Система отопления городских зданий

В Дании, которая имеет значительные гидроэнергетические ресурсы, первые централизованные тепловые сети были построены еще в 1920 году.

 

Сейчас в скандинавских странах производится и распределяется по общественным тепловым сетям ежегодно 130 TWh (360 PJ) тепловой энергии, которая используется как для обогрева помещений, так и для горячего водоснабжения.

 

В Дании первая система централизованного теплоснабжения была построена в центре Копенгагена и предназначалась для снабжения теплом госпиталей и общественных бань. В качестве источника тепла использовался уголь, поставлявшийся из-за границы, который сжигали на заводе, вырабатывавшем одновременно и энергию, и тепло. Во время Первой мировой войны возникли трудности с импортированием угля вследствие германской блокады, начавшейся в 1917 году, поэтому пришлось переключиться на работу на низкосортном буром угле, который добывался непосредственно в Дании. Темпы развития системы центрального отопления возросли с окончанием Первой мировой войны. В 1925 году был введен в эксплуатацию Готерсгрейский энергетический завод, а в 1926 году — Восточный энергетический завод, двумя годами позже, в 1928 году, — Западный. Увеличение сети центрального теплоснабжения сопровождалось разработкой и внедрением более эффективных генерирующих устройств. Так, например, в 1930–1931 гг. в эксплуатацию было введено новое оборудование — паровой аккумулятор. Основным назначением этого устройства было аккумулирование тепла. Для этого в ночное время, когда потребление тепла снижалось, пар под высоким давлением поступал внутрь аккумулятора, утром, когда намечался пик потребления тепла, пар отдавал сохраненное тепло в сети теплоснабжения. До 1940 года отходы сжигались на перерабатывающих заводах, в то время как только уголь использовался для производства тепла.

 

Немецкая оккупация во время Второй мировой войны создала необходимость поиска альтернативного решения по снабжению топливом отопительной системы Копенгагена, в связи с тем что источники поставки топлива были блокированы.

 

На заводах имелись запасы топлива на 5–6 месяцев, но этого было недостаточно для стабильной работы, и поэтому началась разработка местных месторождений бурого угля и торфа, хотя это было связано с рядом проблем. Одна из них — вследствие высокой влажности торфа его приходилось сушить в бойлерных и только потом пускать на переработку. Но и этого было недостаточно, приходилось сжигать угольную пыль, растительное волокно, остатки отходов, нефти, смолы, мусор и отходы промышленных предприятий — щепки, стружки, опилки.

 

В послевоенные годы власти Копенгагена учли предыдущий опыт, использовав его в дальнейшем развитии системы централизованного отопления. Было решено, что центральная система отопления должна стать комбинированной и вырабатывать вместе с теплом и электроэнергию. С 1953 по 1959 год было построено два завода, на которых шесть бойлеров готовили пар, направляемый в общую паровую трубу для производства электроэнергии, а потом в магистрали системы теплоснабжения.

 

До 1970 г. в Копенгагене строились небольшие заводы по переработке мусора. Проблемы экологии обратили на себя внимание в Дании уже в начале 70-х. Вследствие возрастающих природоохранных требований в период с 1970 по 1990 год отходы стали перерабатывать на нескольких крупных заводах, причем были инвестированы значительные средства в очистительное оборудование.

 

За годы эксплуатации небольшая централизованная система отопления, предназначенная для получения тепла от перерабатывающих заводов, превратилась в обширную теплораспределительную сеть, которая подверглась модернизации вследствие кризиса в 70-х годах прошлого века.

 

Было решено сфокусировать внимание на вопросах снижения зависимости от поставок дефицитного топлива.

 

Альтернатива была найдена в виде менее дефицитного на тот момент природного газа, но никто не сомневается, что это лишь временное решение проблемы. В настоящее время, по данным экспертных отчетов, не менее 30% спроса на тепло ежегодно покрывается за счет избыточного тепла, получаемого при переработке органических отходов, стружки, опилок.

 

На сегодняшний день переработка отходов в виде древесины, соломы, опилок и низкосортного угля сконцентрирована на трех крупных заводах. Суммарное количество тепловой энергии, вырабатываемой на этих заводах, обеспечивает около 30% потребности в тепле в Копенгагене.

 

В централизованной системе Дании вырабатывается только половина тепла и энергии. Она состоит из крупных ТЭЦ, работающих на газе, угле или нескольких видах топлива, и мини-ТЭЦ, использующих альтернативные виды топлива, такие как биотопливо и бытовые отходы. В системы централизованного теплоснабжения также включены резервные котельные, работающие на угле, газе или дизельном топливе. 30% всей энергии на датском рынке вырабатывается автономными источниками энергии. Им с каждым годом в Дании уделяется все больше внимания, в частности тем из них, которые способны работать на возобновляемых видах топлива. 5 мая 2006 г. состоялась геотермальная демонстрация в рамках проекта по снабжению отопительной системы Копенгагена горячей водой. Геотермальная вода подавалась при температуре 73 °С из глубины 2700 метров. Производительность нового завода позволит удовлетворить потребности в тепле 4000–5000 домов, что составляет 1% от спроса в Копенгагене. Проекты подобного рода являются достаточно перспективными, поскольку помогают удовлетворить запросы потребителей при выполнении высоких экологических требований. Среди особенностей управления системы теплоснабжения в Дании можно отметить несколько моментов. Во-первых, датский опыт эксплуатации систем центрального теплоснабжения показал, что эффективное планирование и управление мероприятий для обеспечения потребителя высококачественным теплоснабжением по низкой конкурентоспособной цене возможно тогда, когда системой теплоснабжения владеет муниципалитет или непосредственно потребители. Это придает гибкость и повышает оперативность принятия решений.

 

Во-вторых, система взаимоотношений поставщиков тепловой энергии и потребителей в Дании не испытывает серьезных потрясений, и это связано с тем, что потребители имеют возможность прямого влияния на компанию в качестве владельцев или непрямого воздействия посредством местных политиков (в случае муниципального владения). В соответствии с новым законом о теплоснабжении (2000 г.), компании-поставщики в Дании должны давать потребителям советы о том, как лучше использовать ЦТ и сберегать ресурсы. Такое обязательство полностью соответствует главной задаче компании — предоставлять потребителю тепло при самых низких возможных затратах.

 

Схема взаимоотношений поставщика и потребителя подразумевает, что генерирующая компания продает тепло зданию, а оборудование  теплового пункта и внутренняя сеть здания принадлежат и эксплуатируются домовладельцами, хотя в последнее время компании предлагают потребителям не только услуги по эксплуатации, но и возможность владения тепловым пунктом по конкурентоспособной цене. В результате владельцы зданий получают возможность принимать участие в формировании расходов и получать более выгодные для себя условия. Нужно сказать, что в России самая высокая степень централизации системы отопления. Большей частью это связано с известной всем по советской истории политикой централизации в 30-х годах прошлого века. Современные условия показывают, что более рациональным является развитие рынка независимых, автономных поставщиков энергии.

 

Современный рынок меняется, принципы централизованного теплоснабжения, основанные на зависимости от природных невозобновляемых ресурсов, устарели. Очевидно, что в России переход к новым принципам снабжения теплом зависит не только от компетентности поставщика, но и от политических и экономических условий.

 

В Дании существует около 300 компаний, осуществляющих поставку тепла, каждая из которых устанавливает собственные тарифы. Обычно тариф включает в себя фиксированную и переменную плату, общий тариф, привязанный к единице площади, меняется в зависимости от объема потребления абонентов. Этим определяется большая разница в тарифах различных компаний. Она может отличаться в три раза, у крупных компаний цены, как правило, значительно ниже, чем у мелких. Однако, хотя уровень тарифов в Дании выше, чем в других странах (в силу налогов на ископаемое топливо, высоких затрат на обеспечение надежности поставок и автоматизацию, высокого НДС), средний тариф примерно на 10% ниже, чем при использовании индивидуальной системы отопления .

 

Один из способов снижения себестоимости тепловой энергии в Дании — это уменьшение административных затрат. В частности, в крупной датской компании, одной из двух компаний, снабжающих Копенгаген теплом, работают только 24 сотрудника.

 

Для того чтобы компания в сфере теплоснабжения стала рентабельной, по мнению датских экспертов, необходимо: разработать и обеспечить выполнение плана развития по подключению новых потребителей, в том случае, если это рентабельно и конкурентоспособно по сравнению с альтернативным теплоснабжением; реализовать наиболее конкурентоспособные решения путем сотрудничества с другими компаниямипоставщиками оборудования, топлива, подрядчиками или банками; осуществлять постоянный контроль текущих затрат, с использованием, например, системы сравнительных ключевых показателей. Это позволит вести оперативное регулирование параметров технологического процесса; обеспечивать конкурентоспособный уровень цены соответствующего качества.

 

Большое значение датские теплоснабжающие компании придают вопросам взаимодействия с муниципалитетом для создания условий дальнейшего развития.

 

Использование теплоцентралей в других странах

Как отмечалось выше, в России — самая высокая доля централизованного теплоснабжения, она равна 70 процентам от всего поставляемого потребителям тепла. Например, в Германии степень централизации — примерно 14 процентов, в США — 5 процентов, Франции, Нидерландах - около 4 процентов. В большинстве развитых стран центральные сети теплоснабжения являются скорее исключением. В качестве исключения можно упомянуть Исландию, где 95 процентов объектов отапливаются и снабжаются горячей водой через теплоцентрали. Хотя, в данном случае, своей исключительностью Исландия полностью обязана имеющимся на ее территории природным условиям, ни одна страна не имеет такой возможности использования геотермальных источников энергии, тепло попадает в теплосети прямо из-под земли. Доля независимых поставщиков теплоэнергии в Европе неуклонно повышается благодаря проводимой национальной политике в этой сфере, направленной на увеличение эффективности теплоснабжения городских объектов. Причем в ряде стран приняты по-настоящему радикальные решения. Например, Швеция, в соответствии с национальной программой по инвестированию альтернативных источников энергии, полностью избавится от углеводородного и ядерного топлива к 2020 году. Системы отопления в различных странах имеют ряд общих черт — большинство генерирующих предприятий вырабатывают одновременно с теплом и электроэнергию, технология строительства теплоцентралей предполагает обязательное применение теплоизолированных труб, зачастую применяются тепловые аккумуляторы. В европейских странах монтаж линий теплоснабжения ведется из стандартных теплоизолированных труб длиной 6, 12 и 16 метров, при этом, в соответствии с техническими нормами, они в течение 30 лет должны обеспечивать транспортировку горячей воды с температурой 130 °С, а коэффициент теплопроводности должен быть не более =0,033 W/mK.

 

Четыре крупнейших поставщика труб для нужд европейских стран находятся в Швеции и Дании.

 

Вместе с тем имеются различия, связанные со специфическими местными факторами — географическими, политическими и экономическими.

 

В Австрии самая крупная сеть теплораспределения находится в Вене, при этом существует большое количество мелких сетей в других населенных пунктах. Тремя крупнейшими предприятиями, которые работают на бытовых отходах, было произведено 22 процента тепловой энергии, или 116 GWh электрической энергии и 1220 GWh тепловой.

 

В Дании в настоящее время 82,4 процента тепловой энергии производится на специализированных предприятиях, где в качестве топлива используются различные отходы. Теплоноситель с температурой 125 °С передается через сеть труб с давлением 25 атмосфер. Наибольшую протяженность сетей имеет Копенгаген, теплом снабжаются дома, квартиры 275000 частных владельцев. Пиковая мощность системы центрального отопления составляет 663 MW. Стоимость тепловой энергии для частных лиц составляет без налогов 43 евро за 1 МW.

 

В Финляндии центральное отопление занимает 50 процентов рынка, 80 процентов из которого производится на теплоэлектростанциях. К нему подключено большинство объектов общественного назначения и многоквартирных домов. В основном используется природный газ, но в портовых городах и городах близких к ним в качестве топлива применяют уголь. Часть тепловой энергии, около 8 процентов, вырабатывается из отходов.

 

В Германии традиционно небольшая доля центрального отопления — всего 14 процентов всех потребителей, 83 процента теплоэнергии поступает с ТЭЦ, остальное количество — с других генерирующих предприятий. Крупнейшая теплосеть находится в Берлине. В структуре потребляемого топлива 42 процента занимает природный газ, 39 — уголь, остальное тепло поступает от сжигания торфа, промышленных и бытовых отходов.

Система центрального теплоснабжения в Швеции имеет достаточно большую долю на рынке тепла. Но особенностью шведских генерирующих компаний является тенденция постепенного перехода к альтернативным источникам энерго- и теплоснабжения, использование возобновляемого топлива и постепенный отказ от углеводородного. В шведском городе Векше проживает 55000 жителей. В период с 1993 по 2006 год теплоэлектростанция, снабжающая город теплом, сократила потребление углеводородного топлива на 30 процентов. Основная ставка делается на биомассу как один из основных видов топлива.

 

В Северной Америке, в Канаде централизованное отопление используется в Ванкувере, Торонто и других городах, при этом все большую долю в структуре потребления занимают альтернативные источники энергии и возобновляемое топливо.

 

Несмотря на то что в США центральное теплоснабжение занимает незначительную часть рынка, Нью-Йорк имеет самую обширную сеть тепловых коммуникаций в мире. Она начала эксплуатироваться в марте 1882 года. Подобные системы есть в Сан-Франциско, Питсбурге и других городах Соединенных Штатов.

 

Перспективы центрального теплоснабжения в России В отличие от европейских стран, у России есть свой собственный, особенный взгляд в отношении путей развития национальной сети теплоснабжения. В качестве варианта развития систем теплоснабжения в России, незадолго до развала СССР, рассматривалось создание и развитие сети ядерных теплоэлектростанций. Так, например, в советские времена велось строительство Горьковской атомной станции теплоснабжения. До сих пор недостроенная, она предназначалась для производства тепловой энергии для обогрева Нагорной части Нижнего Новгорода. Строительство станции велось в 1980-х годах близ деревни Федяково в Кстовском районе Нижегородской области, в нескольких километрах к востоку от городской черты Нижнего Новгорода. Станция строилась по проекту, разработанному ФГУП «Опытно-конструкторское бюро машиностроения» (ОКБМ), была снабжена двумя энергоблоками АСТ-500.

 

Планировалось, что она будет снабжать теплом Щербинки и Верхние Печёры. К началу 90-х годов станция была построена на 85%, но авария на Чернобыльской АЭС вызвала массовые протесты жителей, и строительство было остановлено, станцию законсервировали. В 1991 году станция перешла в собственность Нижегородской области. В 2004 году помещения атомной станции теплоснабжения сдавались в аренду частным предприятиям, включая ликероводочный завод, но сейчас в рамках принятой национальной программы по развитию атомной энергетики в России, включающей строительство 28 ядерных реакторов в ближайшие годы, планируется ввести ее в эксплуатацию до 2015 года.

 

В России считают, что ядерная энергетика, включающая и малую энергетику, будет играть в XXI веке главную роль, поскольку строительство энерго- и теплоснабжающих станций на ядерном топливе — это решение энергетической проблемы на период от 50 и более лет. Одним из доводов в пользу АЭС как основы системы центрального теплоснабжения России является, по словам экспертов, высокое экологическое преимущество перед традиционными теплоэлектростанциями, причем под «экологичностью» понимается возможность уменьшить в несколько тысяч раз объем транспортных расходов для органического топлива. Например, действующая сегодня на Чукотке Билибинская АЭС мощностью 48 МВт вырабатывает тепловую и электрическую энергию, на производство которой в год потребовалось бы свыше 200 тыс. тонн условного топлива. Эквивалентное для выработки такого же количества энергии ядерное топливо весит всего 50 тонн и доставляется авиатранспортом один раз в год.

 

По словам специалиста в области физико-технических проблем специальной ядерной энергетики, бывшего президента Ядерного общества России Анатолия Зродникова, в сфере атомной энергетики подготовлен целый ряд проектов атомных станций, предназначенных для обеспечения теплоснабжения в локальных энергосистемах страны. Он считает, что «идущий процесс реформирования энергетики, высокая конкурентоспособность и растущая роль атомных энерготехнологий позволяют говорить о том, что в скором времени будет сформирована и начнет развиваться новая отрасль энергетики — атомное теплоснабжение». Хотя тут следует внести ремарку, что эти оптимистичные слова были произнесены до известных событий на ядерной станции в Японии.

 

Тем не менее российские специалисты уверены, что возможности ядерной энергетики, в частности в условиях централизованного теплоснабжения в России, недооценены. Тем более учитывая риски, связанные с экспансией сланцевого газа и ростом внутренних тарифов на природный газ.

 

Одним из перспективных проектов эксперты в области ядерной энергетики считают строительство атомной станции для целей теплоснабжения в городе Обнинске на базе реакторной установки РУТА. По расчетам, она позволит существенно сократить объемы бюджетных трат на органическое топливо. Так, сейчас в тарифе ТЭЦ и котельных на тепло топливная составляющая занимает около 75%. Рост стоимости газа в два раза означает практически удвоение цены на тепловую энергию. Для реактора РУТА топливная составляющая занимает в тарифе 7%. Удвоение цены на ядерное топливо увеличит тариф на тепло всего на 7%. Согласно экономической оценке рентабельности атомного теплоснабжения видно, что АТЭС является рентабельной даже для условий Обнинска. С учетом значительного роста цен на органическое топливо рентабельность АТЭС будет еще расти.

Стоимость строительства АТЭС на базе реакторов для теплоснабжения с атмосферным давлением РУТА составляет $14,7 млн, теплофикационная способность составляет 300000 Гкал в год. Срок службы АТЭС составляет 50 лет, окупаемость проекта — 10,5 лет. Срок строительства — один год. Мощности АТЭС на базе реакторов РУТА могут быть встроены в существующую систему теплоснабжения городов, в частности — Обнинска.

 

Тем не менее, несмотря на безопасность и эффективность данного проекта, он не получил развития.

 

В последнее время все большее распространение приобретает европейский опыт реализации современных систем теплоснабжения, главный принцип которого — все та же пресловутая автономность.

 

Поквартирное отопление — децентрализованное индивидуальное обеспечение отдельной квартиры   в многоквартирном доме теплом и горячей водой. Основными элементами поквартирного отопления являются: отопительный котел, отопительные приборы, системы подачи воздуха и дымоудаления. Наиболее дешевым вариантом поквартирного отопления является теплоснабжение с использованием в качестве источника энергии природного газа. В Италии подобным индивидуальным отоплением обеспечено около 20 миллионов жилых домов. На Западе системы поквартирного отопления широко применяются уже несколько десятков лет.

 

Среди недостатков подобных систем автономного теплоснабжения многоквартирных домов отмечают повышенную пожаровзрывоопасность, связанную с отсутствием у россиян опыта эксплуатации, бытовой дисциплины и культуры безопасности.

 

Выход — применение современных настенных газовых котлов. Они имеют до 10 степеней защиты и на порядок безопаснее, чем традиционные газовые бытовые колонки и даже газовые плиты. Главное препятствие в этом направлении — несоответствие российской нормативной базы современному уровню развития технологий. В соответствии с российским СНиП применение газовых отопительных котлов для поквартирного отопления разрешено в зданиях высотой до 10 этажей. В зданиях высотой свыше пяти этажей котлы должны иметь закрытую камеру сгорания и принудительную вытяжку. Наиболее оптимальным является применение таких систем в новостройках  и при переводе целых зданий на поквартирное отопление. В условиях изношенных труб системы теплоснабжения применение поквартирного отопления становится недорогим и эффективным решением для обеспечения теплом жилых объектов и снижения зависимости от монопольных тарифов.

 

 

Источник:  www.stroyip.ru