Анатомія української теплоенергетики

Для централізованого теплопостачання використовуються два типи джерел тепла: теплоелектроцентралі (ТЕЦ) і районні котельні (PK). На ТЕЦ здійснюється комбіноване вироблення тепла і електроенергії, що забезпечує суттєве зниження питомих витрат палива при одержанні електроенергії. При цьому спочатку тепло водяної пари використовується для одержання електроенергії при розширенні пари в турбінах, а потім залишився тепло відпрацьованої пари використовується для нагріву води в теплообмінниках, які складають теплофікаційне обладнання ТЕЦ. Гаряча вода застосовується для теплопостачання. Таким чином, на ТЕЦ тепло високого потенціалу використовується для вироблення електроенергії, а тепло низького потенціалу - для теплопостачання.

 

У цьому полягає енергетичний сенс комбінованого вироблення тепла і електроенергії. При роздільному їх виробленні електроенергію одержують на конденсаційних станціях (КЕС), а тепло - в котельних. У конденсаторах парових турбін на КЕС підтримується глибокий вакуум, якому відповідають низькі температури, і охолоджуючу воду не використовують. В результаті на теплопостачання витрачають додаткове паливо. Отже, роздільне вироблення економічно менш вигідне, ніж комбіноване.

 

Переваги теплофікації і централізованого теплопостачання найбільш яскраво проявляються при концентрації теплових навантажень, що характерно для сучасних міст, котрі розвиваються. Слід враховувати, що при теплофікації капітальні вкладення в ТЕЦ і теплові мережі виявляються більшими, ніж у КЕС і централізовані системи теплопостачання від котельні, тому ТЕЦ економічно доцільно споруджувати лише при великих теплових навантаженнях. Для України при існуючій вартості газу теплофікація економічно доцільна при теплових навантаженнях більше 400 Гкал/год.

Іншим джерелом теплопостачання є котельні. Теплова потужність сучасних котелень становить 150-200 Гкал/ч. Така концентрація теплових навантажень дозволяє використовувати великі агрегати, сучасне технічне оснащення котельних, що забезпечує високі ККД використання палива.

 

В якості теплоносія для теплопостачання міст використовують гарячу воду, а для теплопостачання промислових підприємств - водяна пара. Теплоносій від джерел тепла транспортують по теплопроводу. Гаряча вода надходить до споживачів по подаючим теплопроводам, віддає в теплообмінниках своє тепло і після охолодження повертається по зворотним теплопроводам до джерела тепла. Таким чином, теплоносій безперервно циркулює між джерелом тепла і споживачами. Циркуляцію теплоносія забезпечує насосна станція джерела тепла. Водяна пара поступає до промислових споживачів паропроводами під власним тиском, конденсується в теплообмінниках і віддає своє тепло. Утворений конденсат повертається до джерела тепла під дією надлишкового тиску або за допомогою конденоатних насосів.

 

Сучасні теплові мережі міських систем теплопостачання являють собою складні інженерні споруди. Протяжність теплових мереж від джерела до крайніх споживачів складає десятки кілометрів, а діаметр магістралей досягає 1400 мм. До складу теплових мереж входять теплопроводи; компенсатори, які сприймають температурні подовження; вимикачі і запобіжне обладнання, яке встановлюється у спеціальних камерах або павільйонах; насосні станції; районні теплові пункти (РТП) та теплові пункти (ТП). Теплопроводи прокладають під землею в непрохідних і напівпрохідних каналах, у колекторах і без каналів. Для скорочення втрат тепла при русі теплоносія теплопроводами застосовують теплоізоляцію.

Для керування гідравлічним і тепловим режимами системи теплопостачання її автоматизують, а кількість тепла, яка подається регулюється відповідно до вимог споживачів. Найбільша кількість тепла витрачається на опалення будівель. Опалювальна навантаження змінюється зі зміною зовнішньої температури. Для підтримки відповідності подачі тепла потребам у ній застосовують центральне регулювання на джерелах тепла. Домогтися високої якості теплопостачання, застосовуючи тільки центральне регулювання, не вдається, тому на теплових пунктах і у споживачів застосовують додаткове автоматичне регулювання. Витрата води на гаряче водопостачання безперервно змінюється, і для підтримки стійкого теплопостачання гідравлічний режим теплових мереж автоматично регулюють, а температуру гарячої води підтримують постійною.

 

Як уже зазначалося, сучасні централізовані системи теплопостачання являють собою складний комплекс, який включає джерела тепла, теплові мережі з насосними станціями і тепловими пунктами і абонентські вводи, оснащені системами автоматичного управління. Для забезпечення надійного функціонування таких систем необхідна їхня ієрархічна побудова, при якій всю систему розподілено на ряд рівнів, кожний з яких має своє завдання, яке зменшується за значенням від верхнього рівня до нижнього. Верхній ієрархічний рівень складає джерела тепла, наступний рівень - магістральні теплові мережі з РТП, нижній - розподільні мережі з абонентськими вводами споживачів.

 

Джерела тепла подають у теплові мережі гарячу воду заданої температури і заданого тиску, забезпечують циркуляцію води в системі і підтримання в ній належного гідродинамічного і статичного тиску. Вони мають спеціальні водопідготовчі установки, де здійснюється хімічна очистка та деаерація води. До магістральних теплових мереж транспортуються основні потоки теплоносія у вузли теплоспоживання. У РТП теплоносій розподіляється по районах і в мережах районів підтримується автономний гідравлічний і тепловий режими.