Раздел 2. Гидроэнергетические ресурсы, их использование. Принципиальные схемы, параметры, режимы работы ГЭС и ГАЭС

У північноєвропейських країнах централізоване теплопостачання широко використовується як важливе джерело теплопостачання житлових будинків, офісів й підприємств. Невід’ємним елементом теплопостачання є ТЕЦ. Роль, яку відіграє централізоване теплопостачання у тій чи іншій країні, залежить від таких факторів, як клімат, економічна або політична кон’юнктура й т.п.

У даний час енергетичні підприємства (ТЕЦ, котельні, сміттєспалювальні станції та ін.) країн Північної Європи поставляють приблизно 100 ТВт·год на рік теплоти для опалення й гарячого водопостачання. Це перевищує 35% ринку тепла для опалення й гарячого водопостачання у цих країнах. Найбільш ефективним і прибутковим централізоване теплопостачання виявляється у регіонах з високим питомим енергоспоживанням.

Для успішної роботи системи централізованого теплопостачання необхідні як ринок збуту, так і «дешеве місцеве джерело енергії», яким може бути теплота, що виробляється разом з електрикою (Данія і Фінляндія), геотермальна енергія (Ісландія), скидне тепло сміттєспалювальних заводів (Норвегія) або комбінація різних джерел енергії (Швеція).

Данія має великий досвід й традиції у використанні централізованого теплопостачання та сприятливі умови для його розвитку з використанням ТЕЦ. Так, 80% населення країни проживає у міських зонах, країна відрізняється високим річним споживанням теплової енергії й тривалим опалювальним сезоном, практично всі великі електростанції розташовані у безпосередній близькості до основних міст. Внаслідок цього централізоване теплопостачання є найбільш розповсюдженим джерелом тепла. Системи централізованого теплопостачання існують у більш ніж 450 містах.

Починаючи з 1973 року Данія досягла значного успіху в реалізації енергетичних програм. Прийняті у 1979 і 1990 роках закони щодо теплопостачання дозволили збільшити частку теплоти, що виробляється у системах централізованого теплопостачання при комбінованому виробітку теплової й електричної енергії, з 33 до 64%. За рахунок відновлювальної енергії забезпечується 20% централізованого теплопостачання, спалювання відходів – 10%, спалювання біомаси – 9%, промислових відходів теплоти – 1%. Всього лише 16% теплоти централізованих систем виробляється при спалюванні органічного палива на водогрійних котельних (нафти – 1 %, природного газу – 11%, вугілля – 4%).

Столиця Данії Копенгаген використовує комбінований виробіток теплової й електричної енергії більше 50 років. З 1986 по 1990 рр. у Копенгагені були створені 2 транспортні системи теплопередачі потужністю 26 тис. ТДж/рік, що еквівалентно потребі у теплі приблизно 235 тис. сімей. До системи централізованого теплопостачання були підключені 45 пікових й резервних станцій, в основному реконструйованих котельних (до 2009 року їх число збільшене до 50); 9 різних установок, що забезпечують базове навантаження, у їх числі 4 сміттєспалювальні заводи і 4 ТЕЦ, які працюють на рідкому паливі, вугіллі або природному газі. Температурний графік всіх тепломереж складає 120/50°С при робочому тиску теплоносія 2,5 МПа.

Централізоване теплопостачання є основним методом теплопостачання в містах Фінляндії. Сьогодні частка теплофікації в теплопостачанні Фінляндії складає 45%, а в крупних містах – більше 80%. У столиці Фінляндії ступінь теплофікації найбільший в Західній Європі. Системи централізованого теплопостачання експлуатуються більш ніж у 250 населених пунктах країни.

Зовнішній вигляд і функціональна схема ТЕЦ «Albolmens Kraft-2» (Фінляндія)

ТЕЦ «Albolmens Kraft-2» введена в експлуатацію у 2002 році. Вона розташована на березі Ботнічної затоки та є складовою деревообробного й целюлозно-паперового комбінату. Парогенератором ТЕЦ служить котел ЦКШ продуктивністю 690 т/год виробництва компанії «Kvaerner Power». ТЕЦ виробляє електроенергію, промислову пару й забезпечує централізоване теплопостачання міста Пієтарсаарі. Паливом для неї служать відходи основного виробництва комбінату, зокрема деревини (40%), 45% місцевого торфу й 15% імпортованого кам’яного вугілля.

Більше 70% загальної теплоти централізованого теплопостачання виробляють ТЕЦ, тоді як частка водогрійних котельних не перевищує 30%.

Основним паливом для централізованого теплопостачання й комбінованого виробітку теплоти є вугілля, природний газ, торф та нафта. Частка нафти, яка використовується як резервне паливо, а також для покриття пікових навантажень, не перевищує 10%.

Теплота від ТЕЦ подається споживачам за допомогою води, температура якої коливається від 45 до 115°С. Сумарна довжина мереж централізованого теплопостачання у 1996 році складала 7500 км.

У Гельсінкі середньорічна температура +5,3°С; населення Гельсінкі разом з пригородами перевищує 900 тис. жителів. Система централізованого теплопостачання у даний час покриває практично все місто, частка теплофікації досягла 92%, а поставка теплової енергії у 2001 році склала приблизно 6 ТВт·год. Загальна довжина тепломереж міста у 2001 році складала 1130 км (із них 33 км прокладені у скалах). Температурний графік тепломереж 120/65°С близький до датського, хоч температура зворотної води тут дещо вища.

У 1990 році місто Гельсінкі було нагороджене Почесною нагородою ООН у галузі охорони навколишнього середовища за реалізацію програми централізованого теплопостачання, яка використовувала комбінований виробіток для зниження рівня споживання палива і, в кінцевому результаті, покращення стану навколишнього середовища.

Централізоване теплопостачання Швеції складає 42% ринку теплової енергії, а у містах ця частка досягає 90%, забезпечуючи головним чином муніципальні потреби в опаленні й гарячому водопостачанні. Відпуск теплоти для муніципального й промислового секторів складає відповідно 27 і 4 ТВт·год за рік. Промислові споживачі використовують теплову енергію, що поставляється, у першу чергу для опалення. Системи централізованого теплопостачання у більшості випадків знаходяться в управлінні муніципальних підприємств, які, як правило, також відповідальні за електропостачання споживачів. Сумарна довжина трубопроводів централізованого теплопостачання – 9964 км. Частка теплоти, що поставляється ТЕЦ при комбінованому виробітку теплової й електричної енергії, – 25%, а частка теплової енергії, що поставляється водогрійними котельнями, – 75%.

Стокгольм – столиця Швеції

У столиці Швеції Стокгольмі проживають 1240 тис. чоловік. Система централізованого теплопостачання Стокгольма у даний час забезпечує поставку теплоти у кількості, яка перевищує 5 ТВт·год на рік, що відповідає приблизно 60% частки теплоти, потрібної для опалення й гарячого водопостачання міста.

У структурі централізованого теплопостачання Стокгольма особливе місце займають 3 ТЕЦ та одна станція теплопостачання, виробництво теплоти на яких здійснюється головним чином мазутними водогрійними котлами, електрокотлами й тепловими насосами. Розподіл теплоти у Стокгольмі забезпечується п’ятьма різними тепловими мережами. Це пов’язане з тим, що місто розташоване на ряді островів. Загальна довжина тепломереж складає 765 км, їх температурний режим складає 120/65°С.

Регулювання температури теплоносія якісне, з місцевим кількісним підрегулюванням у споживача.

Система централізованого теплопостачання Норвегії поставляє теплову енергію для 3% побутових споживачів. Основним джерелом енергії для вироблення теплоти, що поставляється системою централізованого теплопостачання, є відходи (49%), ще одним важливим джерелом служить нафта (20%), при цьому частка електричної енергії складає 11%. У деяких регіонах країни підключення до системи централізованого теплопостачання є обов’язковим. Сумарний виробіток теплової енергії системою складає 1,5 ТВт·год за рік, довжина теплових мереж 303 км, а прийнятий температурний графік тепломережі – 120/70°С.

Столиця Норвегії Осло, в якій нараховується 800 тис жителів, тільки на 10% забезпечується теплотою від централізованої системи теплопостачання. Це пов’язано з особливостями норвезької енергетики (98% загального виробітку електроенергії у країні складає частка гідроенергетики, а залишок покривається вітроустановками). Достатня кількість дешевої електроенергії стимулювала розвиток електроопалення (його частка у країні досягає 70%).

Панорама Осло – столиці Норвегії

Заміна електроенергії, що використовується для опалення, теплотою, яка виробляється при спалюванні у котлах біомаси, відходів, а також виробляється тепловими насосами, приведе до зниження споживання електричної енергії. У 1980 році в Осло було розпочате будівництво чотирьох незалежних систем централізованого теплопостачання. На даний час дві із них об’єднані й забезпечують річну поставку теплоти у розмірі 560 ГВт·год. Основні джерела теплоти – два сміттєспалювальних заводи, теплові насоси й малі пікові мазутні котельні.

Система централізованого теплопостачання Осло продовжує розвиватись. Першочерговим завданням є підключення нових споживачів до вже існуючих мереж.

Ісландія володіє великими запасами геотермальної енергії й тому опалення країни практично повністю забезпечується цим джерелом енергії. Частка геотермальної теплоти у централізованому теплопостачанні складає 96%, решта 4% тепла виробляється електричними котлами. Загальна довжина трубопроводів системи централізованого теплопостачання – 2700 км.

Крім названих міст, великими системами централізованого теплопостачання обладнано також багато інших великих міст у країнах Європи (Прага, Варшава, Берлін та ін.).

Аналіз розвитку систем централізованого теплопостачання у країнах Північної Європи показує, що основними напрямками підвищення ефективності теплофікації є: використання комбінованого виробітку теплоти й електричної енергії, а також парогазового циклу на джерелах теплопостачання; використання теплоти сміттєспалювальних заводів; застосування попередньо ізольованих труб при прокладці або реконструкції трубопроводів централізованого теплопостачання; зниження верхньої температури теплоносія до 100–110°С.

Децентралізований або локальний спосіб теплопостачання доцільно застосовувати для невеликих населених пунктів або поселень та міст з низькою концентрацією населення, віддалених від потужних джерел теплоти. Для великих міст переваги у застосуванні саме централізованого способу безперечні, особливо у районах густої міської забудови. З підвищенням ступеня централізації підвищується економічність виробництва теплоти, знижується її втрати при експлуатації джерел теплопостачання й усієї системи в цілому.

Застосування системи централізованого теплопостачання для виробництва великих об’ємів теплоти дозволяє експлуатувати теплогенеруюче обладнання одиничної потужності, за рахунок чого підвищується ефективність використання палива й зменшуються нераціональні втрати теплоти у процесі підігріву теплоносія.

Застосування сучасних досягнень у вирішенні питань транспортування теплоти, таких як, наприклад, використання попередньо ізольованих теплопроводів з пінополіуретановою ізоляцією, дозволяє у десятки разів знизити витрати на експлуатацію й ремонт тепломереж, а також у декілька разів скоротити теплові втрати при транспортуванні.

Важливим є екологічний аспект розвитку централізованого теплопостачання. Викиди забруднюючих речовин від централізованої системи значно менші, ніж сумарні викиди від локальних систем аналогічної потужності. Це досягається завдяки концентрації спалювання палива на невеликій кількості об’єктів, які можуть бути обладнані комплексом газо-, водоабо золоочистки. Крім того, великі енергоджерела обладнуються, як правило, високими димовими трубами для зниження приземної концентрації забруднюючих факторів.

Найбільші переваги централізованої системи теплопостачання з широким застосуванням комбінованого способу виробництва енергії проявляються у використанні замкнутого технологічного циклу – починаючи від виробництва тепла аж до розподілу його між кінцевими споживачами. Поняття «замкнутість циклу» у першу чергу включає в себе нерозривність усіх ланок процесу виробництва й розподілу теплової енергії шляхом їх об’єднання та єдиного управління.

Гнучкість системи, яка функціонує за замкнутим технологічним циклом, передбачає надійність управління енергопотоками. Нерозривність системи управління режимами роботи теплофікаційного обладнання у цьому випадку забезпечується координацією з єдиного диспетчерського центру погодженої загальної роботи теплоелектроцентралей, котельних та насосних станцій теплових мереж.

Замкнутий технологічний цикл дозволяє забезпечити впровадження єдиної технічної політики розвитку теплопостачання споживачів, узгодити проведення ремонтних робіт й реконструкції теплових мереж з ремонтами теплоджерел та внутрішніх тепломереж споживачів.

Підтримка взаємовідносин виробника зі всіма споживачами теплоти дозволяє проводити єдину політику в питаннях енергозбереження, яка, з одного боку, знижує загальне теплопостачання в цілому, звільняє потужності теплоджерел для приєднання додаткових споживачів, а з другого боку, зменшує кількість випадків нераціонального використання теплоти.

Підвищення ефективності централізованого теплопостачання з використанням сучасних технологій повинно забезпечити надійне й якісне постачання споживачам теплової енергії.