2.2. Системы теплоснабжения

Теплоснабжение является важнейшей коммунальной услугой в современных городах и служит для удовлетворения потребностей населения в услугах отопления жилых и общественных зданий, горячего водоснабжения и вентиляции.Оно является самым энергоемким сегментом энергоснабжения. Потребление тепловой энергии в жилищно- коммунальном секторе России составляет около половины суммарного теплопотребления в стране, на что используется более 25% ежегодно используемого топлива. Организация систем теплоснабжения является сложной задачей, так как требует значительных капиталовложений, тесно связана с экологическим и санитарным состоянием окружающей среды и является социально значимым сектором энергетического комплекса. Системы теплоснабжения классифицируются по следующим признакам:

- источнику производства тепловой энергии;

- степени централизации;

- роду теплоносителя;

- способу подачи воды на горячее водоснабжение и отопление;

- количеству трубопроводов тепловых сетей;

- способу обеспечения потребителей тепловой энергией и т.д.

Не затрагивая технических аспектов всего комплекса этих признаков, которые являются предметом изучения отдельных дисциплин, рассмотрим организационные и экономические вопросы классификации по источнику производства тепловой энергии и степени централизации. Эти два элемента системы теплоснабжения являются определяющими, как для его функционирования, так и выбора формы управления.

По источнику производства тепла и степени централизации различают два основных вида теплоснабжения:

- централизован­ное теплоснабжение на базе комбинированной выработки тепла и электроэнергии на ТЭЦ (теплофикация) и от районных отопительных котельных;

- децентрализованное теплоснабжение от мелких котельных, индивидуальных отопительных приборов и т.д. При этом отсутствуют тепловые сети и связанные с этим потери тепловой энергии.

Централизованное теплоснабжение (ЦТ) в первую очередь получило развитие в городах и районах с преимущественно многоэтажной застройкой. Современная централизованная система теплоснабжения состоит из следующих основных элементов: источника тепла, тепловых сетей и местных систем потребления - систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Для организации централизованного теплоснабжения используются два типа источников тепла: теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) и районные котельные (РК) различной мощности.

Районные котельные большой мощности (150 - 200 Гкал/ч) сооружают для обеспечения теплом крупного комплекса зданий, нескольких микрорайонов или района го­рода. Такая концентрация тепловых нагрузок позволяет использовать крупные агрегаты, современное техническое оснащение котельных. Это обеспечивает высокие показатели использования топлива и КПД теплотехнического оборудования и дает ряд преимуществ перед тепло­снабжением от котельных малой и средней мощности. ТЭЦ экономически целесообразно сооружать при больших тепловых нагрузках (более 400 Гкал/ч).

На ТЭЦ осуществляется комбинированная выработка тепла и электроэнергии, обеспечивающая существенное снижение удельных расходов топлива при получении электроэнергии (до 40%). При этом сначала тепло рабочего тепло-водяного пара используется для получения электроэнергии при расширении пара в турбинах, а затем оставшееся тепло отработанного пара используется для нагрева воды в теплообменниках, которые составляют теплофикационное оборудование ТЭЦ. Горячая вода применяется для теплоснабжения. Таким образом, на ТЭЦ тепло высокого потенциала используется для выработки электроэнергии, а тепло низкого потенциала - для теплоснабжения. В этом состоят экономическое и энергетическое преимущества комбинированной выработки тепла и электроэнергии. В целом, эффективность совместного производства тепловой и электрической энергии при использовании одного и того же топлива обычно на 40% выше, чем при раздельном производстве электроэнергии на конденсационной электростанции и тепловой энергии в котельных.

Тепловая энергия в виде горячей воды или пара транспортируется от ТЭЦ или котельной к потребителям по специальным трубопрово­дам, называемым тепловыми сетями, которые представляют собой сложные инженерные сооружения. Их протяженность составляет десятки километров, а диаметр магистралей достигает 1400 мм. Тепловые сети разделяются на магистральные, прокладываемые на главных направле­ниях населенного пункта, распределительные - внутри квартала, мик­рорайона и ответвления к отдельным зданиям и абонентам.Для повышения надежности и во избежание перерывов в снабжении теплом потребителя предусмат­ривают соединение отдельных магистральных сетей между собой, а так­же сооружают более сложные тепловые сети по кольцевой схеме.

Обеспечение эффективного функционирования систем теплоснабжения требует их четкой структурной организации. Наиболее удачной формой в данном случае является их иерархическое построение, при котором всю систему расчленяют на ряд уровней, каждый из которых имеет свою задачу, уменьшающуюся по значению от верхнего уровня к нижнему. Верхний иерархический уровень составляют источники тепла, следующий уровень - магистральные тепловые сети с районными тепловыми пунктами (РТП), нижний - распределительные сети с абонентскими вводами потребителей.Такая система теплоснабжения позволяет обеспечить ее управляемость в процессе эксплуатации.

Наибольшее количество тепла расходуется на отопление зданий. Отопительная нагрузка изменяется с изменением наружной температуры. Для поддержания соответствия подачи тепла потребителям в нем применяют центральное регулирование на источниках тепла и дополнительное автоматическое регулирование на тепловых пунктах у потребителей. Расход воды на горячее водоснабжение непрерывно меняется, и для поддержания устойчивого теплоснабжения гидравлический режим тепловых сетей автоматически регулируют. При этом температура горячей воды должна поддерживаться постоянной и равной 65ºС.

Несмотря на преимущества централизованных систем теплоснабжения, им присущ ряд недостатков, например, значительная протяженность тепловых сетей, необходимость крупных капиталовложений при модернизации и реконструкции ее элементов.

Одной из основных проблем энергозатратности и неэкономичности систем централизованного теплоснабжения является массовое отсутствие приборов учета и регуляторов расхода тепловой энергии у потребителей. До начала текучего столетия в жилых зданиях и квартирах практически полностью отсутствовали какие-либо регуляторы систем отопления, и потребитель был лишен возможности регулировать затраты тепла для отопления и горячего водоснабжения. Только в конце прошлого века был принят курс на установку общедомовых приборов учета тепловой энергии и горячей воды. Это мероприятие позволило жильцам таких домов заменить действующую до сих пор систему оплаты тепла по нормативам на систему оплаты в соответствии с реально потребляемой тепловой энергией. Таким образом, исключается возможность включать стоимость тепловых потерь в сетях в выставляемые жителям счета. Дальнейшее более жесткое усиление таких требований предусматривает федеральный закон «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» № 261-ФЗ от 23.11.2009 г., который более подробно будет рассмотрен в дальнейшем в специальной главе, посвященной энергоэффективности и энергосбережению.

Необходимо отметить, что в ряде случаев может возникнуть серьезная конкуренция между централизованными и автономными системами [1]. Такой ситуации способствуют:

- существующие перекосы в тарифообразовании (низкие цены на газ);

- значительные потери при транспортировке теплоносителя, которые фактически оплачиваются потребителем;

- частые отключения из-за аварий и длительное отключение ГВС в летний период.

Вся совокупность этих факторов заставляет потребителя искать выход в создании автономной системы, которая на данном этапе обеспечивает к тому же более дешевым теплом. Однако централизованная система в случае своевременной модернизации и нормального функционирования имеет существенные преимущества перед автономной системой.

В целом для больших городов автономные котельные не являются конкурентами крупных ТЭЦ и районных котельных, а служат их разумным дополнением. По мнению специалистов, целесообразная доля автономных котельных в городах должна составить 10 - 15% от потенциального рынка тепловой энергии. Область применения автономных котельных включает:

- отдельные вновь строящиеся или модернизируемые здания в районах плотной застройки, охваченные централизованным теплоснабжением, где из-за ограниченной пропускной способности тепловой сети невозможно подключение к ней дополнительных потребителей, а перекладка либо прокладка новых тепловых сетей затруднена;

- здания, удаленные от районов ЦТ;

- дома малоэтажной усадебной застройки;

- здания с временным подключением к передвижному автономному источнику;

- объекты с повышенными требованиями к режиму теплопотребления, которые не могут быть гарантированно обеспечены подачей тепла из тепловой сети;

- вновь строящиеся объекты в районах, где наблюдается дефицит тепла основного источника.

В заключение следует отметить, что стихийное развитие автономных систем может существенно ухудшить сложившуюся в течение десятилетий инфраструктуру города и даже привести к ее разрушению. Поэтому необходимо обеспечить достаточно жесткое градостроительное регулирование этого процесса с одновременной интенсивной реконструкцией систем ЦТ, позволяющих сократить тепловые потери, снизить тарифы на отпускаемую тепловую энергию, сделав тем самым стихийное строительство автономных источников во многих случаях неконкурентоспособным.