Теплоэнергетический комплекс

Рис. 1. 6. Баланс производства и реализации теплоэнергии за 2006 г.

Исследования теплотехнических характеристик жилых и общественных зданий показывают, что от 60 до 85% энергетического баланса зданий составляют затраты на обеспечение комфортных условий пребывания человека в помещении - отопление (отчасти кондиционирование) и горячее водоснабжение. Существенной особенностью теплоснабжения является то, что нагрузки систем отопления варьируются от 20 до 100% мощности теплоисточника, а снабжение тепловой энергией должно обеспечивать круглосуточное поддержание комфортной температуры воздуха в помещении потребителя, установленной стандартами, строительными нормами и правилами в течение всего отопительного периода.

Являясь важнейшим элементом системы жизнедеятельности урбанизированных территорий, комплекс систем теплоснабжения предназначен для подготовки, транспорта и использования теплоносителя. Основное его назначение состоит в том, чтобы обеспечить потребителей необходимым количеством тепловой энергии требуемого качества, т.е. теплоносителем требуемых

параметров. В зависимости от размещения источников тепловой энергии системы теплоснабжения подразделяются на централизованные и децентрализованные (Рис. 1.7).

В конкретных условиях эффективным может оказаться как централизованное, так и децентрализованное оказание услуг теплоснабжения. Если город расположен компактно, то одна или несколько мощных высокопроизводительных ТЭС или котельных могут достаточно эффективно централизованно оказывать услуги теплоснабжения. Однако в общем случае децентрализация, т.е. приближение источников тепла к потребителям, оказывается выгоднее и дешевле.

Рис. 1.7. Структура теплоснабжения

В системах централизованного теплоснабжения источник тепловой энергии и теплоприемники потребителей размещены, как правило, на значительном расстоянии, поэтому тепловая энергия от теплоисточника до потребителей передается по тепловым сетям. В зависимости от степени централизации системы централизованного теплоснабжения можно разделить на следующие четыре группы: групповое - теплоснабжение от одного теплоисточника группы зданий; районное - теплоснабжение от одного теплоисточника нескольких районов; городское - теплоснабжение от одного теплоисточника одного города; межгородское - теплоснабжение от одного теплоисточника нескольких городов.

Для транспортировки тепловой энергии применяют, как правило, два теплоносителя: воду и водяной пар. Для передачи тепловой энергии на расстояния, измеряемые многими десятками и даже сотнями километров (до 100 км и более), могут использоваться специальные системы транспорта тепловой энергии, основой которых является теплоноситель в химически связанном состоянии. В зависимости от вида теплоносителя

системы централизованного теплоснабжения разделяются на водяные и паровые (

Рис. 1.8).

Водяные системы подразделяют на две группы: закрытые (замкнутые) и открытые (разомкнутые). В закрытых системах сетевая вода, циркулирующая в тепловой сети, используется только как теплоноситель, но из сети не отбирается, а в открытых - частично (редко полностью) разбирается у потребителей для горячего водоснабжения. В зависимости от числа трубопроводов, предназначенных для транспорта тепловой энергии в одном направлении, водяные системы делятся на одно-, двух-, трех- и многотрубные. Минимальное число трубопроводов для открытой системы равно единице, а для закрытой системы - двум.

Рис. 1.8. Системы централизованного теплоснабжения

Наиболее простой системой является однотрубная, которая применима в том случае, когда теплоноситель полностью используется у абонентов, например для горячего водоснабжения, и обратно на станцию не возвращается. Для теплоснабжения городов в большинстве случаев применяются двухтрубные водяные системы. Тепловая сеть состоит из двух параллельных линий: подающей и обратной. По подающей линии горячая вода подводится от теплоисточника к абонентам, по обратной линии охлажденная вода возвращается на теплоисточник. Преимущественное строительство в городах двухтрубных систем теплоснабжения объясняется тем, что эти системы дешевле многотрубных по начальным затратам и эксплуатационным расходам и требуют меньших ме- талловложений при сооружении.

Непосредственным распределителем тепловой энергии являются отопительные приборы - водовоздушные теплообменники, теплопроизво-

дительность которых, в первую очередь, определяется разницей температур между теплоносителем и воздухом в помещении. В децентрализованных системах источник тепловой энергии и теплоприемники потребителей либо совмещены в одном агрегате, либо размещены столь близко, что передача тепловой энергии от источника до теплоприемника может осуществляться практически без промежуточного звена - тепловой сети. Таким образом, в общем случае децентрализация, т. е. приближение источников тепла к потребителям, оказывается выгоднее и дешевле, ввиду того что значительная часть тепла при централизованном теплоснабжении теряется при его транспортировке и потреблении (Рис. 1.9).

Рис. 1. 9. Структура потерь тепла при производстве, транспортировке

и потреблении

Повышение энергоэффективности теплоснабжения потребителей в этом случае обеспечивается: приближением источника тепла к потребителю с целью уменьшения потерь тепла при транспортировке путем устройства пристроенных, встроенных и крышных автоматизированных котельных; организацией системы диспетчеризации, управления и учета производства и потребления тепловой энергии, используя самые современные информационные технологии, что позволит перевести систему теплоснабжения на качественно новый уровень интеллектуальных систем; использованием вместо существующего качественного метода регулирования с температурным графиком 150-70°С количественного метода отпуска тепла с частотно-регулируемым электроприводом циркуляционных насосов с постоянной температурой теплоносителя 115-60°С в отопительный период и 75°С - в летний, который позволяет снизить коррозионный износ тепловых сетей и перейти на обратном трубопроводе на использование пластиковых материалов.

Таким образом, наряду с планомерным развитием централизованного теплоснабжения на основе теплофикации (комбинированной выработки тепловой и электрической энергии на ТЭС), децентрализованные (локальные)

тепловые источники сегодня гибко дополняют перспективные схемы развития теплоснабжения. Автономное теплоснабжение, как правило, предназначено для отопления и горячего водоснабжения одноквартирных и блокированных жилых домов. К локальной системе отопления и горячего водоснабжения относятся: источник теплоснабжения (котел) и сеть трубопроводов с нагревательными приборами и водоразборной арматурой. Преимущества таких систем теплоснабжения заключаются в следующем: отсутствие дорогостоящих наружных тепловых сетей; возможности быстрой реализации монтажа и запуска в работу систем отопления и горячего водоснабжения; низкие первоначальные затраты; упрощение решения вопросов, связанных со строительством таких систем, так как они сосредоточены в руках владельца здания; сокращение расхода топлива за счет местного регулирования отпуска тепла и отсутствия потерь в тепловых сетях.

Помимо этого как в городском хозяйстве, так и на промышленных предприятиях все шире используются малые (локальные) тепло-, электроисточники (мини- и микроТЭС) на базе современных газопоршневых или газотурбинных установок, устройство электрических надстроек существующих котельных с использованием паротурбинных или газотурбинных агрегатов, основными достоинствами которых являются: малые потери при транспортировке тепловой и электрической энергии по сравнению с системами централизованного теплоснабжения; автономность функционирования (независимость от энергосистемы) и возможность продажи в энергосистему излишков вырабатываемой электроэнергии; улучшение экологических показателей существующих котельных за счет выработки в них кроме тепловой еще и электрической энергии; повышение надежности теплоснабжения, так как возможные перебои с подачей электрической энергии не приводят к прекращению работы теплоисточника.

Основные направления развития системы коммунального теплоснабжения предусматривают: сокращение теплопотерь суммарной мощности источников тепла путем повышения теплозащитных характеристик новых и реконструируемых зданий и теплотрасс; повышение надежности и эффективности систем теплоснабжения путем их децентрализации и строительства локальных тепловых установок, не требующих строительства протяженных теплотрасс.

Кроме того, для решения накопившихся проблем, связанных с эксплуатацией и дальнейшим развитием систем теплоснабжения (централизованных, децентрализованных, автономных, индивидуальных) осуществляется объединение тепловых сетей акционерных обществ энергетики, электрификации

и муниципальных тепловых сетей в рамках одного предприятия (от коллекторов источников тепловой энергии до конечных потребителей) на основе государственно-частного партнерства. Это позволит распределить риски между органами муниципальной власти и менеджментом акционерных обществ и обеспечит надежное и экономически эффективное теплоснабжение конечных потребителей.

Электроснабжение. Современное городское хозяйство насчитывает тысячи мелких, средних и крупных субъектов предпринимательства, объекты социальной сферы и население, которые являются наряду с промышленностью основными потребителями электрической энергии. Поэтому в национальной экономике электроснабжение является одним из базовых видов деятельности на рынке потребительских услуг. Передача и распределение электрической энергии осуществляются предприятиями электрических сетей, в том числе и муниципальными[5].

Коммунальная электроэнергетика является неотъемлемой частью «большой» электроэнергетики и начинается там, где заканчивается выработка и транспортировка электроэнергии высокого напряжения, как правило, свыше 110 кВ, и начинает действовать региональный розничный рынок электроэнергии. Достаточно отметить, что около 50% произведенной электрической энергии реализуется через систему коммунальной дистрибьюции, в том числе около 20% - через предприятия городских электрических сетей (Рис. 1.10). В коммунальном комплексе городов и поселений осуществляется выработка более 6,0 млрд кВтч электроэнергии в год, как правило, на совре-

9

менных дизельных и когенерационных установках .

Потребители энергии на розничном рынке подразделяются по категориям (группам) в зависимости от различных факторов, основным из которых является уровень напряжения в точке подключения потребителя к сети электроснабжающей организации. Выделяют три основных категории (группы) потребителей, получающих электроэнергию на розничном рынке: высокого напряжения - 110 кВ и выше (промышленные и приравненные к ним потребители); среднего напряжения - от 35 до 6 кВ (непромышленные, производственные сельскохозяйственные потребители); низкого напряжения - 0,4 кВ и ниже (городское и сельское население; бюджетные потребители).

Такое разделение потребителей объясняется тем, что по мере понижения напряжения при поставках энергии потребителям увеличивается как стоимость обслуживания транспортной магистрали (протяженность линий электропередачи, увеличение числа трансформаторных подстанций), так и величина потерь энергии при ее передаче. Это приводит к росту стоимости поставляемой потребителям энергии обратно пропорционально уровню напряжения в точках поставки, т. е. стоимость предоставления услуг электропотребления для потребителей низкого напряжения (0,4 кВ), как правило, это население, должно быть самой высокой.

В существующей хозяйственной практике ситуация несколько иная, и она обусловлена наличием перекрестного субсидирования при установлении тарифов на электроэнергию для различных групп потребителей[6]. Снабжение потребителей электроэнергией в отличие от других видов деятельности имеет следующие существенные особенности.

Продано предприятиям коммунальной энергетики 107,0 млрд. кВт.ч

Продано предприятиям коммунальной энергетики 107,0 млрд. кВт.ч

Реализовано

электроэнергии по потребителям

763,0 млрд. кВт.ч

в том числе:

Реализовано

электроэнергии по потребителям

113,0 млрд. кВт.ч

в том числе:

Рис. 1. 10. Баланс вырабатываемой и реализуемой электроэнергии по России

за 2006 г. Процесс оказания услуг электроснабжения представляет собой непрерывную цепь превращений энергии. В этом процессе выделяют три фазы, четко отличающиеся по своим функциям и задачам: превращение (трансформация) энергии используемых энергоресурсов в тот вид энергии, который необходим потребителю, например, с одного напряжения на другое (380 в 220 В);

транспорт преобразованной энергии и ее распределение между отдельными приемниками; потребление энергии, состоящее в ее преобразовании в другие виды энергии, используемые в различных приемниках, или в изменении параметров энергии. Процесс производства (превращения), передачи, распределения и потребления энергии протекает практически одновременно и непрерывно. Непрерывность процесса производства энергии, в свою очередь, приводит к следующим отличиям этого вида деятельности:

о имеется абсолютная соразмерность объема производства с объемами потребления энергии, т.е. отсутствуют ее запасы; о исключено бракование продукции и изъятие ее из потребления; о отсутствует проблема сбыта, из-за чего невозможно затоваривание;

о              отсутствует необходимость складировать продукцию, так как все, что производится, потребляется в тот же момент.

Невозможность складирования энергии обуславливает принципиальное отличие работы предприятий энергетических сетей, которое состоит в том, что объемы выработки электроэнергии подчинены потребителю и изменяются в соответствии с его потребностями. Невозможность бракования продукции - электроэнергии и изъятия ее из потребления возлагает на эти предприятия особую ответственность за постоянное качество электроэнергии, т.е. поддержание в заданных пределах ее параметров, основными характеристиками которых являются напряжение и частота.

Предприятия, оказывающие услуги электроснабжения, тесно связаны с бизнесом, бюджетной и жилищной сферой, городским транспортом и другими секторами муниципальной экономики, со всей совокупностью представленных в них разнообразных приемников электрической энергии, что предопределяет жесткую зависимость объемов производства электроэнергии от режима ее потребления в течение суток, недель, месяцев. В основе этого лежат, с одной стороны, природно-климатические факторы (колебания температуры, изменение естественного освещения и т.п.), а с другой - особенности технологических процессов и видов деятельности предприятий, организаций и учреждений экономики муниципалитета, режима труда и отдыха, изменения бытовой нагрузки.

Указанные особенности обуславливают необходимость обеспечения достаточно высокого уровня надежности работы предприятий электрических сетей для выполнения главной задачи - бесперебойности электроснабжения потребителей. Перебои в электроснабжении наносят населению, бизнесу и муниципальному сообществу в целом большой ущерб, приводят к нарушению нормальной работы потребителей, порче оборудования, бытовой техники, снижают комфортные условия проживания населения и др.

Существенной особенностью предоставления услуг электроснабжения является относительно быстрое развитие аварийных ситуаций в других от

раслях и сферах деятельности (в тепло-, водоснабжении и водоотведении, работе городского транспорта и др.). В соответствии с энергетической стратегией России на период до 2020 г. (утв. распоряжением Правительства РФ от 28.08.03 № 1234) дальнейшее развитие коммунальной электроэнергетики будет осуществляться путем ее модернизации, в том числе за счет привлечения частного капитала в эту потенциально привлекательную в инвестиционном отношении сферу хозяйственной деятельности. Также предусматривается на основе реформирования и модернизации всей жилищно-коммунальной сферы РФ преобразование унитарных муниципальных предприятий, обеспечивающих электроснабжение населения и коммунальной сферы городов, в открытые акционерные общества с последующей их интеграцией с акционерными обществами энергетики и электрификации, включая использование концессионных, арендных и других механизмов управления объектами коммунальной инфраструктуры.