ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ЭНЕРГИИ И ИСТОЧНИКИ ТЕПЛА, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Источником тепла называется комплекс оборудования и устройств, с помощью которых осуществляется преобразование природных и искусственных видов энергии в тепловую энергию с требуемыми для потребителей параметрами.

Потенциальные запасы основных природных видов энергии в мил­лиардах тонн условного топлива в мире составляют[32]: органическое (ископаемое) топливо — 24,7-103; ядерное топливо (уран и торий) — 231-103; термоядерное топливо (дейтерий) —56,1-Ю9; геотермальная энергия — 500; лучистая энергия Солнца (в год)—247-103; гидроэнергия рек (в год) — 3,35 энергия приливов и отливов (в год) —2,31; энергия ветра (в год) — 7,92.

Для целей теплоснабжения практическое значение на ближайшую перспективу будут иметь органическое и ядерное топливо, геотермаль­ная и солнечная энергия.

К искусственным видам энергии, которые используются для выра­ботки тепла на теплоснабжение, относятся «вторичные энергоресурсы» промышленных предприятий и электрическая энергия.

В СССР и во всем мире в настоящее время наиболее широко при­меняются источники тепла, использующие органические топлива — твердое, жидкое и газообразное. Основными источниками тепла явля­ются тепловые теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), вырабатывающие ком­бинированным способом электрическую энергию и тепло, и котельные, вырабатывающие тепло.

При комбинированном способе производства электроэнергии и теп­ла на ТЭЦ расходуется меньше топлива по сравнению с раздельным способом: выработкой электроэнергии на конденсационных электри­ческих станциях (КЭС) и тепла в котельных. Однако при этом необ­ходимы большие капитальные затраты на источник тепла и тепловые сети, поэтому по технико-экономическим соображениям тепловые ТЭЦ применяются обычно при тепловых нагрузках 500—800 МВт и выше, а котельные — при меньших нагрузках.

В зависимости от вида рабочего тела, используемого в цикле стан­ции, ТЭЦ бывают паротурбинные, газотурбинные и парогазовые. Преимущественное распространение в настоящее время имеют паро­турбинные ТЭЦ, которые обладают высокими технико-экономическими показателями.

Геотермальная энергия в виде горячей воды и пара применяется для теплоснабжения и выработки электроэнергии как в ряде районов кашей страны (на Камчатке, Северном Кавказе, в Казахстане, Сред­ней Азии и др.), так и в других странах (Венгрия, Новая Зеландия, Исландия, США и др.). Использование геотермальной энергии не влияет непосредственно на окружающую среду. Трудности заключа­ются обычно в ограниченности доступных для практического приме­нения запасов и неоднородном (иногда агрессивном) составе различ­ных геотермальных источников.

Необходимо отметить, что проведенные в последние годы под эгидой ООН исследования показали, что геотермальная энергия может быть получена практически везде (в одних районах Земли ге­отермальные воды и полости высокого давления находятся относи­тельно близко от поверхности, в других — глубже). Кроме того, низкопотенциальное тепло в виде горячей воды или пара может быть получено путем закачивания воды к горячим магматическим слоям литосферы вулканов, поэтому геотермальная энергия отнесена к на­иболее перспективным видам энергии для получения низкопотенци­ального тепла.

Вторичные энергоресурсы (ВЭР) в настоящее время находят при­менение на некоторых промышленных предприятиях в СССР и за ру­бежом для выработки тепла на теплоснабжение и электроэнергии.

ВЭР образуются на промышленных предприятиях побочно — в про­цессе производства при выпуске основных видов продукции. К ним от­носятся: физическое тепло, избыточное давление отходов и продукции, а также горючие отходы, потенциал которых не используется в техно­логических циклах. Выработка тепла и электроэнергии за счет такого потенциала позволяет экономить топливо на замещаемых установках, в результате чего повышаются энергетические показатели промыш­ленных предприятий.

Электроэнергия широко применяется для теплоснабжения в ряде капиталистических стран: США, Канаде, Швеции и др. Ее применение имеет определенные преимущества: возможность использования энер­гии непосредственно у потребителей, относительная простота подачи и применения, легкость регулирования и измерения величины нагрузки и др., а также то обстоятельство, что затраты на производство элек­троэнергии оплачивают потребители тепла.

Необходимо отметить, что электроэнергия является наиболее со­вершенным видом энергии и выработка ее в настоящее время произ­водится с большими затратами топлива по сравнению с затратами его при выработке тепла: КПД КЭС составляет примерно, 0,4; ко­тельных — 0,7—0,9, поэтому прямая трансформация электроэнергии в тепло в различных электрокотлах и электронагревателях энергетиче­ски нецелесообразна. По отмеченной причине в СССР использование электроэнергии для выработки тепла на теплоснабжение практически не производится.

Возможность применения электроэнергии для теплоснабжения может рассматриваться в особых крайне редких случаях, связанных с трудностью доставки топлива или прокладки трубопроводов, при
достаточной мощности электрических станций и линий электропере­дач, при крайней неритмичности и кратковременности режимов рабо­ты тепловых потребителей, при значительных провалах в графиках электропотребления в изолированных станциях и энергосистемах с труднорегулируемыми источниками и т. п.

В последние годы в СССР и за рубежом ведутся большие работы по использованию для теплоснабжения ядерного топлива и солнечной энергии. Источниками тепла на ядерном топливе являются атомные ТЭЦ и атомные котельные. Они особенно перспективны для крупных централизованных систем теплоснабжения, так как экономически целесообразны при больших единичных мощностях. В настоящее вре­мя в СССР и за рубежом работают и строятся несколько АТЭЦ

Солнечная энергия как энергоисточник имеет ряд преимуществ, чистоту, бесконечность во времени, «бесплатность» и др. Однако ши­рокое ее применение встречает технические трудности вследствие малой плотности (удельной мощности) и неритмичности действия во времени, поэтому использование солнечной энергии возможно только в определенных районах СССР: в Средней Азии, Казахстане, Закав­казье, Нижнем Поволжье, на юге Украины. Основное направление работ, экспериментально реализуемых в последние годы, — децентра­лизованное теплоснабжение отдельных зданий.

Кроме отмеченных основных видов энергии для теплоснабжения может использоваться и низкотемпературное тепло (природное и ис­кусственное) любой среды (воздуха, воды, грунта и др.) с помощью тепловых насосов. Последние повышают низкотемпературный потен­циал среды до уровня, необходимого для теплоснабжения, затрачивая при этом некоторое количество электрической, тепловой или другой энергии. Однако тепловые насосы на практике не получили распро­странения вследствие больших капитальных затрат.