1 Энергетическая эффективность централизованного теплоснабжения и теплофикации. Пути её повышения

1.1 Основные понятия

До последнего времени было принято считать централизованным теплоснабжение от источников производительностью от 84 ГДж/ч и выше, а теплоснабжение от источников производительностью менее 84 ГДж/ч децентрализованным. К источникам централизованного теплоснабжения относятся котельные и теплоэлектроцентрали - ТЭЦ. Теплоснабжение от ТЭЦ называют теплофикацией.

1.2 Роль централизованного теплоснабжения и теплофикации в энергетике стран

Доля источников централизованного теплоснабжения в производстве теплоты в СССР до 1990 года неуклонно увеличивалась (таблица 1), что давало экономию топлива металла и трудовых ресурсов и снижало загрязнение окружающей среды.

Таблица 1– Структура производства теплоты в странах бывшего СССР с 1975 до 1990 гг.

Источники Теплоты	1975		1980		1985		1990
	Млрд. ГДж	%	Млрд. ГДж	%	Млрд. ГДж	%	Млрд. ГДж	%
Всего по стране	10,16	100	12,41	100	14,47	100	16,0	100
Централизованными источниками	7,4	72,8	9,48	76,4	11,24	77,7	12,57	78,5
Прочими источниками	2,76	27,2	2,93	23,6	3,23	22,3	3,43	21,5

Планирование развития теплоэнергоснабжения городов, обеспечивающее постоянное повышение степени централизации этой отрасли, осуществлялось путем разработки схем теплоснабжения этих городов на перспективу. При этом специалистами проектных организаций по местным исходным данным оценивались тепловые нагрузки на расчетный год с учетом энергосберегающих мероприятий и использованием вторичных ресурсов (ВЭР), рассматривался состав оборудования имеющихся источников теплоснабжения и давалась качественная оценка его состояния. Также оценивались протяженность и качественное состояние тепловых сетей. Затем рассматривались несколько возможных вариантов покрытия дефицита теплоты в расчетном году. В каждом варианте определялись количество и состав оборудования новых источников, а также имеющихся, подлежащих и не подлежащих реконструкции. Определялись источники, эксплуатация которых к наступлению расчетного срока нецелесообразна. Ориентировочно намечались трассы новых и реконструируемых тепловых сетей. Определялись повариантно приведенные затраты и уровень воздействия источников теплоты на окружающую среду. После сравнения вариантов выбирался оптимальный, который рекомендовался к реализации в течение расчетного срока. Как правило, это был вариант, которому соответствовали минимальные приведенные затраты при допустимом уровне загрязнения окружающей среды. При равной экономичности сравниваемых вариантов принимались во внимание дополнительные факторы, имеющие особое значение в каждом конкретном случае. Расчеты показывают, что при тепловых нагрузках более 2100 ГДж/ч оптимальным оказывалось использование ТЭЦ как базового источника теплоты. Роль пикового источника отводилась при этом котлам устанавливаемым или на площадке данной ТЭЦ, или в районе теплоснабжения. Такими пиковыми источниками являются водогрейные котлы, работающие на газовом и жидком, а иногда и на твердом топливе. Оптимальное значение доли отборов турбин ТЭЦ в покрытии максимума часовой тепловой нагрузки, именуемой коэффициентом теплофикации аt, составляет обычно 0,4-0,7. Большее значение аt относится к более высоким начальным параметрам пара на ТЭЦ. При тепловых нагрузках менее 2100 ГДж/ч наиболее целесообразным оказывалось раздельное тепло- и электроснабжение от отопительных котельных и конденсационных электростанций. Именно такая практика планирования и развития теплоснабжения привела к созданию структуры производства теплоты, динамика которой приведена в таблице 1.

В 1990 г. в бывшем СССР было произведено 16 млрд. ГДж теплоты низкого и среднего потенциала, который характеризуется температурами теплоносителя соответственно до 150 ^оС и от 150 до 350 ^оС. На долю ТЭЦ из этого годового отпуска теплоты приходилось 5,5 млрд. ГДж или 35%, всей отпущенной теплоты. Отпуск теплоты в виде отборного пара и выхлопов теплофикационных турбин ТЭЦ Минэнерго составлял 3,3 млрд. ГДж или 80% отпуска теплоты. В 1990 г. электрическая мощность теплофикационных турбин, установленных на электростанциях бывшего СССР, составила 98 тыс. МВт. Всего в стране функционировало свыше 900 ТЭЦ. В этом же году суммарная годовая выработка электроэнергии теплофикационными турбоагрегатами составила 515 млрд. кВт·ч или 35% суммарной выработки электроэнергии в стране. 263 млрд. кВт·ч было выработано на ТЭЦ Минэнерго комбинированным способом на тепловом потреблении. Это составило 56% суммарной выработки электроэнергии на этих ТЭЦ.

В 1989 г. в бывшем СССР функционировало, кроме того, 2360 крупных котельных установленной тепловой мощностью 60 МВт и более, а также около 425 тыс. мелких отопительных и производственных котельных.

Почти половина крупных котельных обслуживала промышленность, остальные - жилищно-коммунальное хозяйство городов и других населенных пунктов. Единичные мощности наиболее крупных котельных достигали 600 - 900 МВт. Средний удельный расход условного топлива для них составлял 41 кг/ГДж. Средний удельный расход условного топлива в мелких котельных - 50 кг/ГДж.

В последние 20 лет заметно возросла роль теплофикации в тепло- и электроснабжении и в других технически развитых европейских странах. В качестве факторов, способствовавших такому направлению развития, следует отметить рост цен на органическое топливо, ужесточение норм по защите окружающей среды, высокую теплоплотность в районах теплопотребления и наличие значительных государственных дотаций в развитие энергетики. Совокупность воздействия этих факторов в Дании, Швеции, Финляндии и ФРГ сделало теплофикационные системы в этих странах наиболее развитым. Так, в Дании доля систем централизованного теплоснабжения в покрытии тепловых нагрузок составляет 37 – 38%, причем 46% годового отпуска теплоты приходится на долю ТЭЦ. Аналогичные показатели для Финляндии – 27 – 28% и 40%,а для ФРГ – 7% и 72%.

В Дании функционирует 15 ТЭЦ общего пользования. Удельная электрическая мощность ТЭЦ на душу населения – около 0,7 кВт/чел. В Швеции 27 ТЭЦ общего пользования, причем около половины их мощности имеют промышленные ТЭЦ. Установленная мощность на душу населения – более 0,4 кВт/чел. Финляндия имеет 23 ТЭЦ общего пользования. Кроме них функционируют промышленные ТЭЦ. Их мощность составляет около 80% от ТЭЦ общего пользования. Удельная мощность около 0,35 кВт/чел. В ФРГ функционирует более 120 ТЭЦ общего пользования. Мощность промышленных ТЭЦ в ФРГ превышает мощность ТЭЦ общего пользования примерно в 1,2 раза. Удельная мощность составляет около 0.3 кВт/чел., т.е. примерно такова же, как в бывшем СССР.

Переход к рыночной экономике положил начало пересмотру терминологии и некоторых подходов к решению задач теплоснабжения. Так коллективом ведущих энергетиков России рекомендовано считать основным признаком централизованного теплоснабжения наличие тепловых сетей. Не обсуждая деталей такого подхода, отметим лишь, что он делает еще более весомым вклад централизованного теплоснабжения в хозяйство страны.