Способы снижения потерь энергии в тепловых сетях

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тепловые сети

Тепловая сеть - это система прочно и плотно соединенных между собой участников теплопроводов, по которым теплота с помощью теплоносителей (пара или горячей воды) транспортируется от источников к тепловым потребителям.

Основными элементами тепловых сетей являются трубопровод, состоящий из стальных труб, соединенных между собой с помощью сварки, изоляционная конструкция, предназначенная для защиты трубопровода от наружной коррозии и тепловых потерь, и несущая конструкция, воспринимающая вес трубопровода и усилия, возникающие при его эксплуатации.

Наиболее ответственными элементами являются трубы, которые должны быть достаточно прочными и герметичными при максимальных давлениях и температурах теплоносителя, обладать низким коэффициентом температурных деформаций, малой шероховатостью внутренней поверхности, высоким термическим сопротивлением стенок, способствующим сохранению теплоты, неизменностью свойств материала при длительном воздействии высоких температур и давлений.

Снабжение теплотой потребителей (систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологических процессов) состоит из трех взаимосвязанных процессов: сообщения теплоты теплоносителю, транспорта теплоносителя и использования теплового потенциала теплоносителя. Системы теплоснабжения классифицируются по следующим основным признакам: мощности, виду источника теплоты и виду теплоносителя.

По мощности системы теплоснабжения характеризуются дальностью передачи теплоты и числом потребителей. Они могут быть местными и централизованными. Местные системы теплоснабжения - это системы, в которых три основных звена объединены и находятся в одном или смежных помещениях. При этом получение теплоты и передача ее воздуху помещений объединены в одном устройстве и расположены в отапливаемых помещениях (печи). Централизованные системы, в которых от одного источника теплоты подается теплота для многих помещений.

По виду источника теплоты системы централизованного теплоснабжения разделяют на районное теплоснабжение и теплофикацию. При системе районного теплоснабжения источником теплоты служит районная котельная, теплофикации-ТЭЦ.

По виду теплоносителя системы теплоснабжения делятся на две группы: водяные и паровые.

Теплоноситель – среда, которая передает теплоту от источника теплоты к нагревательным приборам систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Теплоноситель получает теплоту в районной котельной (или ТЭЦ) и по наружным трубопроводам, которые носят название тепловых сетей, поступает в системы отопления, вентиляции промышленных, общественных и жилых зданий. В нагревательных приборах, расположенных внутри зданий, теплоноситель отдает часть аккумулированной в нем теплоты и отводится по специальным трубопроводам обратно к источнику теплоты.

 В водяных системах теплоснабжения  теплоносителем служит вода, а  в паровых - пар. В России для городов и жилых районов используются водяные системы теплоснабжения. Пар применяется на промышленных площадках для технологических целей.

Системы водяных теплопроводов могут быть однотрубными и двухтрубными(в отдельных случаях многотрубными). Наиболее распространенной является двухтрубная система теплоснабжения (по одной трубе подается горячая вода потребителю, по другой, обратной, охлажденная вода возвращается на ТЭЦ или в котельную). Различают открытую и закрытую системы теплоснабжения. В открытой системе осуществляется "непосредственный водоразбор", т.е. горячая вода из подающей сети разбирается потребителями для хозяйственных, санитарно - гигиенических нужд. При полном использовании горячей воды может быть применена однотрубная система. Для закрытой системы характерно почти полное возвращение сетевой воды на ТЭЦ (или районную котельную).

К теплоносителям систем централизованного теплоснабжения предъявляют следующие требования: санитарно- гигиенические (теплоноситель не должен ухудшать санитарные условия в закрытых помещениях - средняя температура поверхности нагревательных приборов не может превышать 70-80), технико-экономические (чтобы стоимость транспортных трубопроводов была наименьшей, масса нагревательных приборов - малой и обеспечивался минимальный расход топлива для нагрева помещений) и эксплуатационные (возможность центральной регулировки теплоотдачи систем потребления в связи с переменными температурами наружного воздуха).

Направление теплопроводов выбирается по тепловой карте района с учетом материалов геодезической съемки, плана существующих и намечаемых надземных и подземных сооружений, данных о характеристике грунтов и т. д. Вопрос о выборе типа теплопровода (надземный или подземный) решается с учетом местных условий и технико-экономических обоснований.

При высоком уровне грунтовых и внешних вод, густоте существующих подземных сооружений на трассе проектируемого теплопровода, сильно пересеченной оврагами и железнодорожными путями в большинстве случаев предпочтение отдается надземным теплопроводам. Они также чаще всего применяются на территории промышленных предприятий при совместной прокладке энергетических и технологических трубопроводов на общих эстакадах или высоких опорах.

В жилых районах из архитектурных соображений обычно применяется подземная кладка тепловых сетей. Стоит сказать, что надземные теплопроводные сети долговечны и ремонтопригодны, по сравнению с подземными. Поэтому желательно изыскание хотя бы частичного использования подземных теплопроводов.

При выборе трассы теплопровода следует руководствоваться в первую очередь условиями надежности теплоснабжения, безопасности работы обслуживающего персонала и населения, возможностью быстрой ликвидации неполадок и аварий.

В целях безопасности и надежности теплоснабжения, прокладка сетей не ведется в общих каналах с кислородопроводами, газопроводами, трубопроводами сжатого воздуха с давлением выше 1,6 МПа. При проектировании подземных теплопроводов по условиям снижения начальных затрат следует выбирать минимальное количество камер, сооружая их только в пунктах установки арматуры и приборов, нуждающихся в обслуживании. Количество требующих камер сокращается при применении сильфонных или линзовых компенсаторов, а также осевых компенсаторов с большим ходом (сдвоенных компенсаторов), естественной компенсации температурных деформаций.

На не проезжей части допускаются выступающие на поверхность земли перекрытия камер и вентиляционных шахт на высоту 0,4 м. Для облегчения опорожнения (дренажа) теплопроводов, их прокладывают с уклоном к горизонту. Для защиты паропровода от попадания конденсата из конденсатопровода в период остановки паропровода или падения давления пара после конденсатоотводчиков должны устанавливаться обратные клапаны или затворы.

По трассе тепловых сетей строится продольный профиль, на который наносят планировочные и существующие отметки земли, уровень стояния грунтовых вод, существующие и проектируемые подземные коммуникации, и другие сооружения пересекаемые теплопроводом, с указанием вертикальных отметок этих сооружений.

Специфика теплоснабжения

Важность решения проблем теплоснабжения определяется несколькими факторами.

• Затраты топлива на теплоснабжение колоссальны. Только на перекачку сетевой воды в системах централизованного теплоснабжения необходимо около 50 млрд кВт.ч электроэнергии в год; а с учетом расхода электроэнергии на тепловых пунктах и на прямой электрообогрев, расхода природного газа и жидких углеводородов на местный обогрев жилищ, затраты органического топлива на теплоснабжение составляют более 40% от всего используемого в стране, т.е. почти столько же, сколько тратится на все остальные отрасли промышленности, транспорт и т.д. вместе взятые. Потребление топлива теплоснабжением сопоставимо со всем топливным экспортом страны.
• Наибольшие резервы экономии энергоресурсов также сосредоточены в процессе обеспечения теплом. Экономию электрической энергии можно достичь в основном за счет улучшения энергоустановок (источники электроэнергии, транспорт, энергоиспользующие установки у потребителя), а экономию тепловой энергии можно достичь не только за счет совершенствования источников тепла, тепловых сетей, теплопотребляющих установок, но и за счет улучшения характеристик отапливаемых объектов (ограждающие конструкции зданий и сооружений, вентиляция, конструкция окон и т.д.).
• В электроэнергетике с принятием пакета законов о реформировании, появились условия для развития конкуренции (зависимость цены на рынке электроэнергии от времени, конкуренция источников и т.п.), что создает финансовые стимулы для участников рынка совершенствовать свои энергетические процессы для снижения издержек. А федеральный закон «О теплоснабжении» до сих пор не принят, и даже с его введением возможности по созданию системы конкуренции будут сильно ограничены. Соответственно, там, где нет рыночных отношений трудно создать систему стимулов к энергосбережению.
• Существует тесная связь теплоснабжения с системами топливо- и газоснабжения, а также электроснабжения. Электрическая энергия является замещающим видом энергии для систем централизованного теплоснабжения (ЦТ). Нарушения в системах ЦТ критичны для систем электроснабжения, при сильных похолоданиях потребности в тепле гораздо больше, чем в электроэнергии, и при нарушении режимов обеспечения теплом электрическая энергия используется самым нерациональным способом - на обогрев помещений. Также тепловая нагрузка систем ЦТ является основой для теплофикации, т.е. использования тепловых отходов процесса производства электроэнергии для целей теплоснабжения.
• Что касается систем централизованного теплоснабжения, то далеко не у всех есть понимание огромных преимуществ ЦТ в плане экономии энергоресурсов, их надо разъяснять. Агрессивная реклама индивидуальных источников тепла, предлагаемых к внедрению в зоне действия систем ЦТ со ссылкой на зарубежный опыт, вводит потребителей в заблуждение. На Западе как раз принимаются программы поддержки развития систем централизованного теплоснабжения как основы когенерации. В отличие от нашей страны, где исторически развивается преимущественно ЦТ, основной из проблем там является трудность прокладки тепловых сетей в стесненных городских условиях и переориентация потребителей с автономного на централизованное теплоснабжение.

 

 

Фактические нагрузки и потери

По результатам энергетических обследований, расчетные и договорные присоединенные тепловые нагрузки существенно отличаются от фактических обычно в сторону превышения.

Завышение нагрузок, при недостаточной оснащенности потребителей приборами учета и расчетах по приборам учета на источниках, дает возможность теплоснабжающим организациям занижать сверхнормативные потери в сетях и, соответственно, завышать объемы реализованной тепловой энергии.

Расчетные нагрузки являются основными исходными данными для разработки нормативных энергетических характеристик. При их отличии от фактических получаются расчетные режимные характеристики, недостижимые в реальности. Отсутствие достоверных нормативов не позволяет проводить полноценный анализ энергоэффективности сетей.

Фактические нагрузки также важны для определения резервов системы теплоснабжения.

Отпуск теплоты с источников = Потребление + Фактические потери в сетях

Для сведения баланса надо знать хотя бы две составляющие. При отсутствии 100% оснащенности приборами учета в большинстве случаев проще определиться с отпуском теплоты с источников и фактическими потерями в сетях. Отпуск, при условии проверки достоверности, можно определить по приборам учета тепловой энергии на теплоисточниках либо топливному балансу источника при наличии учета топлива. Фактические потери в сетях определяются по методикам, разрешенным к применению при процедуре энергоаудита, т.е. используются архивы имеющихся у потребителей приборов учета (минимум 20% потребителей). При применении этих методик нет необходимости проводить дополнительные измерения и испытания.

Определение фактических нагрузок и потерь должно быть составной частью разработки общего топливно-энергетического баланса муниципального образования.

Фактические потери сетевой воды, по результатам энергетических обследований, как правило, соизмеримы с нормативной утечкой, равной 0,25% объема тепловых сетей в час. В ряде регионов они не превышают нормативные. Так, в Москве фактические потери сетевой воды и, соответственно, потери тепловой энергии с ними в 2-3 раза ниже нормативных. Данный факт характеризует, прежде всего, не только удовлетворительное состояние тепловых сетей, а завышенные нормы, которые не отражают возможности новых технологий. Необходимо на федеральном и региональном уровнях скорректировать нормативы потерь сетевой воды в сторону уменьшения.

Определение потерь тепловой энергии через тепловую изоляцию в соответствии с «Методическими указаниями по определению тепловых потерь в водяных тепловых сетях (РД 34.09.255-97)» практически нигде не проводится. Тем самым нарушаются требования «Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ». Причина заключается в трудоемкости и дороговизне испытаний, в необходимости отключения потребителей.

Результаты энергоаудита систем теплоснабжения показывают, что фактические потери в обследованных тепловых сетях превышают нормативные в 1,2-2 раза.

Приведение тепловых потерь к нормативным значениям, помимо экономии тепловой энергии и снижения затрат электроэнергии на ее транспорт, обеспечит высвобождение тепловой мощности. При этом может исчезнуть необходимость строительства новых источников тепла. Таким образом, при оценке экономической эффективности перекладки участков тепловых сетей должны учитываться не только сэкономленное тепло, но и капитальные затраты на строительство новых источников.

Необходимо признать факт наличия сверхнормативных тепловых потерь, который становится все более очевидным при тенденции увеличения доли потребителей, оснащенных приборами учета.

В практику теплоснабжающих организаций необходимо ввести анализ состояния тепловых сетей не только по показателю отношения потерь тепловой энергии к отпуску, но и по показателю отношения фактических потерь к нормативным. Применяемый в настоящее время для анализа первый показатель некорректен, т.к. он характеризует не только состояние тепловой сети, но и ее конфигурацию и нормы проектирования тепловой изоляции.

 

 

Методы снижения потерь в тепловых сетях

Основными методами являются:

• периодическая диагностика и мониторинг состояния тепловых сетей;
• осушение каналов;
• замена ветхих и наиболее часто повреждаемых участков тепловых сетей (прежде всего, подвергаемых затоплениям) на основании результатов инженерной диагностики, с использованием современных теплоизоляционных конструкций;
• прочистка дренажей;
• восстановление (нанесение) антикоррозионного, тепло- и гидроизоляционного покрытий в доступных местах;
• повышение pH сетевой воды;
• обеспечение качественной водоподготовки подпиточной воды;
• организация электрохимзащиты трубопроводов;
• восстановление гидроизоляции стыков плит перекрытий;
• вентиляция каналов и камер;
• установка сильфонных компенсаторов;
• применение улучшенных трубных сталей и неметаллических трубопроводов;
• организация определения в режиме реального времени фактических потерь тепловой энергии в магистральных тепловых сетях по данным приборов учета тепловой энергии на тепловой станции и у потребителей с целью оперативного принятия решений по устранению причин возникновения повышенных потерь;
• усиление надзора при проведении аварийно-восстановительных работ со стороны административно-технических инспекций;
• перевод потребителей с теплоснабжения от центральных на индивидуальные тепловые пункты.