных и магистральных ТС. Эта автоматика должна обеспечить устойчивость и живучесть всего теплоснабжающего комплекса в аварийных случаях, сбор и обработку данных о функционировании устройств по выработке и транспорту тепла. Комплекс системной автоматики должен обеспечивать ее связь с автоматизированными системами управления всех источников тепла, работающими в единой системе теплоснабжения города.

Локальная по отношению ко всему комплексу автоматика должна внедряться на третьем и возможно четвертом (т.е. внутри отапливаемых помещений) уровнях у потребителей тепла. Создание АСУ на каждом уровне системы теплоснабжения потребителя может и должно осуществляться параллельно и независимо от создания системной автоматики всего теплоснабжающего комплекса города. На первом этапе указанные системы АСУ должны решать вопросы оперативного контроля, диспетчерского управления и коммерческих расчетов.

Совершенствование методов транспорта тепла

При создании крупных теплоснабжающих комплексов, особенно в случае использования загородных источников тепла, существенно возрастают затраты на сооружение крупных трубопроводных систем транспорта тепла. Поэтому необходимо искать и находить методы, снижающие затраты на строительство и эксплуатацию ТС, а учитывая их высокую повреждаемость - и повышающие надежность конструкций теплопроводов. В настоящее время ведутся поиски технических решений, позволяющих эффективно транспортировать ТЭ на расстояние 50-100 км и более. Имеются предложения по переходу на новые технологии транспорта тепла на большие расстояния. Это так называемые хемотермические системы транспорта тепла на основе конверсии метана, водоаммиачные и солевые системы. Однако, как показали проработки ВТИ им. Дзержинского по транспорту тепла на расстояние в 50 и 100 км с использованием перегретой воды, этот метод еще далеко не исчерпал своих возможностей и пока является более предпочтительным перед названными выше. Необходимо работать над проблемами снижения удельных расходов сетевой воды на единицу присоединенной нагрузки. Это возможно осуществить двумя путями: во-первых, повышением расчетной температуры в подающих трубопроводах до экономически оправданного уровня с применением так называемых условных температурных графиков в транзитных сетях и, во-вторых, снижением температуры обратной сетевой воды путем последовательного включения теплопотребляющих установок, использующих тепло различного потенциала, либо путем применения теплонасосных установок, подключаемых к обратным трубопроводам. Последний метод требует дополнительного исследования с целью определения условий и мест, где целесообразно применять теплонасосные установки.

При создании крупных трубопроводных систем, транспортирующих перегретую воду, серьезной проблемой становится экологическая безопасность транспорта тепла. Необходимо выполнить технологические и опытно-конструкторские разработки по схемам безопасного дренирования больших объемов горячей воды.

Выбор схемы теплоснабжения

Одна из острых и сложных проблем, которую приходится решать при создании систем ЦТ, -это выбор схемы.

Открытая схема, имея ряд достоинств, обладает существенными недостатками, которые в принципе ставят вопрос целесообразности применения ее в дальнейшем. Эти недостатки связаны с санитарной и экологической безопасностью системы. Во-первых, совершенно очевидно, что химическая очистка больших объемов водопроводной воды питьевого качества для питания открытых систем на химводоочистках источников тепла, а также продолжительная работа воды в технической системе теплоснабжения, не могут гарантировать сохранение ее качества на уровне, требуемом для питьевой воды.

Во-вторых, при снижении окисляемости и умягчении исходной водопроводной воды на источниках тепла образуются стоки, утилизация которых практически невозможна, а их очистка или захоронение требуют больших затрат.

Диагностика оборудования и трубопроводов тепловых сетей

Большое значение в повышении надежности и как следствие - экономичности работы теплопроводов имеет эксплуатационная диагностика их состояния. Знание реального состояния трубопроводов позволяет существенно сократить объемы необоснованной замены (перекладки) эксплуатируемых теплопроводов.

В настоящее время техническое состояние ТС определяется в основном при помощи гидравлических и тепловых испытаний на максимальные и повышенные параметры теплоносителя, а также за счет так называемых шурфовок (вскрытия отдельных участков для визуального осмотра). Однако эти способы очень трудоемки и недостаточно эффективны. Начиная с 1980-х гг. предприняты усилия по разработке новых методов и средств диагностики состояния ТС.

Совершенствование структуры тарифов на теплоэнергию

Действующие сегодня тарифы на топливо, электрическую и тепловую энергию не являются стимулом для внедрения энергосберегающих технологий, не побуждают потребителей ТЭ (даже имеющих собственные вторичные тепловые энергетические ресурсы) всемерно сокращать потребление тепла.

Снижению потребления тепла препятствует и отсутствие коммерческого учета на границах «купли-продажи» ТЭ. Причем для систем с водяным теплоносителем (перегретой водой) важно наличие не просто теплосчетчиков, а и расходомеров, определяющих режим работы и загрузку ТС. Сегодня потребители тепла никак не стимулируются в направлении сокращения расходов теплоносителя. Они нередко превышают расчетные и договорные величины, перегружая ТС «холостыми» нагрузками. А это влечет за собой существенное увеличение расхода электроэнергии на перекачку сетевой воды, снижает выработку электроэнергии на тепловом потреблении (если источник тепла ТЭЦ), приводит к увеличению капитальных и эксплуатационных затрат на увеличение пропускной способности ТС. Поэтому было бы целесообразно ввести двухставочные тарифы на ТЭ. А именно: одну часть потребитель должен оплачивать по величине постоянных затрат на выработку и транспорт тепла независимо от того, сколько тепла он израсходовал. Эта часть тарифа должна быть связана с величиной расхода теплоносителя. Вторую часть тарифа потребитель будет оплачивать за полученную (израсходованную) ТЭ. Соответственно заявка на теплоснабжение потребителя и договор должны оговаривать как величину теплопотребления, так и расход теплоносителя, как основу взаимных расчетов.

Перебор потребителем теплоносителя может нарушить режим работы системы теплоснабжения и привести к экономическим санкциям со стороны других потребителей. В условиях двухставочного тарифа будет возможно более эффективно экономически воздействовать на потребителя, нарушающего режим теплопотребления.

Естественно, что у потребителей тепла должны быть установлены коммерческие узлы учета.

Децентрализованное теплоснабжение. Альтернативы централизованному теплоснабжению

Одним из основных критериев, определяющих степень централизации теплоснабжения, можно считать глубину доставки (ввоза) первичного топлива (газа, дизтоплива, мазута, угля) к топливоиспользующим установкам. Если первичное топливо сжигается в теплогенераторах, расположенных непосредственно в жилых помещениях и зданиях, либо в котельных мощностью до 20 Гкал/ч, то такое теплоснабжение следует считать децентрализованным.

Разновидностью децентрализованного теплоснабжения (ДТ) принято считать электротеплоснабжение. При этом мощность электрокотлов не должна превышать 23 МВт, что соответствует 20 Гкал/ч тепловой нагрузки. Возможность использования предлагаемых различными специалистами вариантов ДТ с установкой автоматизированных отопительных и водонагреватель-ных агрегатов, которые работают на газе или дизтопливе (по типу применяемых за рубежом), определяется экономическими и техническими возможностями подачи сетевого (баллонного) газа или дизтоплива в города и населенные пункты, а также - экологическими и санитарно-техническими требованиями.

Такой способ ДТ может применяться в сельской местности и малых городах с малоэтажной застройкой при низкой ее теплоплотности (0,15-0,2 МВт/га).

Вопрос о допустимости использования электроэнергии на цели отопления неоднократно обсуждался, и каждый раз подтверждалась экономическая нецелесообразность массового использования такого решения даже для сельской местности, не говоря о городах. Альтернативой для сел может быть подача в них сетевого газа с установкой в домах индивидуальных автоматизированных теплогенераторов.

Размещено на Allbest.ru