1.2. Рост городов и развитие систем энергоснабжения

Повышение материального благосостояния и культурно-быто­вых условия жизни населения в значительной мере зависит от функционирования и развития городских систем энергоснабжения. Под системой энергоснабжения города понимают совокупность инженерных сооружений, энергетических установок и коммуника­ций, обеспечивающих генерирование, преобразование, распределе­ние и использование топлива и энергии потребителями, размещен­ными на территории города. В состав этой системы жизнеобеспе­чения входят подсистемы топливоснабжения, теплоснабжения и электроснабжения городов.

Выполняя функции энергообеспечения, данная система, с од­ной стороны, является частью энергетического хозяйства страны, а с другой, - особым видом инженерного обеспечения городов. По­этому развитие систем энергоснабжения городов зависит как от факторов, действующих внутри топливно-энергетического ком­плекса страны, так и от факторов, определяющих развитие городов.

Согласно действующим нормам проектирования все вновь со­оружаемые и реконструируемые здания независимо от класса и на­значения должны быть оборудованы всеми видами благоустройст­ва. В частности, они должны быть электрифицированы и газифици­рованы, иметь внутренний хозяйственно-питьевой водопровод и канализацию, системы отопления, вентиляции и кондиционирова­ния, горячего водоснабжения, лифты, мусоропроводы, средства связи, радио и телевидения. Для этого необходимо создать спе-цильную инженерую инфраструктуру, способную обеспечить все­ми видами топлива и энергии здания, городской транспорт, систе­мы уличного освещения, водопровода и канализации, теплоснаб­жения и другие коммунально-бытовые нужды города.

В настоящее время из общего количества потребляемых в стране энергоресурсов около 20% расходуется на жилищно-комму­нальные и бытовые нужды населения. С учетом внутригородского транспорта, межгородских пассажирских перевозок и рекреацион­ной деятельности населения эта доля увеличивается до 35%. Следу­ет отметить, что уровень энергетического обеспечения оказывает существенное влияние на затраты труда по самообслуживанию на­селения. По оценкам академика Л. А. Мелентьева, совершенная

система энергообеспечения может дать значительную, сопостави­мую с производственной деятельностью, экономию времени. С по­мощью энергетики создаются условия для сокращения трудовых затрат, увеличения свободного времени, более полного удовлетво­рения культурных и бытовых потребностей населения. В табл. 1.1 приведены затраты времени населения на самообслуживание.

Таблица 1.1

Затраты времени населения на				самообслуживание
Наименование		Система энергообеспечения
процесса	несовершенная	чел.-ч	%	совершенная	чел.-ч	%
Отопление	Отопитель-	100	5,4	Централизован-	_	_
	ные печи			ное теплоснаб-
				жение
Приготовление	Огневые пе-	300	16,2	Газовые и элек-	200	16,5
пищи	чи, керосин-			трические пли-
	ки и т. п.			ты
Стирка	Ручная	75	4,0	Стиральные	25	2,0
				машины, горя-
				чая вода
Уборка поме-	Ручная	175	9,3	Электробытов ые	75	6,0
щений, мытье				приборы и горя-
посуды и т. п.				чая вода
Передвижения	Транспорт	500	26,3	Общественный	200	16,5
	отсутствует			транспорт
Итого		1150	61,5		500	41,0
Производст-	-	720	38,5	_	720	59
венная деятель-
ность
Всего '		1900	100		1200	100

Из приведенных данных следует, что основными способами высвобождения времени, затрачиваемого на самообслуживание, является централизация теплоснабжения и механизация основных трудоемких бытовых процессов на основе электрификации и гази­фикации, а также за счет развития системы городского транспорта. Поэтому энергетика жилищно-коммунального хозяйства развивает-

ся по трем главным направлениям: электрификации, газификации и централизованного теплоснабжения.

Высокий уровень обеспечения городов топливом и энергией требует значительных единовременных затрат на создание и разви­ тие энергетических систем. По оценкам специалистов, эти затраты могут составить 25-30% общих затрат, необходимых для нового строительства.

В общих ежегодных расходах энергетические затраты могут достигать 40-60%. Таким образом, система энергообеспечения зани­мает очень важное место в экономике жилищно-коммунального хо­зяйства города. Это требует не только рационального построения, но и эффективной эксплуатации систем энергообеспечения городов.

Для формирования рациональной системы энергоснабжения определяющее значение имеет характер городских потребителей топлива и энергии. В общегородском энергопотреблении целесооб­разно выделить три группы потребителей: 1) промышленность: 2) жилые и общественные здания; 3) коммунальные потребители общегородского назначения.

Процессы энергопотребления в жилищно-коммунальном хо­зяйстве городов в зависимости от целевого назначения классифи­цируются следующим образом: 1) освещение (квартир, обществен­ных зданий, улиц, реклам и др.); 2) культурно-бытовые нужды (ки­но, театры, стадионы, связь, радио и телевидение); 3) силовые про­цессы, например, двигатели внутреннего сгорания на транспорте, электропривод бытовой техники, лифтов, вентиляторов, насосов и других установок и электропривод технологического оборудования предприятий бытового обслуживания; 4) термические процессы, потребляющие тепловую энергию различного потенциала: а) высо­котемпературные, связанные с нагревом (термообработкой) и. в ча­стности, приготовлением пищи в жилых домах и на предприятиях общественного питания; б) среднетемпературные, связанные, на­пример, с применением пара в прачечных, химчистках и фабриках-кухнях; в) низкотемпературные, включая отопление, вентиляцию и кондиционирование, а также горячее водоснабжение жилых и об­щественных зданий; г) криогенные, например разделения и сжиже­ния газов, охлаждения, замораживания и др.

В табл. 1.2 приведена примерная структура энергетического баланса жилищно-коммунального хозяйства города.

Таблица 1.2 Энергетический баланс жилищно-коммунального хозяйства города

		Структура потребления энергии,					%
Наименование процесса	110	энергоносителям			по процессам			- —
	э/э	т/э	т	всего	э/э	т/э	т	всего
Освещения	100	-	-	100	34		-	3
Силовые	100	-	-	100	50	-	-	5
Высокотемператур-	6	-	94	100	10	-	21	17
ные
Средне- и низкотем-	1	62	37	100	6	100	79	75
пературные
Итого	10	46	44	100	100	100	100	100

Примечание, э/э -электроэнергия, т/э -теплота, т- топливо.

Из приведенных данных видно, что в энергобалансе жилищно-коммунального хозяйства ведущее место занимают низкотемпера­турные процессы - отопления, вентиляции и горячего водоснабже­ния - 75%, высокотемпературные процессы - 17%, силовые - 5% и освещения - 3% от общего потребления энергоресурсов. Электро­энергия расходуется в основном на силовые процессы - 50% и ос­вещение - 34%. Теплота в виде пара и горячей воды идет на средне-и низкотемпературные процессы. Топливо расходуется на произ­водство теплоты - 79% и осуществление высокотемпературных процессов - 21 %. Для освещения и силовых процессов использует­ся исключительно электроэнергия.

Высокотемпературные процессы осуществляю гея с использо­ванием топлива - 94% и электроэнергии - 6%. Для удовлетворения потребностей города в энергии используются: 1) топливо (уголь, газ, мазут и др.) для отопления, приготовления пищи и производства те­плоты; 2) электроэнергия для освещения, культурно-бытовых, сило­вых и термических процессов; 3) теплота для теплоснабжения жи­лых и общественных зданий.

1.3. Характеристика схем энергоснабжения

В настоящее время в нашей стране в основном применяются комбинированные схемы энергоснабжения. В отличие от децентра-

лизованной, индивидуальной схемы энергоснабжения, в которой в качестве основного энергоресурса используется органическое топ­ливо, в комбинированных схемах энергоснабжения используются несколько энергоресурсов. Реализация принципа комбинирования во многих случаях становится источником повышения эффектив­ности энергетического хозяйства, благодаря комплексному исполь­зованию энергоресурсов.

Для энергоснабжения городов в настоящее время могут при­меняться следующие основные схемы.

1. Теплоэлектрическая, при которой электроэнергия использу­- ется для освещения, приготовления пищи, бытовых и силовых про­ цессов, при централизованном теплоснабжении систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

2. Частично теплоэлектрическая, которая отличается от пер­ вой приготовлением пищи не на электрических, а на топливоис- пользующих плитах (дровяных, угольных, газовых).

3. Газоэлектрическая, при которой электроэнергия подается только для целей освещения, силовых и бытовых процессов, а при-­ родный газ используется для приготовления пищи и горячей воды, а также для отопления и вентиляции.

4. Смешанные — теилогазоэлектрические, когда электроэнер-­ гия подается для целей освещения, бытовых и силовых процессов; отопление и вентиляция осуществляются от централизованных ис­ точников теплоснабжения, природный (искусственный) газ исполь­ зуется для приготовления пищи, а горячее водоснабжение осущест­ вляется за счет централизованных источников теплоснабжения ли­ бо за счет газовых водонагревателей.

Теплогазоэлектрическая схема в настоящее время является наи­более характерной для городов Российской Федерации. При ее ис­пользовании наиболее важным следует считать вопрос о выборе ис­точника получения теплоты низкого потенциала, в качестве которых можно использовать газовые колонки (водонагреватели), котельные установки (КУ) или теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). Данную схему можно рассматривать как переходную к более совершенной тепло-электрической, при которой нужды пищеприготовления обеспечива­ются электроэнергией. Такая схема становится реально осуществи­мой на современном этапе электрификации страны. При этом возни­кает проблема выбора между электроэнергией и природным газом.

Использование природного газа для приготовления пищи зна­чительно сократило затраты времени и труда по сравнению с дру­гими видами топлива. Однако при сжигании газа выделяются вред­ные продукты сгорания и ухудшается температурно-влажный ре­жим в помещениях.

Применение в быту электроэнергии обеспечивает значитель­ную экономию времени, снижает затраты труда, улучшает экологи­ческую обстановку, позволяет автоматизировать процессы. Поэто­му в перспективе, по-видимому, можно ожидать переход к чисто электрической схеме электроснабжения городов, предусматриваю­щей электрификацию всех процессов.

При формировании современных систем энергообеспечения, как правило, рассматривают возможность создания раздельной или комбинированной схемы энергоснабжения. При раздельной схеме снабжение потребителей электроэнергией производится от энерго­системы, в которой основными источниками энергии являются крупные тепловые электростанции, работающие по конденсацион­ному циклу (КЭС). При этом основным источником централизо­ванного теплоснабжения являются станции теплоснабжения - рай­онные или квартальные котельные установки.

При комбинированной схеме энергоснабжения в качестве ис­точника электроэнергии и теплоты используются теплоэлектроцен­трали (ТЭЦ) - паротурбинные электростанции, предназначенные для совместного производства этих энергоносителей. Применение той или иной схемы энергоснабжения, как правило, дополняется специализированными системами топливоснабжения. С помощью этих систем обеспечивается подача твердых, жидких или газооб­разных видов топлива на электростанции, в котельные установки и жилые дома.

Передача и распределение энергии в городских системах энер­гообеспечения осуществляется с помощью коммуникаций: 1) элек­троэнергия - по воздушным и кабельным линиям электропередачи, 2) теплота в виде пара или горячей воды - по тепловым сетям, 3) при­родный газ - по газовым сетям. Кроме того, в системы энергообеспе­чения включаются внутренние коммуникации и энергоиспользующее оборудование коммунально-бытовых потребителей города.

Таким образом, выбор рациональной схемы энергоснабжения города является весьма сложной технико-экономической задачей.

Для решения этой задачи требуется глубокое изучение всех аспек­тов формирования и функционирования энергетического хозяйства города, включая:

• определение потребностей в различных видах энергии и то-­ плива;

• формирование возможных вариантов схем энергоснабжения;

• выбор (вида и параметров) энергоносителей;

• определение типа, мощности и числа энергетических агре-­ гатов;

• расчет и выбор параметров энергетических коммуникаций и энергоиспользующего оборудования коммунально-бытовых потре­- бителей города;

• расчет капитальных и эксплуатационных затрат по сравни-­ ваемым вариантам и выбор оптимальной схемы энергоснабжения.

Вопросы к главе 1

1. Что понимают под энергией и энергоресурсами?

2. Что входит в топливно-энергетический комплекс страны?

3. Какое влияние оказывает энергетика на городское хозяйство?

4. Дайте характеристику основных схем энергоснабжения городов.