Теплопостачання

Теплопоста́чання (постачання теплової енергії) — сфера діяльності з виробництва, транспортування, постачання теплової енергії споживачам.

Теплопостачання
Протилежне	district coolingd
Теплопостачання у Вікісховищі

Трубопровід централізованого теплопостачання від Дюрнрора до Санкт-Пельтена протяжністю 31 км

Загальна характеристика систем теплопостачання

Подача теплової енергії у приміщення для забезпечення в них комфортних параметрів внутрішнього повітря, приготування гарячої води для санітарно-гігієнічних потреб і для виконання технологічних процесів на промислових підприємствах потребує організації та функціювання спеціальних систем теплопостачання, які бувають місцевими, якщо вироблення теплоти відбувається в місці його споживання, або централізованими, якщо вироблення теплоти здійснюється спеціальними підприємствами.

В існуючому господарському механізмі України теплопостачання будівель здійснюється в основному від централізованих систем. Цьому сприяло краще використання палива, більші можливості впровадження заходів з боротьби з забрудненням атмосфери продуктами спалювання палива, зменшення питомих витрат на експлуатацію. Централізовані системи теплопостачання складаються з трьох основних елементів: джерело теплоти, теплові мережі, системи використання теплоти у споживачів.

Джерела теплопостачання призначені для перетворення в теплоту енергію, що міститься в органічному чи ядерному паливі і нагрівання теплоносія (вода, водяна пара), який транспортує теплоту до споживачів.

Джерелом теплопостачання в містах є теплоелектроцентралі (ТЕЦ) і котельні, а сільській місцевості — невеликі котельні й опалювальні печі. На відміну від ТЕЦ і великих котелень централізованого теплопостачання, вироблення теплоти в невеликих котельнях і опалювальних печах потребує значних витрат некваліфікованої праці й сприяє суттєвому забрудненню навколишнього середовища.

Систему трубопроводів і спеціального обладнання, призначених для організації руху теплоносія від джерела до споживача і повернення охолодженого теплоносія до джерела теплопостачання, називають тепловими мережами.

Системи використання теплоти у споживачів призначені для прийому теплоносія з теплових мереж для його розподілу, підтримання потрібних параметрів у абонентів, для обліку споживання теплоти.

Джерела теплопостачання

Котельні є основним джерелом теплопостачання для середніх (з чисельністю населення близько 100 тис.) і малих (до 50 тис.) міст. Залежно від величини теплового навантаження комунальні котельні, що призначені в основному для відпускання теплоти житловим і громадським будинкам, класифікують відповідно до структурних одиниць території міст: будинкові, групові, мікрорайонні, районні.

Домові котельні мають теплову потужність до 2 МВт і відпускають теплоту системам теплоспоживання окремої будівлі. Такі котельні розміщують, як правило, в межах будинку, який вони обслуговують.

Групові котельні здійснюють теплопостачання групи будинків із загальною кількістю населення до 3000 і сумарною витратою теплової енергії 2-9 МВт.

Мікрорайонні котельні забезпечують теплотою всі житлові й громадські будівлі мікрорайону з чисельністю населення 6-20 тис. і сумарною витратою теплоти 10-70 МВт. Такі котельні, як і групові, розміщують в окремій споруді.

Районні котельні можуть забезпечити теплотою житловий район (або невелике місто) з кількістю населення 25-80 тис. і тепловим навантаженням 50-300 МВт.

Котельні класифікують також за видом теплоносія (парові, водяні), за видом палива (газові, газомазутні, вугільні). Суттєво впливає на теплову схему й номенклатуру обладнання котельні, спосіб подачі води на гаряче водопостачання. За цією ознакою розрізняють відкриті й закриті системи.

Внаслідок збільшення відбору води з мереж котельні, що обслуговують відкриті системи теплопостачання, мають більшу потужність апаратів підготовки води для котлоустановок.

Теплові мережі

Теплові мережі призначені для транспортування тепла споживачам з метою забезпечення комунально-побутових потреб (опалення, вентиляція, гаряче водопостачання) і технологічних потреб.

Теплові мережі можуть бути кільцевими і тупиковими.

Методи прокладання теплових мереж: 1 — роздільний, 2 — суміщений.

Розподільні теплові мережі прокладають по вулицях міста від джерела до інженерних споруд: при роздільному методі прокладки — під тротуаром; при суміщеному методі прокладки в міському колекторі разом з В1, W1, V0 також під тротуаром.

Розвідні теплові мережі виходять із ЦТП до будинків мікрорайону при роздільному методі прокладки в непрохідних каналах, розташованих у землі, як правило, з боку дворових фасадів, на відстані не менше 2 м від фундаментів будинку, а при безканальній прокладці на відстані не менше 5 м. При суміщеному методі прокладки теплові мережі розміщують у прохідному каналі (мікрорайонному колекторі) під мікрорайонними проїздами або в технічних підпіллях будинків і «зчіпках» між ними.

Ввід і відгалуження при транзитному методі прокладки по технічних підпіллях закінчуються індивідуальним тепловим пунктом (ІТП), в якому відбувається зниження температури теплоносія від 1500 до 95-105 °C, використовуваного для опалення будинку. ІТП розміщують в технічних підпіллях будинку. Можлива установка одного ІТП на кілька секцій будинку або одного на весь будинок.

Теплопостачання в Україні

Екологічні та економічні аспекти

Основними споживачами теплової енергії є житлово-комунальний сектор (44%) та промисловість (35%), інші галузі економіки разом споживають близько 21% тепла. Приблизно четверта частина всього органічного палива витрачається на теплопостачання житлових будинків. Потреби споживачів у тепловій енергії в Україні забезпечується за допомогою 250 теплоелектроцентралей (ТЕЦ), 100 тис. опалювальних котелень, що працюють на органічному паливі з середнім коефіцієнтом корисної дії 80…84%, великої кількості електричних теплогенераторів, а також установок, які використовують вторинні теплові енергоресурси та відновлювані джерела енергії. Близько 80 % всього палива, яке використовують ТЕЦ, складає природний газ. Основним паливом для котелень є природний газ (~ 55%), вугілля та мазут. До систем централізованого теплопостачання підключено ~ 11 млн. квартир в містах. Близько 7 млн. домогосподарств мають індивідуальне опалення.

Питома теплота згорання характеризує кількість теплоти, що виділяється при повному згоранні палива масою (тоді питома теплота вимірюється у Дж/кг або кал/кг), чи об’ємом (тоді питома теплота вимірюється у Дж/м³ або кал/м³). При згоранні природного газу створює приблизно 8 кВт·год теплової енергії. Враховуючи те, що 1 кВт·год = 3,6 МДж, теплотворна спроможність природного газу складає 28,4 МДж теплової енергії. Теплотворна спроможність природного газу може також бути визначена у нестандартних теплових одиницях - 8 Мкал/кг або 31,8 МДж/кг. Для порівняння, теплота згорання одного кілограму умовного палива (у.п.) складає 29,3 МДж або 7 Мкал, що відповідає теплотворній спроможності низькокалорійного антрациту. 

Теоретично для виробництва 1 Гкал тепла потрібно спалити умовного палива. З урахуванням втрат на виробництво 1 Гкал тепла в Україні витрачається приблизно у.п., тоді як у світі - всього у.п. Непродуктивні втрати теплової енергії при виробництві та транспортуванні сягають ~ 40 %. При цьому питомі втрати (інтенсивність втрат) теплової енергії у середньостатистичному будинку, звичайно, складають (50…100) Вт/м². У результаті, на відновлення теплового балансу одиниці площі витрачається 780….1560 МДж теплової енергії на рік або 27…60 кг у.п. по країні, що у 2...2,5 рази перевищує показники економічно розвинених країн.

Теплопостачання – одна з найбільш енерговитратних галузей економіки.

Протяжність магістральних і розподільчих теплових мереж в Україні (за винятком власних тепломереж промислових підприємств) становить 24,3 тис. км у двотрубному обчисленні. Втрати тепла в теплових мережах коливаються в межах (5…32) %. інколи, навіть, перевищують 40 %.

Забруднення навколишнього середовища

Головними вадами існуючих систем теплопостачання населених пунктів є виробництво енергії з викопного органічного палива, викиди парникових газів, забруднення довкілля, віддаленість від споживачів, високі втрати теплової енергії при транспортуванні, висока вартість виробництва теплової енергії, низька енергоефективність виробництва теплової енергії.

Пріоритетними завданнями в тепловій енергетиці, до якої належать електростанції та котельні на органічному паливі, є зменшення викидів забруднювальних речовин (твердих частинок, двоокису сірки, оксидів азоту) та парникових газів в атмосферне повітря, запобігання забрудненню поверхневих і підземних вод, у тому числі і теплового, зменшення забруднення земель, угідь, що відводяться під енергооб’єкти, склади та відвали, рекультивація земель, зайнятих об’єктами, що вичерпали свій ресурс, для їх подальшого використання.

Політичні драйвери розвитку систем теплопостачання

Державна політика по мінімізації впливу технологій виробництва, транспортування і споживання теплової енергії на населення та навколишнє середовище урегульована законами України «Про теплопостачання» та «Про енергозбереження». Вона базується на наступних принципах: забезпечення енергетичної безпеки держави; оптимального поєднання систем централізованого, помірно-централізованого, децентралізованого та автономного теплопостачання; державної підтримки та стимулювання у сфері теплопостачання; використання нетрадиційних і поновлювальних джерел енергії; підвищення екологічної безпеки систем теплопостачання; створення умов для впровадження енергозберігаючих технологій; сприяння розвитку конкурентних відносин на ринку теплової енергії.

Стратегічними цілями розвитку систем теплозабезпечення є надійне, якісне та безпечне постачання теплової енергії соціальній сфері та галузям економіки країни на основі їх технологічної перебудови з переважним використанням комбінованого виробництва теплової та електричної енергії на базі твердих палив, теплових насосів, інших досягнень науково-технічного прогресу, підвищення енергетичної й економічної ефективності та забезпечення екологічних вимог.

Головним напрямом розвитку систем генерації, транспорту та розподілу тепла має стати зниження рівнів споживання природного газу за рахунок підвищення ефективності його використання, розвитку систем теплопостачання на базі електричної енергії, вугілля, позабалансових, нетрадиційних та відновлюваних джерел енергії, вторинних енергетичних ресурсів, природних теплових ресурсів, тощо. Водночас прогнозоване відставання темпів зростання цін на електричну енергію від цін на природний газ та нафту створює економічні умови для використання електричної енергії замість природного газу та мазуту у системах промислового та побутового теплозабезпечення.

З метою оптимізації режимів виробництва електричної енергії та підвищення коефіцієнта використання потужностей атомних енергоблоків шляхом збільшення споживання електроенергії в години „нічного провалу” є можливість замінювати газовий нагрів системами акумуляційного електронагріву, забезпечивши оптимальне управління зонними та диференційованими тарифами на електричну енергію. Це дозволить суттєво знизити обсяги споживання природного газу на потреби опалення. Окрім використання акумуляційних систем електронагріву, масштабне витіснення вуглеводневого палива із систем низькотемпературного нагріву забезпечить використання електричних теплогенераторів. Заміна газових котелень на електричні теплогенератори може забезпечити витіснення більше половини природного газу, що використовується для теплопостачання у промисловості і побуті.

Важливими напрямками розвитку систем теплопостачання державою визначені наступні: реалізація схем теплопостачання міст та інших населених пунктів країни на основі оптимального поєднання централізованих та децентралізованих систем теплопостачання; пріоритетне використання нетрадиційних і поновлюваних джерел енергії, у тому числі енергії Сонця, вітру, біогазу, геотермальних вод, відходів виробництва; впровадження високоефективного теплоенергетичного обладнання і матеріалів у новостворених та діючих системах теплопостачання; зниження втрат при транспортуванні теплової енергії в магістральних та розподільчих теплових мережах.

Системи виробництва теплової енергії є актуальним напрямком розвитку відновлюваної енергетики. При раціональному підході відновлювані джерела енергії (сонячне випромінювання, вітер, теплова енергія довкілля, енергія термальних вод) можуть бути використані в теплопостачанні набагато ефективніше, ніж в електропостачанні, так як виробництво теплової енергії, у порівнянні з виробництвом електричної енергії, хоча і потребує проміжного подвійного перетворення енергії, проте вимоги до якості отриманої електричної енергії, що використовується для отримання тепла не такі жорсткі. як при спрямуванні її в об'єднану електричну мережу. А з урахуванням екологічних факторів теплогенеруючі системи відновлюваної енергетики є, навіть, більш ефективними, ніж їх аналоги, які працюють на згоранні органічного палива. 

Література

• М. О. Шульга, І. Л. Деркач, О. О. Алексахін. Інженерне обладнання населених місць [Архівовано 14 травня 2014 у Wayback Machine.]: Підручник. — Харків: ХНАМГ, 2007. — 259 с.
• А. О. Клімов, І. Л. Деркач, Д. О. Ковальов. Конспект лекцій з дисципліни «Експлуатація інженерних мереж [Архівовано 14 травня 2014 у Wayback Machine.]». — Харків: ХНАМГ, 2012. — 180 с.
• Теплогазопостачання та вентиляція : навч. посіб. / О. Т. Возняк, О. О. Савченко, Х. В. Миронюк та ін. ; М-во освіти і науки України, Нац. ун-т "Львів. політехніка". – Л. : Вид-во Львів. політехніки, 2013. – 276 с. : іл. – Бібліогр. в кінці розділів. – ISBN 978-617-607-436-6
• Сидоров В. І. Вітротурбінні технології та системи теплопостачання / у кн. Технології гідро- та вітроенергетики. — Черкаси: Вертикаль, видавець Кандич С. Г., 2016. — 166 с.
• Сидоров В. І. Вітрові теплоелектростанції // Промислова електроенергетика та електротехніка. – 2018. – №1. – С. 28–36.

Посилання

• Теплопостачання // Термінологічний словник-довідник з будівництва та архітектури / Р. А. Шмиг, В. М. Боярчук, І. М. Добрянський, В. М. Барабаш ; за заг. ред. Р. А. Шмига. — Львів, 2010. — С. 189. — ISBN 978-966-7407-83-4.