Вводная лекция

ТЕПЛОФИКАЦИЯ И ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ

1. Определение предмета

Дисциплина относится к числу профессионально - ориентированных дисциплин по выбору ВУЗа, изучаемых при подготовке специалистов специальности 7.090504

«Нетрадиционные источники энергии».

Результатом изучения дисциплины должны быть прочные знания в области теплофикации, методов отпуска теплоты на теплоснабжение, использования установок с нетрадиционными источниками энергии в системах теплоснабжения.

Определяющей задачей изучения данной дисциплины является подготовка вас, как специалистов, в совершенстве владеющих знаниями в области энергетической эффективности теплофикации и оборудования тепловых сетей, и, на их основе, умение принимать грамотные решения при эксплуатации тепловых сетей.

В результате изучения дисциплины вы будете знать методы оценки эффективности теплофикации; методы определения экономии топлива при теплофикации; основы схемы систем теплоснабжения; методы регулирования тепловой нагрузки; схемы и конфигурации тепловых сетей; методы гидравлического расчёта тепловых сетей; оборудование тепловых сетей.

В результате изучения дисциплины вы будете уметь формировать основные технико-экономические требования к системам теплоснабжения и оборудованию тепловых сетей; рассчитывать основные параметры оборудования применительно к заданным условиям работы, пользоваться справочной литературой.

Данная дисциплина является базовой для дисциплины «Эксплуатация и ремонт энергокомплексов с НИЭ».

С другой стороны, без знаний по таким дисциплинам, как «Термодинамика», «Тепломассообмен», «Гидрогазодинамика» и «Основное и вспомогательное оборудование теплофикационных установок», изучение данной дисциплины невозможно

2 .Содержание курса

Исходя из вышесказанного, курс лекций состоит из четырёх разделов.

Первый раздел посвящён теплофикации. Вы изучите такие темы, как энергетическая эффективность теплофикации, тепловое потребление, системы теплоснабжения, методы регулирования тепловой нагрузки и режим отпуска теплоты, центральное регулирование однородной тепловой нагрузки, совместная работа ТЭЦ и пиковых котельных.

Во втором разделе будут рассмотрены тепловые сети: гидравлический расчёт тепловых сетей, гидравлический режим тепловых сетей.

В третьем разделе будет подробно рассмотрено оборудование тепловых сетей, а также методы расчёта теплоизоляции.

Четвёртый раздел будет посвящён применению установок нетрадиционной энергетики в системах теплоснабжения.

В «Заключении» мы рассмотрим основные пути повышения эффективности использования тепловой энергии в теплоснабжении.

3. История развития теплофикации

Теп­лофикация - централизован­ное теплоснабжение на базе комби­нированной выработки тепла и элек­трической энергии.

Возникновение идеи централизованного теплоснабжения относится к 80-м годам Х1Х столетия. В 1877 г. в г. Локпорте в США была сооружена первая установка для централизованного теплоснабжения. Од­нако в США в течение длительного перио­да (около 60 лет) централизованное тепло­снабжение городов не связывалось с орга­низацией комбинированной выработки тепла и электрической энергии. В большинстве случаев централизованное теплоснабжение городов осуществлялось там от централь­ных котельных. В некоторых из этих ко­тельных были установлены машины с про­тиводавлением, которые использовались главным образом для собственных нужд и не имели практического значения с точки зрения электроснабжения городов.

Первые районные теплофикационные установки в Европе возникли в начале XX в. В 1908 г. была пущена в работу пер­вая районная теплофикационная установка в Дрездене (Германия). Вслед за ней воз­никли теплофикационные установки как в других городах Германии, так и в других европейских странах. Однако и эти уста­новки в течение длительного периода огра­ничивались весьма небольшими электриче­скими мощностями, не имевшими сколько-нибудь серьезного значения с точки зрения электроснабжения этих городов.

Только незадолго до начала второй ми­ровой войны и, особенно в послевоенный период в США и других странах начали уделять значительное вни­мание теплофикации.

В США работает ряд мощных городских (Нью-Йорк, Мильвоки, Лансинг и др.) и промышленных (Астория, Линден и др.) теплоэлектроцент­ралей.

Теплофикационные установки сооруже­ны в Дании (Копенгаген), Франции (Па­риж), Германии и других странах.

История советской теплофикации нераз­рывно связана с общим развитием совет­ской энергетики.

До революции в России теплофикации в современном понимании не было. Име­лось несколько фабрично-заводских тепло­силовых установок, в которых отработав­ший пар использовался для теплоснабже­ния, как, например, Трехгорная мануфакту­ра, фабрика Циндель (ныне Ситценабивная. фабрика № 1) и др., но в этих установках теплоснабжение ограничивалось только по­требностью самих предприятий, не охваты­вало близлежащие жилые районы и сосед­ние предприятия, поэтому они не могут рассматриваться как районные теплофикационные установки.

Прогрессивными русскими учеными де­лались и до Великой Октябрьской социали­стической революции попытки осуществле­ния теплофикационных установок не толь­ко для теплоснабжения промышленных предприятий, но и для теплоснабжения жи­лых и общественных зданий. Однако эти установки также ограничивались предела­ми одного владения и в условиях царской России не могли превратиться в установки районного теплоснабжения.

Днем рождения советской теп­лофикации считается 25 ноября 1924 г. В этот день в Ленинграде был включен в работу первый теп­лопровод общего пользования, со­оруженный по проекту и под руко­водством пионеров советской теп­лофикации инж. Л. Л. Гинтера и проф. В. В. Дмитриева. По перво­му теплопроводу общего пользова­ния было подано тепло от ленин­градской электростанции № 3 (ны­не ТЭЦ имени Л. Л. Гинтера) первым тепловым потребителям дома № 96 на Набережной реки Фонтанки.

Вслед за Ленинградом началась теплофикация Москвы. Инициато­ром теплофикации Москвы был Всесоюзный теплотехнический ин­ститут. В 1928 г. был проложен в Москве первый теплопровод общего пользования от эксперимен­тальной ТЭЦ ВТИ к заводам «Ди­намо», и др. и началось теплоснаб­жение потребителей отработавшим паром.

Пуск первых теплофикационных установок в Ленинграде и Москве явился стимулом для развития теп­лофикации в Ростове, Харькове, Киеве, Ярославле, Иванове, Сама­ре, Казани и во многих других го­родах СССР. В период с 1924 по 1930 гг. теплофикация в СССР раз­вивалась главным образом по ини­циативе отдельных передовых энергетиков.

Для этого периода характерно проектирование и сооружение не­больших промышленных станций, рассчитанных в основном на обслу­живание какого-либо предприятия и прилегающего поселка без сколь­ко-нибудь широкого учета соседних потребителей тепла.

Широкое развитие советской теплофикации началось в 1931 г. когда наряду с дальнейшим строительст­вом ТЭЦ небольшой и средней мощности при отдельных промыш­ленных предприятиях и в неболь­ших городах началось строительст­во мощных теплоэлектроцентралей (100—200 Мвт) для районного теп­лоснабжения в крупных городах и при вновь создаваемых крупных промышленных комбинатах.

Это событие сыграло громадную роль в развитии энергетики стра­ны, потому что централизация теплоснабже­ния дала возможность полезно использовать отработавшую при выработке электроэнергии теплоту, которая на ТЭС конденсационного типа бесполезно сбрасывается в окружающую среду. Без систем централизованного тепло­снабжения утилизировать сбросное тепло от ТЭС было бы невозможно. Несмотря на то, что коэффициент полезного действия по выра­ботке электроэнергии на теплофикаци­онных турбинах ниже, чем на турбоустановках конденсационного типа, коэффициент по­лезного использования топлива на ТЭЦ составляет 80-85 %, что в 2 раза выше, чем на самых современных ТЭС конденсационного типа. В результате общий ежегодный расход топлива в народном хозяйстве на нужды элек­тро- и теплоснабжения в среднем на 12-15% ниже, чем он был бы при раздель­ном способе производства: электроэнергии — на ГРЭС, а тепла — в котельных.

4. За и против теплофикации

Тот факт, что при комбинированном произ­водстве обоих видов энергии обеспечивается существенная экономия топлива, практически никто из специалистов не оспаривает. До не­давнего времени считалось, что и централиза­ция в теплоснабжении также дает топливо-сберегающий эффект за счет ликвидации ма­ломощных и, как правило, неэкономичных ко­тельных, эксплуатируемых в жилищно-коммунальном секторе.

К сожалению, в настоящее время, недооценка теплофикации как энергосберегающей и природоохранной технологии привела к ситуации, когда эконо­мические интересы потребителей тепла не со­ответствуют интересам общества. Потребители стали стремиться к децентрализованному теп­лоснабжению от котельных малой мощности, сокращая тем самым тепловую базу для тепло­фикационных систем, увеличивая внутренний спрос на газ и нагрузку на системы газоснаб­жения..

Если не остановить развитие этой негатив­ной тенденции, то уже в обозримом будущем (через 5-10 лет) ТЭЦ сократят (вместо того, чтобы увеличить!) выработку электроэнергии на тепловом потреблении (по экспертным оценкам — на 50% существующего уровня), соответственно вырастет себестоимость произ­водства электроэнергии на ТЭЦ и тепла в городских и промышленных котель­ных. Уровень роста цен на электроэнергию и тепло будет зависеть от внутренних цен на топливо и степени недоиспользования тепло­фикации как топливосберегающей технологии.

При этом следует иметь в виду, что в от­личие от котельных малой мощности, которые

практически могут работать только на газе, крупные теплофикационные системы "всеядны" и могут использовать любые виды топлива, включая избытки сбросного тепла промышлен­ности, мусоросжигательных заводов и др.

Поэтому администрациям го­родов и регионов, а также крупным потреби­телям газа, электроэнергии и тепла необходи­мо садиться за "круглый стол" и совместно вырабатывать концепцию развития топливо-, электро- и теплоснабжения своих территорий с таким расчетом, чтобы остановить стихий­ное развитие теплоснабжения городов и реги­онов, когда в городах с высокой теплоплотностью строятся маломощные котельные, вместо того, чтобы направлять часть средств на раз­витие действующих теплофикационных сис­тем, а другую часть — на снижение тарифов.

Принимаемые в итоге решения должны быть приемлемы для общества в целом. Отсюда один из важнейших вопросов — определение приоритетов. Что важнее: максимально воз­можное сокращение расходов топливно-энерге­тических ресурсов в стране, что снизит уро­вень негативного влияния энергетики на окружающую среду и обеспечит рост экспорт­ных возможностей ТЭК, или минимизация инвестиций на производство, транспорт и рас­пределение электрической и тепловой энергии, а следовательно, возможность снижения тари­фов на энергию? Очевидно, важно и то, и другое, но от скоординированного ответа на этот вопрос зависит техническая и организа ционно-экономическая политика в области энергоснабжения регионов и городов.

Если во главу угла поставить энергосбере­жение и охрану окружающей среды, то необ­ходимо всемерно поддерживать и развивать теплофикацию. Такой подход реализуется, например, в Дании и Финляндии, которые вынуждены импортировать топливо, и поэтому стали активно развивать теплофикацию лишь после нефтяного кризиса 1973г. За 25 лет доля выработки электроэнер­гии на тепловом потреблении в Дании до­стигла 40 %. В России, например, этот показатель не превышает 30 %, но на его достижение по­требовалось 75 лет.

Далее возникает другой вопрос: как целе­сообразнее развивать теплофикацию — на базе уже действующих теплофикационных си­стем от ТЭЦ общего пользования или за счет строительства новых, как правило, газотурбинных и дизельных ТЭЦ средней и малой мощности, в том числе как независимых производителей. Вероятно, развитие теплофикации должно идти в обоих направлениях, а преи­мущество должно отдаваться тем проектам, которые потребуют меньше инвестиций и (или) имеют наименьшие сроки окупаемости при решении всего комплекса задач — от по­ставок топлива до мероприятий по охране окружающей среды.

В отличие от ТЭЦ общего пользования, которые являются прежде всего электростан­циями, газотурбинные станции с котлами-ути­лизаторами, паротурбинные без конденсаторов и дизельные ТЭЦ — это источники тепла с попутной выработкой электроэнергии. Поэтому в их строительстве больше заинтересованы, а крупные потребители тепла: промпредприятия и муниципалитеты. В резу­льтате появляется конкуренция на рынках и тепловой, и электрической энергии. В связи с этим в новых экономических условиях необ­ходимо искать и находить баланс интересов всех заинтересованных сторон: потребителей электрической и тепловой энергии, энергосис­тем и территорий. При этом главным крите­рием должны быть не сиюминутные интересы отдельных участников, а долгосрочные планы регионов по снижению объемов энергопотреб­ления. Для этого необходимо:

создать такие экономические регуляторы, которые обеспечили бы максимально возмож­ное развитие теплофикации, особенно в крупных городах с высокой теплоплотностью за­стройки и где уже сложилась теплосетевая инфраструктура;

обеспечить правовую и экономическую поддержку теплоснабжающим предприятиям в реконструкции и развитии магистральных и распределительных тепловых сетей для того, чтобы можно было принимать избытки тепла не только от ТЭС, но и от промышленных предприятий, мусоросжигательных заводов и других источников средне- и низкопотенциаль­ного тепла в действующих системах центра­лизованного теплоснабжения.

От того, как будут решаться рассматривае­мые проблемы, зависит, какое оборудование будет востребовано в новом тысячелетии электроэнергетическим комплексом, промыш­ленностью и в муниципальном секторе, какие заказы получит энергомашиностроительный комплекс, насколько эффективно будут раз­виваться энергетика и экономика страны в целом.