3.2. Опорный конспект1 введение

«Источники и системы теплоснабжения» - одна из ведущих дисциплин профильно-специализированного цикла подготовки специалистов и бакалавров по «Промышленной теплоэнергетике» и «Энергообеспечению предприятий».

Раздел 1. Тэк и теплоснабжение

Материалы раздела посвящены месту теплоснабжения в топливно-энергетическом комплексе (ТЭК) страны, его современному состоянию и перспективам развития до 2020-2030 гг. Необходимо усвоить роль теплофикации в централизованном теплоснабжении и методы оценки её эффективности.

1.1. Назначение и структура тэк

Теплоснабжение является составной частью ТЭК России. По классическому определению Г.М. Кржижановского ТЭК «охватывает сложную совокупность всех видов трансформации энергии от источников получения природных энергетических ресурсов до приёмников энергии включительно (добычу и переработку природных энергетических ресурсов, производство энергии, их транспортировку, распределение, потребление)». В соответствии с этим определением в ТЭК выделяют четыре ступени трансформации энергоносителей, упрощённо представленные на рис. 1.1.

В системах теплоснабжения предприятий от собственных ТЭЦ возможны три ступени – от облагораживания и переработки природных энергоресурсов, т.е. обработки без изменения и с изменением физико-химической природы энергоресурсов (ст. 2); до производства преобразованных энергоносителей – электрической энергии, теплоты, холода, … (ст. 3) и использования полученных энергоносителей у потребителей (ст. 4).

Эффективность использования энергоресурсов в ТЭК принято оценивать по его топливно-энергетическому балансу (ТЭБ), пример структуры которого приведён на рис. 1.2. Каждая ступень трансформации сопровождается потерями, характеризующими уровень совершенства применяемых технологий и оборудования. В приведённом примере потери при облагораживании и переработке природных энергоресурсов составили 6 % и столько же составили потери топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) при их транспортировке. Годовой уровень полезного использования ТЭР за вычетом их расхода на собственные нужды ТЭК составил около 37 %. В представленном ТЭБ не учтено, что коэффициент извлечения природных энергоресурсов при добыче не превышает 34 % (для нефти около 40 %, твёрдого топлива – 80…86 %, природного газа - 95…98 %).

Рис. 1.1. Структура ТЭК

1 – добыча природных энергоресурсов, 2 – облагораживание и переработка природных энергоресурсов, 3 – производство преобразованных энергоносителей, 4 – использование преобразованных энергоносителей у потребителей

Рис. 1.2. Пример структуры топливно-энергетического баланса ТЭК

Под теплоснабжением понимается обеспечение производственно-технологических и коммунально-бытовых потребителей теплотой в виде пара и горячей воды заданных (договорных) параметров. Системы теплоснабжения (СТ) в общем случае относятся к сложным структурно-функциональным комплексам и состоят из сложных подсистем, каковыми являются: источники теплоснабжения (ИТ), тепловые сети (ТС) и теплопотребляющие системы (ТПС) предприятий и потребителей жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ).

Различают децентрализованное и централизованное теплоснабжение. К децентрализованному теплоснабжению относят системы теплоснабжения, в которых источниками теплоснабжения служат котельные и автономные теплогенераторы с теплопроизводительностью до 23,3 МВт (20 Гкал/ч). К централизованному теплоснабжению относят системы с теплопроизводительностью источников свыше 23,3 МВт (20 Гкал/ч), т.е. крупные котельные, ТЭЦ и теплоутилизационные установки (ТУУ) предприятий.

С 2003 г. реализуется «Энергетическая стратегия России на период до 2020 года» (ЭС-2020)¹, утверждённая распоряжением Правительства РФ от 28.08. 2003 г. № 1234-р, а с 2010 г. - ЭС-2030, утверждённая распоряжением Правительства РФ от 13.11. 2009 г. № 1715-р. На рис. 1.3 представлен перспективный баланс первичных ТЭР (газ, жидкое и твёрдое топливо, ядерное топливо и ВИЭ²).

Рис. 1.3. Производство и потребление первичных ТЭР по ЭС-2020

Рис. 1.3 и другие материалы ЭС-2020 показывают, что развитие энергетики России в 2000-2020 гг. можно представить следующими качественно-количественными характеристиками (по умеренному / оптимистическому варианту):

• Повышение добычи и производства первичных ТЭР с 1418 до 1810 / 2030 млн. тут, т.е. на 27,6 / 43,2 %.

• Повышение внутреннего потребления первичных ТЭР с 904 до 1145 / 1270 млн. тут (на 12,7 / 40,5 %) с одновременной оптимизацией структуры производства и потребления первичных ТЭР, суть которой заключается в снижении доли природного газа и жидкого топлива за счёт соответствующего повышения доли твёрдого топлива, гидроресурсов и ядерной энергии в ТЭБ.

• Плавный рост производства и внутреннего потребления ТЭР будет сопровождаться ускоренным ростом внутреннего валового продукта (ВВП) России на 131 / 234 % при соответствующем снижении его удельной энергоёмкости на 44 / 58 % по отношению к 100 % в 2000 г..

• Снижение удельной энергоёмкости ВВП на 44 / 58 % при росте внутреннего потребления первичных ТЭР на 12,7 / 40,5 % возможно, в частности, при использовании имеющегося потенциала энергосбережения, равного 360 – 430 млн. тут, т.е. около 39 – 47 % от уровня потребления первичных ТЭР в 2000 г. Следовательно, энергосбережение – непременное условие реализации ЭС-2020.

В 2005 г. после значительного перерыва (с 1990 г.) был разработан тепловой баланс России (табл. 1.1), который обеспечил уточнение исходных данных по текущему состоянию теплоснабжения в России в соответствии с ЭС-2020 и послужил основой для разработки проекта ЭС-2030 (табл. 1.2).

Таблица 1.1

Фактический тепловой баланс России в 2005 г.

Источники теплоснабжения (ИТ)	Теплота
	2005 г. (факт)
	млн. Гкал	%
Производство теплоты
1. Централизованные ИТ
1.1. Электростанции	628	31,8
1.2. Котельные	705	35,7
1.3. Прочие источники (ТУУП)	103	5,2
1.4. Итого	1436	72,7
2. Децентрализованные ИТ
2.1. Котельные	192	9,7
2.2. Автономные ИТ	348	17,6
2.3. Итого	540	27,3
3. Всего	1976	100,0
Потери теплоты	354	17,9
Потребление теплоты	1622	82,1

Таблица 1.2

Перспективный тепловой баланс России по ЭС-2030

Источники теплоснабжения (ИТ)	Теплота*
	2012-2014 гг.		2020-2022 гг.		2030 г.
	млн. Гкал	%	млн. Гкал	%	млн. Гкал	%
Производство теплоты
1. Централизованные ИТ
1.1. Электростанции	652-657	32,3-32,2	705-742	33,7-34,3	755-878	34,9-37,9
1.2. Котельные	715-723	35,4-35,4	732-780	34,9-36,1	743-804	34,4-34,8
1.3. Прочие источники	112	5,5	116	5,5-5,4	121	5,5-5,2
1.4. Итого	1479-1492	73,2-73,1	1553-1638	74,1-75,7	1619-1803	74,8-77,9
2. Децентрализованные ИТ
2.1. Котельные	192-180	9,5-8,9	182-142	8,7-6,6	154-106	7,2-4,6
2.2. Автономные ИТ	349-368	17,3-18,0	360-383	17,2-17,7	390-405	18,0-17,5
2.3. Итого	541-548	26,8-26,9	542-525	25,9-24,3	544-511	25,2-22,1
3. Всего	2020-2040	100,0	2095-2163	100,0	2163-2314	100,0
Потери теплоты	318-311	15,7-15,2	276-234	13,2-10,8	233-136	10,8-5,9
Потребление теплоты	1702-1729	84,3-84,8	1819-1929	86,8 / 89,2	1930-2178	89,2-94,1
*Данные по умеренному и оптимистическому вариантам приведены через «дефис»

В ЭС-2030 подчёркнуто, что для достижения стратегических целей развития теплоснабжения необходимо решение комплекса следующих задач:

• предпочтительное развитие теплоснабжения на базе теплофикации за счёт паротурбинных, газотурбинных, парогазовых, газопоршневых и дизельных установок с оптимизацией их применения в зависимости от уровня тепловых нагрузок потребителей;

• выделение зон оптимального сочетания централизованного и децентрализованного теплоснабжения;

• дальнейшее развитие децентрализованного теплоснабжения на базе когенерационных, теплонаносных, геотермальных и биотопливных установок;

• оптимизация режимов функционирования источников теплоснабжения, работающих на общие тепловые сети, включая ТУУ предприятий;

• проектирование и строительство новых систем теплоснабжения с автоматизированными системами управления технологическими процессами (АСУТП) и диспетчерского управления (АСДУ);

• минимизация уровня тепловых потерь во всех структурных элементах систем теплоснабжения (ИТ, ТС, ТПС) на базе энергосберегающих технологий;

• обеспечение эффективности и надёжности эксплуатации систем теплоснабжения в соответствии с нормативными требованиями и др.

Доля централизованного теплоснабжения с 2005 (табл. 1.1) по 2030 гг. (табл. 1.2) должна возрасти с 72,7 до 74,8-77,9 % при постепенном преобладании в нём уровня теплофикации (с 31,8 до 34,9-37,9 %) по сравнению с котельными (снижение с 35,7 до 34,4-34,8 %). Потери теплоты в системах теплоснабжения должно быть снижены с 17,9 до 10,8-5,9 %, что обеспечит повышение эффективности их эксплуатации с 82,1 до 89,2-94,1 %.

Почему же такое большое значение придаётся теплофикации?