СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОИ ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ В СССР

Основным направлением развития теплоэнергетического хозяйства городов и поселений городского типа является в СССР централизован­ное теплоснабжение и особенно его наиболее эффективная форма - теплофикация.

По масштабам комбинированного производства тепловой и электри­ческой энергии, по централизации теплоснабжения наша страна занимает ведущее место в мире. Централизованным теплоснабжением обеспечено в настоящее время 55 % объема теплового потребления страны, причем 60 % дают ТЭЦ. Ежегодно на теплофикацию и централи­зованное теплоснабжение расходуется около четверти всего добывае­мого в стране топлива [1,5]. В связи с возросшими темпами жилищного строительства и развития народного хозяйства следует ожидать даль­нейшего роста теплопотребления.

Необходимо отметить, что до настоящего времени теплоснабжение в СССР развивалось главным образом экстенсивным путем. Количест­венный рост систем не сопровождался соответствующими качествен­ными изменениями; технические решения, сформировавшиеся в основ­ном еще в довоенные и первые послевоенные годы, за последние десятилетия не претерпели существенных изменений. Современные системы теплоснабжения крупных городов являются недостаточно надежными и маневренными, плохо управляемы, что приводит к серьезным авариям, особенно в условиях суровых зим. Схемные и конструктивные решения теплопотребляющих установок и источников теплоты не учитывают многообразия природно-климатических и других местных условий на обширной территории нашей страны.

В системах теплоснабжения практически не применяются тепловые насосы, позволяющие эффективно использовать низкопотенциальные вторичные энергетические ресурсы и природное тепло (грунта, воды, воздуха). В покрытии общего теплопотребления весьма небольшую долю составляют нетрадиционные источники энергии.

В городах, снабжаемых теплом от ТЭЦ и котельных, работающих на угле (в том числе, на низкосортных его сортах), неуклонный рост тепловых нагрузок приводит к загрязнению воздушного бассейна и ухудшению экологической обстановки. Особенно остро стоит проблема экологии для городов Сибири, Казахстана и других регионов, развитие теплоснабжения которых ориентируется на использование твердого тепла.

Авария на Чернобыльской АЭС заставила коренным образом пересмотреть требования к надежности работы атомных источников, что, в свою очередь, вызвало резкое замедление темпов развития ■ атомного теплоснабжения. Ожидается, что отпуск теплоты от ядерных источников на уровне 2000 года будет в несколько раз ниже по по сравнению с ранее составленной Энергетической программой. Поэтому сильно обостряется проблема покрытия теплопотребления в европейской части СССР, ориентированной на строительство атомных теплоэлектроцентралей и атомных станций теплоснабжения.

Общая запущенность теплового хозяйства страны в значительной мере объясняется несовершенством действующего хозяйственного механизма, ведомственной разобщенностью. Разрозненная организаци­онная структура управления отдельными звеньями системы (тепловые источники, тепловые сети, теплопотребляющие установки) находится в противоречии с технологической общностью этих звеньев, органически связанных между собой в едином процессе производства, систем транспортирования, распределения и потребления тепловой энергии.

Переход народного хозяйства на работу в условиях полного хозяй­ственного расчета, самофинансирования и самоокупаемости снимает многие преграды на пути широкого внедрения достижений науки в практику, в том числе в практику теплоснабжения.

Необходимо, однако, отметить, что главная цель, которая должна ставиться при разработке, сооружении и функционировании систем теплоснабжения - достижение максимального народнохозяйственного эффекта при обеспечении требуемого качества (в первую очередь - теплового комфорта в отапливаемых зданиях и сооружениях) и надеж­ности снабжения теплом потребителей - не всегда совпадает с эконо­мическими интересами ведомств, занятых проектированием, монта­жом, эксплуатацией отдельных звеньев этих систем.

Отсутствие учета фактически отпущенной и потребленной тепловой энергии, экономически необоснованные и не соответствующие ее реальной себестоимости тарифы не стимулируют внедрение мероприя­тий по снижению энергоемкости народного хозяйства. В результате удельные, приведенные к одинаковым климатическим условиям затраты тепла (на одного человека, на единицу произведенного нацио­нального продукта) в СССР еще существенно превышают уровень, достигнутый во многих развитых странах.

Приоритетные направления научно-технического прогресса в энерге­тике, разработанные ГКНТ МССР, АН СССР, Госпланом СССР, зафикси­рованные в энергетической программе, предусматривают решение следующих задач [2]:

Реализацию в результате выполнения технологических энергосбере­гающих мероприятий не менее 40 % намеченного снижения энергоемко­сти национального дохода в 1,4 ... 1,5 раза к 2000 г. и почти в два раза к 2010 г.;

Уменьшение за счет научно-технического ^мероприятия роста (по сравнению со сложившимися тенденциями и с учетом предстоя­щего ухудшения горно-геологических условий) удельной капитало­емкости топливно-энергетического комплекса (ТЭК) на 15 % к 2000 г. и на 30% к 2010 г.;

Увеличение за счет научно-технических мероприятий роста произво­дительности труда в целом по ТЭК на 30 % к 2000 г. и на 70 ... 80 % , к 2010 г.;

Сокращение количества вредных выбросов ТЭК в окружающую среду по сравнению с существующим уровнем в 1,5 раза к 2000 г. и ; почти в 2 раза к 2010 г.

Для экономии тепловой энергии в системах теплоснабжения прово - | дится ряд крупных энергосберегающих мероприятий. Важнейшие из! них следующие [5]:

Расширение масштабов и повышение эффективности совместного производства тепловой и электрической энергии;

Оптимизация систем теплоснабжения (схемных решений, расчетных параметров, мощности тепловых источников и пр.);

Использование в системах теплоснабжения нетрадиционных источ­ников тепла;

Использование вторичных энергетических ресурсов (ВЭР), главным образом в промышленных системах теплоснабжения;

Повышение коэффициента полезного действия генераторов (источ­ников) тепла;

Повышение теплозащитных качеств зданий и других отапливаемых объектов;

Снижение потерь тепла при его транспортировании в результате применения эффективных конструкций прокладок тепловых сетей;

Оптимизация оперативного управления производством, транспорти­рованием, распределением тепловой энергии с использованием средств автоматики, телемеханики и вычислительной техники;

Организация коммерческого учета тепла при его производстве и потреблении;

Диагностика состояния тепловых сетей и теплового состояния районов теплоснабжения с целью обнаружения и устранения утечек воды и зон повышенных тепловых потерь;

Совершенствование организационной структуры управления систе­мами централизованного теплоснабжения;

Совершенствование хозяйственного механизма с целью экономи­ческого стимулирования снижения потерь тепловой энергии при ее производстве, транспортировании и потреблении.

В связи с особенностями территориального распределения топливно - энергетических ресурсов страны встала задача резкого сокращения расходов топлива в европейской части СССР, и как следствие - необхо­димость ограничения строительства новых теплоэлектроцентралей и повышения эффективности использования существующих ТЭЦ [4]. Это достигается за счет снижения продолжительности работы турбин в режиме конденсационной выработки и соответственного увеличения доли выработки электроэнергии по комбинированному циклу. Расчеты показывают, что только за счет более рациональной загрузки ТЭЦ высокого давления, расположенных в европейской части страны, можно получить дополнительную экономию свыше 2 млн т усл. топл. в год.

Важным направлением расширения масштабов теплофикации с минимальными затратами капиталовложений является реконструкция действующего оборудования конденсационных электростанций для его работы по комбинированному циклу. К настоящему времени уже реконструированы сотни турбин с целью использования их для центра­лизованного теплоснабжения.

В связи с возрастанием доли выработки электроэнергии в Единой электроэнергетической системе СССР на атомных электростанциях, работающих в базисном режиме, существенное значение приобретает использование ТЭЦ в качестве маневренных для работы в полупико­вой части графика электрических нагрузок. Это позволит снизить капиталовложения в строительство специальных маневренных электростанций и сократить расход органического топлива на 15 ... 20 %, что особенно важно в связи с необходимостью уменьшения его завоза в европейскую часть страны.

Из-за ограничения строительства новых теплоэлектроцентралей в европейской части страны все более широкое распространение полу­чают системы централизованного теплоснабжения от мощных котель­ных. Вместе ■ с тем, если народнохозяйственная эффективность теплофи­кации по сравнению с децентрализованным теплоснабжением (при тепловых нагрузках и тепловой плотности выше пороговых значений) сомнений не вызывает, то этого нельзя сказать о централизованном теплоснабжении от районных котельных, особенно при использовании газового топлива. Как показывает отечественный и зарубежный опыт, децентрализованные системы теплоснабжения от автономных неболь­ших (мощностью, примерно, до 3 МВт) газовых котлов имеют ряд преимуществ перед системами централизованного теплоснабжения [5].

Представляется, что массовое распространение систем централизо­ванного теплоснабжения от крупных районных котельных явилось следствием экстенсивного развития экономики, при котором опреде­ляющим фактором было обеспечение быстрейшего ввода тепловых мощностей. Перевод теплоэнергетического хозяйства страны на путь интенсивного развития заставляет критически с новых позиций подойти к вопросу оптимизации систем теплоснабжения, в том числе к определению оптимальных областей применения централизованных и децентрализованных систем.

Важным направлением экономии топлива для теплоснабжения является использование вторичных энергетических ресурсов (ВЭР), образующихся главным образом при промышленном производстве. Использование горючих и тепловых ВЭР в черной металлургии, хими­ческой, нефтехимической и целлюлозно-бумажной промышленности позволяет ежегодно экономить более 60 млн. т усл. топл. Однако масштабы использования вторичных энергетических ресурсов в СССР еще недостаточны. Так, расчеты показывают, что полное использова­ние только тепловых ВЭР дало бы возможность получить годовую экономию 80 ... 135 млн т усл. топл., что, примерно, соответствует годовой потребности в тепле промышленных зданий.

Об эффективности этого метода экономии тепловой энергии в системах теплоснабжения свидетельствуют данные об удельных капитальных вложениях в различные энергосберегающие мероприятия [1, 5], % общих вложений в развитие топливно-энергетического комплекса:

Развитие топливно-энергетического комплекса, включая добычу, транс­портирование, переработку топлива, сооружение котельных и тепло­

Трасс.................................................................................................. 100

Оптимизация систем и схем управления............................ ;.... 15 ... 45

Повышение теплозащиты зданий................................................ 65 ... 130

Использование геотермальных вод............................. ■.............. 20 ... 90

Использование солнечной энергии............................................. 80 ... 200

Утилизация высокотемпературных тепловых ВЭР........................ 4 ... 18

Утилизация низко - и среднетемпературных тепловых ВЭР......... 18 ... 35

Утилизация тепла вентиляционных выбросов.............................. 30 ... 75

В связи с тем, что в городских системах теплоснабжения использо­вание ВЭР еще не получило достаточного распространения, програм­мой повышения эффективности использования топливно-энергетичес­ких ресурсов предусмотрено расширение применения установок, использующих тепло вентиляционных выбросов в зданиях различного назначения, тепло сточных вод очистных сооружений городов и насе­ленных мест и др.

Тепловые насосы (термотрансформаторы) используют на крупных установках централизованного тепло-, хладоснабжения и в качестве индивидуальных систем обогрева и охлаждения жилых зданий.

Их применение наиболее эффективно в следующих случаях: при наличии источников воды с температурой выше 10 ... 15 °С; в районах с повышенными экологическими требованиями при отсутствии газового топлива;

В сочетании с нетрадиционными источниками энергии (тепло Солнца, геотермальное тепло), в качестве дублирующих (пиковых) источников;

В районах с жарким климатом, где необходимо круглогодичное кондиционирование.

Наиболее крупными теплонасосными установками в СССР явля­ются: в Москве - использующая тепло сточных вод городской канали­зационной станции; в Крыму - использующая тепло воды Черного моря.

Важным мероприятием по экономии топливно-энергетических ресурсов является повышение теплозащитных качеств зданий, как при новом строительстве, так и при проведении капитальных ремонтов.

Повышение теплозащитных качеств зданий при новом строительстве достигается: снижением плотности, а следовательно, коэффициента теплопроводности материала однослойных наружных стеновых панелей; применением высокоэффективных утеплителей в трехслой­ных панелях; применением для соединения панелей гибких связей; исключающих теплопроводные металлические включения; уменьше­нием площади световых проемов до норм естественной освещенности; устройством оконных переплетов с трехслойным остеклением; исполь­зованием пассивных гелиосистем и др.

При реконструкции и капитальном ремонте зданий повышение их теплозащитных качеств достигается в результате улучшения (по теплотехническим показателям) объемно-планировочных решений зданий, напыления на наружные поверхности стен теплоизоляцион­ного материала и др.

Значительное снижение расходов топлива может быть достигнуто при комплексной автоматизации теплосистем. Как показывают расчеты, массовое внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) теплоснабжения позволит сэкономить в год 40 ... 50 млн т усл. топл., что примерно равно годовой экономии, достигаемой за счет теплофикации, т. е. комбинированного производства тепловой и электрической энергии. АСУ ТП теплоснабже­ния включает в себя комплекс взаимоувязанных устройств, обеспе­чивающих работу в автоматизированном и в автоматическом режимах тепловых источников, узлов управления на тепловых сетях, теплопот - ребляющих установок и всей системы теплоснабжения в целом.

Обязательным условием эффективной работы АСУ ТП теплоснабже­ния является организация коммерческого учета производимого и потребляемого тепла. Для экономного расходования тепла в жилых зданиях наряду с учетом тепловой энергии в тепловых пунктах целе­сообразно осуществлять (в сочетании с индивидуальным автоматичес­ким регулированием) и поквартирный учет. Однако распространенные в отечественном массовом жилищном строительстве вертикальные однотрубные системы отопления мало пригодны для указанных целей. С рассматриваемых позиций намного предпочтительнее горизонталь­ные системы отопления с поквартирным распределением теплоноси­теля.

В связи с тем, что системы централизованного теплоснабжения в СССР создавались без учета требований автоматизации режимов их работы, на практике при осуществлении комплексной автоматизации систем приходится отступать от оптимального (по эффективности управления) варианта, а в ряде случаев учитывать необходимость проведения серьезных реконструктивных мероприятий. В наиболее полном объеме работы по автоматизации систем централизованного теплоснабжения выполнены в Москве, Харькове, Запорожье.

В заключение следует отметить, что при планировании и проведении в нашей стране энергосберегающих мероприятий в системах централи­зованного теплоснабжения, включающих в себя сооружения и обору­дование для производства, транспортирования и потребления энергии, основные усилия до сих пор были направлены на совершенствование процессов производства, основанных на использовании традиционных источников энергии. Энергосберегающим мероприятиям за счет применения нетрадиционных (возобновляемых) источников энергии, а также при транспортировании и потреблении тепла не уделялось должного внимания. В связи с этим достигнутый в СССР уровень экономичности систем теплоснабжения является недостаточным и еще отстает от ряда развитых стран.