Баланс производства тепловой энергии в 2002 г. в Российской Федерации показан на диаграмме рис.1.

Рисунок 1.

Годовое теплопотребление жилищного фонда, объектов социального и коммунального назначения в 2003 г. составило порядка 2933 млн. ГДж (700 млн. Гкал).

Главным потребителем тепловой энергии в этом секторе ЖКХ является жилищный фонд - порядка 2095 млн. ГДж (500 млн. Гкал) в год или 71 % общего потребления.

Тепловая нагрузка системы теплоснабжения (тепловая нагрузка) - это суммарное количество теплоты, получаемой от источников теплоты, равное сумме теплопотреблений приемников теплоты и потерь в тепловых сетях в единицу времени.

Основными производителями и поставщиками тепловой энергии в ЖКХ являются специализированные предприятия коммунальной энергетики, находящиеся в ведении муниципалитетов и исполнительных органов власти субъектов регионов Российской Федерации. Предприятия коммунальной энергетики в 2003 г. обеспечивали отпуск порядка 2220 млн. ГДж (530 млн. Гкал) в год, что составило 64 % общей потребности жилищно-коммунальной и социальной сфер. Остальная часть тепловой энергии поставляется региональными акционерными обществами энергетики и электрификации, а также другими предприятиями и организациями министерств, ведомств, концернов, объединений.

Порядка 1477 млн. ГДж (352,4 млн. Гкал) в год предприятия коммунальной энергетики вырабатывают на собственных теплоисточниках (котельных) и около 964 млн. ГДж (230 млн. Гкал) покупают у других производителей с последующей передачей ее абонентам - потребителям по коммунальным распределительным

тепловым сетям.

Абонент (потребитель) - юридическое лицо, а также предприниматель без образования юридического лица, имеющие в собственности или на ином законном основании объекты и системы теплопотребления, которые непосредственно присоединены к системам коммунального теплоснабжения, заключившие с теплоснабжающей организацией в установленном порядке договор на отпуск (получение) тепловой энергии и (или) теплоносителей.

Объемы и структура производства тепловой энергии на источниках теплоты для теплоснабжения ЖКХ и объектов социальной сферы представлены в табл. 1. Основную технологическую структуру коммунального теплоснабжения формируют собственные домовые и групповые котельные (ГрКУ), квартальные (КТС) и районные (городские) тепловые станции (РТС) с тепловыми сетями от них, распределительные сети, а также многочисленные теплопотребляющие (абонентские) установки.

Таблица 1. Структура производства тепловой энергии

Источник теплоснабжения мощностью, МВт (Гкал/ч)	Производство тепловой энергии
	Количество произведенной тепловой энергии, млн. ГДж (млн. Гкал)	Доля в общем объеме производства, %
Домовые котельные - до 3,5 (3)
Групповые котельные (ГрКУ) - от 3,5 до 23,3 (3-20)
Квартальные котельные (КТС) - от 23,3 до 116 (20-100)
Районные котельные (РТС) - более 116 (более 100)

Общий годовой расход топлива на производство тепловой энергии для ЖКК и объектов социальной сферы составляет порядка 150 млн. т условного топлива, в том числе в коммунальных котельных - 66 млн. т условного топлива. Структура производства тепловой энергии в коммунальных котельных по видам используемого топлива представлена в таблице 2.

Таблица 2. Структура производства тепловой энергии в коммунальных котельных по видам используемого топлива

Вид топлива	Число котельных, тыс. ед.	Произведено теплоты, млн. ГДж, (млн. Гкал)	Доля в общем производстве, %
Газообразное

Как следует из таблиц 1, 2, половина от общего числа котельных ЖКХ - 22,4 тыс. единиц, работают на твердом топливе и вырабатывают почти 35 % всей тепловой энергии, потребляемой жилищным фондом, оказывая значительную нагрузку (давление) на природную среду обитания людей. Здесь кроется существенный резерв для экологического оздоровления жилых микрорайонов путем замены многих мелких котельных централизованными источниками теплоснабжения или перевода их на экологически более «чистые» виды топлива - газовое, жидкое котельно-печное, а также нетрадиционные возобновляемые энергоресурсы (например, энергия солнца, волны, ветра, геотермальных источников и т.д.).

Решением Правительства РФ сельские системы теплоснабжения должны быть переданы на баланс и в эксплуатацию муниципальным образованиям местных администраций. Эта работа продолжается, и количество установок ЖКХ возрастает.

Тепловая энергия используется в процессе отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха, горячего водоснабжения, пароснабжения.

Отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха служат для создания комфортных условий для проживания и трудовой деятельности людей. Объем потребления тепловой энергии для этих целей определяется сезоном и зависит, прежде всего, от температуры наружного воздуха. Для сезонных потребителей характерным является относительно постоянный суточный расход теплоты и значительные его колебания по временам года.

Горячее водоснабжение – бытовое и технологическое – круглогодичное. Оно характеризуется относительно постоянным расходом в течение года и не зависит от температуры наружного воздуха.

Пароснабжение применяется в технологических процессах обдувки, пропарки, паровой сушки.

Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха должны обеспечить в обслуживаемых зонах требуемые санитарно – гигиеническими нормами метеорологические условия и чистоту воздуха.

Условия теплового комфорта определяются температурой воздуха t в ° , С; относительной влажностью воздуха φ, %; скоростью движения воздуха w , м/с. Строительные нормы и правила (СниП) устанавливают следующие допустимые и оптимальные (в скобках) метеоусловия в обслуживаемых зонах жилых и общественных зданий для холодного и переходного периодов года:

a) t в = 18…22°С (20…22°С);

б) φ = 65% (45-30%);

в) w – не более 0,32 м/с (0,1…0,15 м/с).

Одной из главных характеристик закрытых помещений является температура воздуха в них, зависящая от температуры наружного воздуха, источников выделения теплоты (людей, тепловых приборов и оборудования), от теплозащитных свойств ограждений. Для создания необходимого температурного режима помещений служат системы отопления.

С учетом тепловыделения в помещениях расчетную температуру воздуха t в p принимают равной 18°С, а начало и окончание отопительного периода осуществляют при температуре наружного воздуха t =8°С. Продолжительность отопительного периода производственных помещений сокращается в зависимости от тепловыделений в них.

При естественной или принудительной механической вентиляции теплый воздух (с вредными примесями) удаляется из помещения, а вместо него поступает наружный холодный воздух. Теплоту, необходимую для нагрева наружного воздуха до расчетной температуры помещения, называют теплотой, расходуемой на вентиляцию.

Отопление

Отопление может быть местным или централизованным .

Простейшим видом местного отопления является печь дровяного отопления, представляющая собой кирпичную кладку с топкой и системой газоходов для удаления продуктов сгорания. Выделенная в процессе сгорания теплота нагревает кладку, которая в свою очередь отдает теплоту помещению.

Местное отопление может осуществляться с помощью газовых отопительных приборов, имеющих малые размеры и вес и высокую эффективность.

Применяются также поквартирные системы водяного отопления. Источник теплоты – водонагревательный аппарат на твердом, жидком или газообразном топливе. Вода нагревается в аппарате, подается в отопительные приборы и, охладившись, возвращается в источник.

В системах местного отопления в качестве теплоносителя может использоваться воздух. Аппараты нагрева воздуха называются огневоздушными или газовоздушными агрегатами. В помещениях воздух подается вентиляторами через систему воздуховодов.

Большое распространение получило местное отопление электрическими приборами, выпускаемыми в виде переносных аппаратов различных конструкций. В некоторых случаях применяются стационарные электроотопительные приборы с вторичными теплоносителями (воздухом, водой).

На предприятиях в производственных помещениях местное отопление практически не используется, однако в административных и бытовых помещениях оно может применяться (в основном электроприборы).

Централизованной называется система отопления с одним общим (центральным) источником теплоты. Это система отопления отдельного здания, группы зданий, одного или нескольких кварталов и даже небольшого города.

Отличаются системы также видом передачи теплоты воздуху помещения: конвективное, лучистое; типом нагревательных приборов: радиаторные, конвертерные, панельные.

Однотрубная система центрального отопления (рис. 26) отличается от двухтрубной тем, что вода поступает в приборы отопления и отводится от них по одному и тому же стояку. Схема однотрубной системы может быть проточной (рис. 26, а), с осевыми замыкающими участками (рис. 26, б), со смешанными замыкающими участками (рис. 26, в). Обозначения те же, что на рис.25.

В проточных системах вода последовательно проходит через все приборы стояка, в системах с осевыми замыкающими участками вода частично проходит через приборы, частично через замыкающие участки, общие для двух приборов одного этажа, в системах со смешанными замыкающими участками вода ответвляется через два замыкающих участка.

В однотрубных системах температура воды снижается в направлении ее движения, то есть приборы верхних этажей горячее приборов нижних этажей. В этих системах несколько меньше расход металла на стояки, но требуется установка замыкающих участков.

Нагревательные приборы, устанавливаемые в обогреваемых помещениях, изготавливаются из чугуна и стали и имеют различные конструктивные формы от гладких труб, изогнутых или сваренных в блоки (регистры), до радиаторов, ребристых труб и отопительных панелей.

Горячее водоснабжение

Вода для горячего водоснабжения должна быть такого же качества, как и питьевая, так как она используется для гигиенических целей. Температура воды должна быть в пределах 55…60°С.

Различают местное и центральное горячее водоснабжение. Местное горячее водоснабжение осуществляется с помощью водонагревательных аппаратов автономного и периодического действия с устройством распределения и разбора горячей воды. Водонагреватели работают на твердом топливе (угле, дровах), на газе и могут быть электрическими. По принципу действия водонагреватели делятся на емкостные и проточные.

Система центрального горячего водоснабжения применяется для объектов тепловой мощностью свыше 60 кВт. Система является частью внутреннего водопровода и представляет собой сеть трубопроводов, распределяющих горячую воду между потребителями.

Циркуляционные стояки предотвращают остывание воды в стояках при отсутствии водоразбора. Источником тепла служат водонагреватели (бойлеры), располагаемые в тепловом вводе здания или в групповом тепловом пункте.

Вентиляция

Вентиляция служит для введения чистого воздуха в помещение и удаления загрязненного с целью обеспечения требуемых санитарно-гигиенических условий. Подаваемый в помещение воздух называется приточным, удаляемый – вытяжным .

Вентиляция может быть естественной и принудительной. Естественная вентиляция происходит под действием разности плотностей холодного и теплого воздуха, его циркуляция идет либо по специальным каналам, либо через открытые форточки, фрамуги и окна. При естественной вентиляции напор невелик и соответственно мал воздухообмен.

Принудительная вентиляция осуществляется с помощью вентиляторов, которые подают воздух и удаляют его из помещения с высокой эффективностью.

По виду организации воздушного потока вентиляция бывает общеобменной и местной. Общеобменная обеспечивает обмен воздуха во всем объеме помещения, а местная – в отдельных частях помещения (на рабочих местах).

Система вентиляции, только удаляющая воздух из помещения, называется вытяжной, система вентиляции, только подающая воздух в помещение, называется приточной.

В жилых домах применяется, как правило, общеобменная естественная вытяжная система вентиляции. Наружный воздух поступает в помещения путем инфильтрации (через неплотности в ограждениях), а загрязненный внутренний воздух удаляется через вытяжные каналы здания. Потери тепловой энергии от поступления холодного наружного воздуха восполняются системой отопления и составляют величину 5…10% нагрузки отопления в зимний период.

В общественных и производственных зданиях обычно устраивается приточно-вытяжная принудительная вентиляция, причем расход тепловой энергии учитывается отдельно.

Кондиционирование воздуха

Кондиционирование воздуха – это придание ему заданных свойств независимо от наружных метеорологических условий. Это обеспечивается специальными аппаратами – кондиционерами, которые очищают воздух от пыли, подогревают его, увлажняют или осушают, охлаждают, перемещают, распределяют и автоматически регулируют параметры воздуха .

Широкое распространение получили системы кондиционирования для производственных помещений на приборостроительных, радиоэлектронных, пищевых, текстильных предприятиях, к воздушной среде которых предъявляются высокие требования.

Основная задача кондиционера – термовлажностная обработка воздуха: зимой воздух следует подогреть и увлажнить, летом – охладить и осушить.

Воздух нагревается в калориферах, охлаждается в поверхностных или контактных охладителях, аналогичных по устройству калориферам, но в трубах охлаждения циркулирует холодная вода или хладоноситель (аммиак, фреон).

Осушение воздуха получается в результате контакта с поверхностью охладителя, температура которого ниже точки росы воздуха – на этой поверхности выпадает конденсат.

Для орошения воздуха используются форсунки подачи воды или смоченные поверхности с лабиринтными ходами.

Потери электроэнергии

Потребители электроэнергии имеются повсюду. Производиться же она в сравнительно немногих местах, близких к источникам топливо- и гидроресурсов. Электроэнергию не удаётся консервировать в больших масштабах. Она должна быть потреблена сразу же после получения. Поэтому возникает необходимость в передаче электроэнергии на большие расстояния.

Передача энергии связана с заметными потерями. Дело в том, что электрический ток нагревает провода линий электропередачи. В соответствии с законом Джоуля- Ленца энергия, расходуемая на нагрев проводов линии, определяется формулой:,где R-сопротивление линии. При очень большой длине линии передача энергии может стать экономически невыгодной. Значительно снизить сопротивление линии практически весьма трудно. Поэтому приходиться уменьшать силу тока.

Так как мощность тока пропорциональна произведению силы тока на напряжение, то для сохранения передаваемой мощности нужно повысить напряжение в линии передачи. Чем длиннее линия передачи, тем выгоднее использовать более высокое напряжение. Между тем генераторы переменного тока строят на напряжение, не превышающие 16-20кВ.Более высокое напряжение потребовало бы принятия сложных специальных мер для изоляции обмоток и других частей генератора.

Поэтому на крупных электростанциях ставят повышающие трансформаторы. Трансформатор увеличивает напряжение в линии во столько же раз, во сколько уменьшает силу тока.

Для непосредственного использования электроэнергии в двигателях электропривода станков, в осветительной сети и для других целей напряжение на концах линии нужно понизить. Это достигается с помощью понижающих трансформаторов.

Обычно понижение напряжения и соответственно увеличения силы тока происходят в несколько этапов. На каждом этапе напряжение становится всё меньше, а территория, Охватываемая электрической сетью- всё шире.

При очень высоком напряжении между проводами начинается коронный разряд, приводящий к потерям энергии. Допустимая амплитуда переменного напряжения должна быть такой, чтобы при заданной площади поперечного провода потери энергии вследствие коронного разряда были незначительными.

Электрические станции ряда районов страны объединены высоковольтными линиями передач, образуя общую электрическую сеть, к которой присоединены потребители. Такое объединение, называемое энергосистемой, даёт возможность сгладить “пиковые”нагрузки потребления энергии в утренние и вечерние часы. Энергосистема обеспечивает бесперебойность подачи энергии потребителям вне зависимости от места их расположения.

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ.

Электрическая часть электростанции включает в себя разнообразное основное и вспомогательное оборудование. К основному оборудованию, предназначенному для производства и распределения электроэнергии, относятся:

• Синхронные генераторы, вырабатывающие электроэнергию(на ТЭС-турбогенераторы);
• Сборные шины, предназначенные для приёма электроэнергии от генераторов и распределения её к потребителям;
• Коммуникационные аппараты- выключатели, предназначенные для включения и отключения цепей в нормальных и аварийных условиях, и разъединители, предназначенные для снятия напряжения с обесточенных частей электроустановок и для создания видимого разрыва цепи;
• Электроприемники собственных нужд(насосы, вентиляторы, аварийное электрическое освещение и т.д.)

Вспомогательное оборудование предназначено для выполнения функций измерения, сигнализации, защиты и автоматики и т.д.

Энергетическая система(энергосистема) состоит из электрических станций, электрических сетей и потребителей электроэнергии, соединённых между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, распределения и потребления электрической и тепловой энергии при общем управлении этим режимом.

Электроэнергетическая (электрическая) система-это совокупность электрических частей электростанций, электрических сетей и потребителей электроэнергии, связанных общностью режима и непрерывностью процесса производства, распределения и потребления электроэнергии. Электрическая система-часть энергосистемы, за исключением тепловых сетей и тепловых потребителей. Электрическая сеть-совокупность электроустановок для распределения электрической энергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств, воздушных и кабельных линий электропередачи. По электрической сети осуществляется распределение электроэнергии от электростанций к потребителям. Линия электропередачи(воздушная или кабельная)-электроустановка, предназначенная для передачи электроэнергии.

В нашей стране применяются стандартные номинальные (междуфазные)напряжения трёхфазного тока частотой 50Гц в диапазоне 6-750кВ,а также напряжения 0,66;0,38кВ.Для генераторов применяют номинальные напряжения 3-21кВ.

Передача электроэнергии от электростанций по линиям электропередачи осуществляется при напряжениях 110-750кВ,т.е.значительно превышающих напряжения генераторов. Электрические подстанции применяются для преобразования

электроэнергии одного напряжения в электроэнергию другого напряжения. Электрическая подстанция-это электроустановка, предназначенная для преобразования и распределения электрической энергии. Подстанции состоят из трансформаторов, сборных шин и коммутационных аппаратов, а также вспомогательного оборудования: устройств релейной защиты и автоматики, измерительных приборов. Подстанции предназначены для связи генераторов и потребителей с линиями электропередачи.

Классификация электрических сетей может осуществляться по роду тока, номинальному напряжению, выполняемым функциям, характеру потребителя, конфигурации схемы сети и т.д.

По роду тока различаются сети переменного и постоянного тока; по напряжению: сверхвысокого напряжения(,высокого напряжения ,низкого напряжения (<1кВ).

По конфигурации схемы сети делятся на замкнутые и разомкнутые.

По выполняемым функциям различаются системообразующие, питающие и распределительные сети. Системообразующие сети напряжением 330-1150кВ осуществляют функции формирования объединённых энергосистем, включающих мощные электростанции, обеспечивают их функционирование как единого объекта управления и одновременно передачу электроэнергии от мощных электростанций. Они же осуществляют системные связи, т.е. связи между энергосистемами очень большой длины. Режимом системообразующих сетей управляет диспетчер объединённого диспетчерского управления(ОДУ).В ОДУ входит несколько районных энергосистем- районных энергетических управлений (РЭУ).

Питающие сети предназначены для передачи электроэнергии от подстанций системообразующей сети и частично от шин 110-220кВ электростанций к центрам питания(ЦП) распределительных сетей- районным подстанциям. Питающие сети обычно замкнутые. Как правило, напряжение этих сетей 110-220кВ,по мере роста плотности нагрузок, мощности станций и протяжённости электрических сетей напряжение иногда достигает 330-550Кв.

Районная подстанция обычно имеет высшее напряжение 110-220кВ и низшее напряжение 6-35кВ.На этой подстанции устанавливают трансформаторы, позволяющие регулировать под нагрузкой напряжение на шинах низшего напряжения.

Распределительная сеть предназначена для передачи электроэнергии на небольшие расстояния от шин низшего напряжения районных подстанций к промышленным, городским, сельским потребителям. Такие распределительные сети обычно разомкнутые. Различают распределительные сети высокого () и низкого(напряжения. В свою очередь по характеру потребителя распределительные сети подразделяются на сети промышленного, городского и сельскохозяйственного назначения. Преимущественное распространение в распределительных сетях имеет напряжение 10кВ,сети 6кВ применяются при наличии на предприятиях значительной нагрузки электродвигателей с номинальным напряжением 6кВ.Напряжение 35кВ широко используется для создания центров питания 6 и 10кВ в основном в сельской местности.

Для электроснабжения больших промышленных предприятий и крупных городов осуществляется глубокий ввод высокого напряжения, т.е. сооружение подстанций с первичным напряжением 110-500кВ вблизи центров нагрузок. Сети внутреннего электроснабжения крупных городов- это сети 110кВ,в отдельных случаях к ним относятся глубокие вводы 220/10кВ.Сети сельскохозяйственного назначения в настоящее время выполняют на напряжение 0,4-110кВ.

Воздушные линии электропередач (ВЛ) предназначены для передачи электроэнергии на расстояние по проводам. Основными конструктивными элементами ВЛ являются провода(служат для передачи электроэнергии),тросы (служат для защиты ВЛ от грозовых перенапряжений),опоры(поддерживают провода и тросы на определённой высоте),изоляторы(изолируют провода опоры),линейная арматура(с её помощью провода закрепляются на изоляторах, а изоляторы на опорах).

Длина линий электропередач в Беларуси (1996г.):750кВ-418км,330кВ-3951км,220кВ-2279км,110кВ-16034км.

Наиболее распространенные провода- алюминиевые, сталеалюминиевые, а также из сплавов алюминия. Силовые кабели состоят из одной или нескольких токопроводящих жил, отделенных друг от друга и от земли изоляцией. Токопроводящие жилы- из алюминия однопроволочные(сечением до 16)или многопроволочные. Кабель с медными жилами применяется во взрывоопасных помещениях.

Изоляция выполняется из специальной пропитанной минеральным маслом кабельной бумаги, накладываемой в виде лент на токопроводящие жилы, а также может быть резиновой или полиэтиленовой. Защитные оболочки, накладываемые поверх изоляции для предохранения ее от влаги и воздуха, бывают свинцовыми, алюминиевыми или поливинилхлоридными. Для защиты от механических повреждений предусмотрена броня из стальных лент или проволок. Между оболочкой и броней- внутренние и внешние защитные покровы.

Внутренний защитный покров(подушка под броней)-джутовая прослойка из хлопчато- бумажной пропитанной пряжи или из кабельной сульфатной бумаги.Наружный защитный покров- из джута, покрытого антикоррозионным составом.

Существенную часть в потреблении электроэнергии составляют потери в сетях(7-9%).

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ХОЗЯЙСТВО ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ И ПОТЕНЦИАЛ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ.

В промышленности более 2/3 потенциала энергосбережения находится в сфере потребления наиболее энергоемкими отраслями- химической и нефтехимической, топливной, строительных материалов, лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно- бумажной, пищевой и легкой промышленностью.

Значительные резервы экономии ТЭР в этих отраслях обусловлены несовершенством технологических процессов и оборудования, схем энергоснабжения, недостаточным внедрением новых энергосберегающих и безотходных технологий, уровнем утилизации вторичных энергоресурсов, малой единичной мощностью технологических линий и агрегатов, применением неэкономичной осветительной аппаратуры, нерегулируемого электропривода, неэффективной загрузкой энергооборудования, низкой оснащённостью приборами учета, контроля и регулирования технологических и энергетических процессов, недостатками, заложенными при проектировании и строительстве предприятий и отдельных производств, низким уровнем эксплуатации оборудования, зданий и сооружений.

Машиностроение и металлургия. Примерно треть всего используемого в машиностроении котельно-печного топлива идет на нужды литейного, кузнечно-прессового и термического производства. На технологические нужды используется около половины всей потребляемой теплоты и около трети всей электроэнергии. Свыше трети всей электроэнергии идет на механическую обработку. Основными потребителями энергоресурсов в машиностроении являются мартеновские печи, вагранки, плавильные печи, тягодутьевые машины(вентиляторы и дымососы), нагревательные печи, сушилки, прокатные станы, гальваническое оборудование, сварочные агрегаты, прессовое хозяйство.

Причинами малой эффективности использования топлива и энергии в отраслях машиностроения являются низкий технический уровень печного хозяйства, высокая металлоемкость изделий, большие отходы металла при его обработке, незначительный уровень рекуперации сбросной теплоты, нерациональная структура используемых энергоносителей, значительные потери в тепловых и электрических сетях.

Более половины резервов экономии энергоресурсов может быть реализовано в процессе плавки металлов и литейного производства. Остальная экономия связана с совершенствованием процессов металлообработки, в том числе за счет повышения уровня ее автоматизации, расширение использования менее энергоемких по сравнению с металлом пластмасс и других конструкционных материалов.

Наиболее крупными потребителями топлива в отрасли являются доменное и прокатное производство, самыми энергоемкими –ферросплавное, горнорудное, прокатное, электросталеплавильными и кислородное производство, самым теплоемким- коксохимическое производство.

• Использование эффективных футеровочных и теплоизоляционных материалов а печах, сушилках и теплопроводах;
• Применение тиристорных преобразователей частоты в процессах индукционного нагрева металла в кузнечном и термическом производстве;
• Внедрение энергосберегающих лакокрасочных материалов(с пониженной температурой сушки, водоразбавляемых, с повышенным сухим остатком);
• Снижение энергозатрат при металлообработке(замена процессов горячей штамповки выдавливанием и холодной штамповкой);
• Применение накатки шестерен вместо изготовления на зубофрезерных станках;
• Расширение использования методов порошковой металлургии;
• Применение станков с ЧПУ(числовым програмным управлением),развитие робототехники и гибких производственных структур;
• Снижение энергоемкости литья за счет уменьшения брака.

Химическая и нефтехимическая промышленность. В этих отраслях промышленности существует разнообразие технологических процессов, при которых потребляется или выделяется большое количество теплоты. Уголь, нефть и газ используются как в качестве топлива, так и в качестве сырья.

Основными направлениями энергосбережения в этих отраслях являются:

• Применение высокоэффективных процессов горения в технологических печах и аппаратах(установка рекуператоров для подогрева воды);
• Использование погруженных газовых горелок для замены парового разогрева негорючих жидкостей;
• Внедрение новой технологии безотходного экологически чистого производства капролактама с получением тепловой энергии в виде пара и горючих газов(ПО "Азот");
• Повышение эффективности процессов ректификации(оптимизация технологического процесса с использованием тепловых насосов, повышение активности и селективности катализаторов);
• Совершенствование и укрупнение единичной мощности агрегатов в производстве химических волокон;
• Снижение потерь топлива и сырья в низкотемпературных процессах;
• Перепрофилирование производства аммиака на менее энергоемкое производство метанола(ПО "Азот").

Крупным резервом экономии энергоресурсов в нефтехимической промышленности является утилизация вторичных энергетических ресурсов, в том числе внедрение котлов-утилизаторов для производства пара и горячей воды с целью утилизации тепла высокопотенциальных газовых выбросов.

Среди промышленных производств выпуск минеральных удобрений является одним из более энергоемких. Энергетические затраты в себестоимости отдельных видов продукции этой отрасли составляют примерно третью часть. Повышение энергетической эффективности связано с необходимостью разработки принципиально новых видов оборудования для производства минеральных удобрений, основанных на применении современных физических, физико-химических и физико-механических воздействий(акустических, вибрационных, электромагнитных) на технологические процессы, в том числе тепломассообменных аппаратов, фильтров перемешивающих устройств, грануляторов и др.

Производство строительных материалов.

Производство строительных материалов основано на огневых процессах, связанных с расходом значительных количеств мазута, природного газа и кокса, т.е. наиболее ценных топлив. При этом коэффициент полезного использования этих топлив в отрасли не превышает 40%.

Наибольшее количество энергоресурсов внутри отрасли строительных материалов потребляется при производстве цемента. Наиболее энергоемким процессом в производстве цемента является отжиг клинкера(клинкер- обожженная до спекания смесь известняка и глины-сырья для производства цемента).При так называемом мокром способе производства удельный расход энергоресурсов на отжиг клинкера примерно в 1,5 раза выше, чем при сухом способе. Поэтому важным направлением энергосбережения является применение сухого способа производства цемента из переувлажненного сырья.

В производстве бетона энергосберегающими являются производство и внедрение добавок-ускорителей отвердения бетона для перехода на малоэнергоемкую технологию производства сборного железабетона,а также использование теплогенераторов для тепловлажностной обработки железобетона в ямных камерах; в производстве кирпича- внедрение метода вакуумированных автоклавов на кирпичных заводах, внедрение обжиговых печей панельных конструкций в цельнометаллическом корпусе для производства глиняного кирпича.

Необходимы организация выпуска строительных и изоляционных материалов и конструкций, снижающих теплопотери через ограждающие конструкции, и разработка и внедрение системы мероприятий по использованию потенциала местных видов топлив для обжига стеновой керамики.

В стекольной промышленности тепловой КПД пламенных стекловаренных печей(основных потребителей топлива) не превышает 20-25%.Наибольшие энергетические потери происходят через ограждающие конструкции печей(30-40%) и с отходящими газами (30-40%).Главные задачи в области энергосбережения в стекольной промышленности состоят в повышении КПД стекловаренных печей, замещении дефицитных видов органического топлива и в утилизации вторичных тепловых ресурсов.

В лесной и деревообрабатывающей промышленности основными направлениями энергосбережения являются:

• Внедрение экономичных агрегатов для сушки щепы в производстве древесно-стружечных плит;
• Разработка и внедрение новых экономичных способов производства бумажных изделий, включая производство нетканных материалов и бумаги с синтетическим волокном;
• Увеличение производства мебели менее энергоемкими способами с применением новых видов облицовочных материалов вместо ламинирования;
• Изготовление деталей из древесно- стружечных плит;
• Утилизация теплоты вентиляционных выбросов и низкопотенциальной теплоты паровоздушных смесей;
• Разработка и внедрение оборудования по производству и использованию генераторного газа из древесных отходов для получения тепловой и электроэнергии;
• Переоборудование сушильных камер ПАП-32 с электроэнергии на производство древесных отходов.

Основные направления энергосбережения в легкой промышленности:

• Совершенствование технологических процессов обжига фарфора;
• Внедрение теплообменников- утилизаторов, использующих теплоту сушильного агента теплоиспользующего оборудования на предприятиях легкой промышленности.

В сельском хозяйстве около половины экономии энергии может обеспечено в результате внедрения энергосберегающих машин, технологических процессов и оборудования.

Преобладающая доля потенциала энергосбережения приходится на устранение прямого расточительства и повышения экономичности работы сельскохозяйственной техники,сокращение потребления ТЭР животноводческими фермами и тепличными хозяйствами за счет улучшения теплофизических характеристик ограждающих конструкций, утилизации низкопотенциальных ВЭР, оптимизации энергобалансов в сочетании с использованием нетрадиционных источников(биогаза и др.),снижение расходов топлива на сушку зерна, использование экономичных котлов с кипящим слоем вместо электрокотлов, использование отходов (соломы и др.)вместо традиционных видов топлива.

Основные направления энегосбережения в сельском хозяйстве наряду с созданием новой техники следующие:

• Совершенствование технологии сушки зерна и кормов, методов применения минеральных и органических удобрений;
• Разработка и внедрение систем использования отходов растениеводства и животноводства в энергетических целях, а также для производства удобрений и кормовых добавок;
• Использование теплоты вентиляционных выбросов животноводческих помещений для подогрева воды и обогрева помещений дл молодняка(с применением пластинчатых рекуператоров);
• Обеспечение оптимальных температурных режимов и секционирование системы отопления животноводческих помещений;
• Применение тепловых насосов в системах теплохладоснабжения и устройств для плавного регулирования работы систем вентиляции, внедрение современных контрольно-измерительных приборов и средств автоматизации, установка приборов учета и контроля энергоресурсов, а также строительство биогазовых установок.

В пищевой промышленности к числу наиболее энергоемких относится производство сахара. Основная экономия энергоресурсов в сахарном производстве может быть достигнута в результате совершенствования технологических схем и целенаправленного внедрения энергосберегающего оборудования, использование низкопотенциальной теплоты вторичных паров выпарных и вакуум- кристаллизационных установок и конденсатов в тепловых схемах.

Энергоемким является также производство спирта. Для снижения расхода теплоты здесь необходимо внедрение ферментативного гидролиза при подготовке крахмала, содержащего сырье к сбраживанию.

Сущность энергосберегающей политики в рассматриваемый период состоит в максимально возможном обеспечении потребности в ТЭР за счет их экономии в промышленности, сельском хозяйстве, коммунально-бытовом секторе и более эффективном использовании в электроэнергетике.

Главные причины неэффективного использования ТЭР в Беларуси обусловлены отсутствием комплексной технической, экономической, нормативно- правовой политики энергосбережения, недостатками проектирования, строительства и эксплуатации, отсутствием технической базы по производству необходимого оборудования, приборов, аппаратуры, средств автоматизации и систем управления.

Потенциал энергосбережения в электроэнергетике формируется за счет широкого развития теплофикации на базе ГТУ и ПГУ, модернизации и реконструкции действующих энергетических объектов, совершенствования технологических схем и оптимизации режимов работы оборудования, повышения эффективности процессов сжигания топлива и их автоматизации, внедрения автоматизированных систем управления.

В коммунально- бытовом секторе формируется за счет улучшения теплофизических характеристик ограждающих конструкций зданий и сооружений, модернизации и повышения уровня эксплуатации мелких котельных, использования более экономичных осветительных приборов, регулируемого электропривода, широкого внедрения приборов учета контроля, регулирования, улучшения содержания зданий и сооружений, повышения экономичности электротранспорта, КПД газовых плит, качества теплоизоляции и др.

ОСНОВНЫЕ ПОТРЕБИТЕЛИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ

Основными потребителями тепловой энергии являются промышленные предприятия и жилищно- коммунальное хозяйство.Для большинства производственных потребителей требуется тепловая энергия в виде пара (насыщенного или перегретого) либо горячей воды. Например, для силовых агрегатов, которые имеют в качестве привода паровые машины или турбины(паровые молоты и прессы, ковочные машины, турбонасосы, турбокомпрессоры и т.д.),необходим пар давлением 0,8-3,5МПа и перегретый до 250-450.

Для технологических аппаратов и устройств(разного рода подогреватели, сушилки, выпарные аппараты, химические реакторы) преимущественно требуются насыщенный или слабо перегретый пар давлением 0,3-0,8МПа и вода с температурой 150.

В жилищно-коммунальном хозяйстве основными потребителями теплоты являются системы отопления и вентиляции жилых и общественных зданий, системы горячего водоснабжения и кондиционирования воздуха. В жилых и общественных зданиях температура поверхности отопительных приборов в соответствии с требованиями санитарно- гигиенических норм не должна превышать 95,а температура воды в кранах горячего водоснабжения должна быть не ниже 50-60 в соответствии с требованиями комфортности и не выше 70 по нормам техники безопасности. В связи с этим в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения в качестве теплоносителя применяется горячая вода.

Системы теплоснабжения.

Системой теплоснабжения называется комплекс устройств по выработке, транспорту и использованию теплоты.

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.

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.

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

По виду теплоносителя системы теплоснабжения делятся на 2 группы- водяные и паровые. В водяных системах теплоснабжения теплоносителем служит вода, в паровых- пар. В Беларуси 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).Место присоединения потребителей тепла к теплопроводной сети называется абонентским вводом.

К теплоносителям систем централизованного теплоснабжения предъявляют 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 требования (возможность центральной регулировки теплоотдачи систем потребления в связи с переменными температурами наружного воздуха).

Параметры теплоносителей- температура и давление. Вместо давления в практике эксплуатации используется напор Н. Напор и давление связаны зависимостью

где Н- напор, м; Р- давление, Па;- плотность теплоносителя, кг/;g- ускорение свободного падения, м/ в системах централизованного теплоснабжения от котельной или ТЭЦ, а также в системах отопления промышленных зданий.

Тепловые сети

В Беларуси длина тепловых сетей (1996 г.) составляет: основных 794 км, распределительных 1341км.

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.

Тепловая изоляция накладывается на трубопроводы для снижения потерь теплоты при транспортировке теплоносителя. Потери теплоты снижаются при надземной при надземной прокладке в 10-15 раз, а при подземной в 3-5 раз по сравнению с неизолированными трубопроводами. Тепловая изоляция должна обладать достаточной механической прочностью, долговечностью, стойкостью против увлажнения(гидрофобностью), не создавать условий для возникновения коррозии и при этом быть дешевой. Она представлена следующими конструкциями: сегментной, оберточной, набивочной, литой и мастичной. Выбор изоляционной конструкции зависит от способа прокладки теплопровода.

Сегментная изоляция выполняется из ранее изготовленных формованных сегментов различной формы, которые накладываются на трубопровод, обвязываются проволокой, а снаружи покрываются асбоцементной штукатуркой. Сегменты изготавливаются из пенобетона, минеральной ваты, газостекла и др. Оберточная изоляция выполняется из минерального войлока, асбестового термоизоляционного шнура, алюминиевой фольги и асбестовых листовых материалов. Указанными материалами покрывают трубы в один или несколько слоев и крепят бандажами из полосового металла. Оберточные изоляционные материалы используют в основном для изоляции арматуры, компенсаторов, фланцевых соединений. Набивная изоляция применяется в виде чехлов, оболочек, сеток с заполнением порошкообразными, сыпучими и волокнистыми материалами. Для набивки применяется минеральная вата, пенобетонная крошка и др. Литая изоляция используется при прокладках трубопроводов в непроходных каналах и бесканальных прокладках.

В канальных трубопроводах сооружаются из сборных железобетонных элементов. Основное достоинство проходных каналов заключается в возможности доступа к трубопроводу, его ревизии и ремонта без вскрытия грунта. Проходные каналы(коллекторы)сооружаются при наличии большого числа трубопроводов. Оборудуются другими подземными коммуникациями- электрокабелями, водопроводом, газопроводом, телефонными кабелями, вентиляцией, электроосвещением низкого напряжения.

Полу проходные каналы применяются при прокладке небольшого числа труб(2-4) в тех местах, где по условиям эксплуатации недопустимо вскрытие грунта, и при прокладке трубопроводов больших диаметров(800-1400мм.)

Непроходные каналы изготавливают из унифицированных железобетонных элементов. Они представляют собой корытообразный лоток с перекрытием из сборных железобетонных плит. Наружная поверхность стен покрывается рубероидом на битумной мастике. Изоляция- антикоррозийный защитный слой, теплоизоляционный слой(минеральная вата или пеностекло), защитное механическое покрытие в виде металлической сетки или проволоки. Сверху- слой асбоцементной штукатурки.

Литература:

1. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача.М.:энергоиздат,1981.
2. Теплотехническое оборудование и теплоснабжение промышленных предприятий/Под ред. Б.Н. Голубкова. М.:Энергия,1979.
3. Тепловое оборудование и тепловые сети. Г.А. Арсеньев и др. М.: Энергоатомиздат, 1988.
4. Андрюшенко А.И., Аминов Р.З., Хлебалин Ю.М. Теплофикационные установки и их использование. М. : Высш. школа, 1983.

Вопрос 1. Классификация потребителей тепла. Графики тепловых нагрузок.

ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ХИМИИ (теория и тестовые материалы)

Редактор Асылбекова Б.А.

Подписано к печати 24. 01.2002 Формат60х90/16 Цена договорная

Объем 5,7уч.-изд. л. Тираж 300 экз. Заказ 2511

Печатно-множительная мастерская КарГТУ, г. Караганда, б. Мира, 56

Вопрос 1. Классификация потребителей тепла. Графики тепловых нагрузок.

Классификация потребителей тепла. (8, с.51..55)

Тепловое потребление - это использование тепловой энергии для разнообразных коммунально-бытовых и производственных целей (отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха, души, бани, прачечные, различные технологические тепло-использующие установки и т.д.).

При проектировании и эксплуатации систем теплоснабжения необходимо учитывать:

Вид теплоносителя (вода или пар);

Параметры теплоносителя (температура и давление);

Максимальный часовой расход тепла;

Изменение потребления тепла в течение суток (суточный график);

Годовой расход тепла;

Изменение потребления тепла в течение года (годовой график);

Характер использования теплоносителя у потребителей (непосредственный забор его из тепловой сети или только отбор тепла).

Потребители тепла предъявляют к системе теплоснабжения различные требования. Несмотря на это, теплоснабжение должно быть надежным, экономичным и качественно удовлетворять всех потребителей тепла.

Режим работы технологически систем подвержен изменениям, которые могут носить как закономерный, так и случайный характер, быть длительными или кратковременными, но происходить они должны с минимальными затратами энергоресурсов, не нанося ущерба надежности эксплуатации оборудования и связанных с ним систем.

Пренебрежение этим фактором обычно приводит к просчетам при выборе оборудования источников энергоснабжения и необоснованному перерасходу топлива для обеспечения требуемой нагрузки.

Для того чтобы оценить действительную потребность предприятия или его подразделений в тепловых энергоресурсах, необходимо провести анализ графиков теплопотребления в определенные периоды работы – в течение суток, недели, месяца, года.

Характеристиками равномерности тепловых нагрузок в течение года являются число часов использования максимальной тепловой нагрузки , ч/год, и коэффициент К, представляющий собой отношение среднесуточной нагрузки к максимальной суточной за год.

По этим характеристикам промышленные предприятия разделяются на три группы: первая t =4000 - 5000 ч/год, К=0,57 - 0,68; вторая t =5000 - 6000 ч/год, К=0,6 - 0,76; третья t 6000 ч/год, К 0,76.

К первой группе относятся предприятия, например, легкой промышленности и машиностроения, в структуре затрат тепловой энергии которых более 40% имеют нагрузки систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Соответственно затраты теплоты на технологию составляют менее 60%. К третьей группе относятся предприятия с превалирующей долей затрат тепловой нагрузки на технологические нужды – более 90%. Затраты теплоты потребителями других категорий очень малы – менее 10% (табл.8).

Таблица 8

Потребителей тепла можно разделить на две группы:

1) сезонные потребители тепла;

2) круглогодовые потребители тепла.

Сезонными потребителями тепла являются:

Отопление;

Вентиляция (с подогревом воздуха в калориферах);

Кондиционирование воздуха (получение воздуха определенного качества: чистота, температура и влажность).

Круглогодовые потребители используют тепло в течение всего года. К этой группе относятся:

Технологические потребители тепла;

Горячее водоснабжение коммунально-бытовых потребителей.

Изменения сезонной нагрузки зависят главным образом от климатических условий (температуры наружного воздуха, скорости и направления ветра, солнечного излучения, влажности воздуха и т.п.). Сезонная нагрузка имеет сравнительно постоянный суточный график и переменный годовой график нагрузки (рис.11).

График технологической нагрузки зависит от профиля и режима работы производственных предприятий, а график нагрузки горячего водоснабжения – от благоустройства зданий, состава и распорядка рабочего дня основных групп населения, режима работы коммунальных предприятий – бань, прачечных. Имеет почти постоянный годовой и резко переменный суточный график. Суточные графики в субботние и воскресные дни обычно отличаются от суточных графиков других дней недели.

Большинство систем теплоснабжения имеет разнообразную тепловую нагрузку (отопление, вентиляция, горячее водоснабжение, технологические потребители). Ее величина и характер зависят от многих факторов, в том числе от климатических и, главным образом, от температуры наружного воздуха.

На графике (рис.12) показана зависимость расходов теплоты на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды от температуры наружного воздуха, т.е. затраты теплоты.

По оси ординат отложены относительные значения расходов теплоты в долях единицы (за единицу принят максимальный суммарный расход теплоты, т.е. , где , , , - максимальные расчетные расходы теплоты на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды соответственно).

По оси абсцисс – температура наружного воздуха .

Построим четыре графика разных тепловых нагрузок. Расход теплоты на технологические нужды и горячее водоснабжение не является функцией наружной температуры. График будет иметь неравномерный характер в течение суток и в течение недели, но сглаживается в течение года и приобретает равномерный характер.

имеет, как правило, круглосуточный характер. При неизменной наружной температуре отопительная нагрузка жилых зданий практически постоянна. Для промышленных предприятий она имеет непостоянный суточный и недельный график, т.е. в целях экономии искусственно снижают подачу теплоты в ночной период и выходные дни. Максимальный расход на отопление соответствует расчетной температуре наружного воздуха для отопления и является расчетной величиной нагрузки отопления . Минимальный расход теплоты на отопление соответствует расчетной наружной температуре начала и конца отопительного сезона

Характерные температуры для графика вентиляционной нагрузки следующие:

Расчетная температура наружного воздуха для вентиляции соответствует расчетной нагрузке вентиляции (используется нагрев рециркуляцией). При расход тепла на вентиляцию постоянен и вентиляционные установки работают с рециркуляцией, т.е. с подмешиванием к наружному воздуху воздуха, взятого их помещений. Рециркуляция воздуха допустима для помещений, в воздухе которых не содержаться болезнетворные микроорганизмы, ядовитые газы, пары и пыль. Подмешивание воздуха осуществляется перед калориферной установкой и в количестве, обеспечивающем неизменяемую его температуру. С понижением температуры наружного воздуха подмешивание увеличивается, а подача наружного воздуха уменьшается. Температура воды, поступающей в калориферы, остается постоянной. Таким образом, когда температура наружного воздуха ниже расход теплоты на вентиляцию остается равным расчетному за счет сокращения кратности воздухообмена. Для регулирования кратности обмена воздуха в интервале вентиляционные установки должны быть оснащены авторегуляторами.

Температура включения вентиляции. Минимальный расход теплоты на вентиляцию соответствует расчетной наружной температуре начала и конца отопительного периода промышленных зданий.

Суммарный расход теплоты на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды по району является суммой расходов отдельных абонентов. Преобладающей является нагрузка отопления. График суммарного расхода теплоты имеет вид, показанный на рис.12. На нем есть три точки излома:

а) момент включения отопления;

б) момент включения вентиляции;

в) момент изменения нагрузки вентиляции.

Характер графика суммарной нагрузки зависит от соотношения нагрузок отдельных групп потребителей.

Основная задача отопления заключается в поддержании условий теплового комфорта (условия, благоприятные для жизни и деятельности).

Согласно СНиП допустимые (оптимальные) метеорологические условия в зоне жилых и общественных зданий:

Температура воздуха 18-22 о С (22-24 о С)

Относительная влажность 65% (45-30)

Скорость движения воздуха не более 0,3 м/с (0,1-0,15)

Для этого необходимо сохранение равновесия между тепловыми потерями здания и теплопритоком, которое может быть выражено в виде следующего равенства (теплового баланса ):

,

где - суммарные тепловые потери, - приток тепла через отопительную систему, - внутренние источники теплоты.

Включает в себя:

Потери из-за теплопередачи через наружные ограждения;

Потери инфильтрацией из-за поступления холодного воздуха в помещения через неплотности наружных ограждений, , где - коэффициент инфильтрации ( =0,03-0,06 – жилые, общественные здания, =0,25-0,30 – промышленные здания);

Теплота на подогрев холодных предметов (материалов), ()

Включает в себя:

От солнечной радиации (фонари, окна);

От коммуникаций и технологического оборудования;

От электрического оборудования и электрических осветительных приборов;

От нагретого материала и изделий;

При технологических процессах (конденсация);

От продуктов сгорания, поверхности печей;

От людей.

Есть две методики расчета .

1) Для малых зданий (помещений):

,

где - коэффициент теплопередачи, - площадь поверхности отдельных наружных ограждений, - разность температур воздуха с внутренней и наружной сторон этих ограждений.

- 130.00 Кб

1. Значение теплоэнергетики для современного общества. Актуальность для России.

Е.Г.Гашо, В.С.Пузаков. Современные реалии в сфере теплоснабжения.

Более чем за 100 лет своего развития российская система теплофикации (когенерации) и централизованного теплоснабж ения (ЦТ) стала самой большой в мире. Под теплофикацией понимается процесс централизованного обеспечения потребителей тепловой энергией, полученной на ТЭЦ по комбинированному способу выработки тепловой и электрической энергии. Под ЦТ понимается теплоснабжение потребителей от источников тепла через общую тепловую сеть. Теплофикация занимает весомое место в энергетическом комплексе страны. Более половины электрической мощности всех тепловых электростанций приходится на ТЭЦ общего пользования, которые производят свыше 30% всей электроэнергии в стране и покрывают треть спроса на тепловую энергию. На сегодняшний день система теплоснабжения страны состоит из почти 50 тыс. локальных систем теплоснабжения, которая обслуживается 17 тыс. предприятиями теплоснабжения. Сложившаяся система отопления многоэтажных жилых домов организована как система ЦТ.

Основными источниками тепла в системе ЦТ являются теплофикационные энергоблоки на теплоэлектростанциях (ТЭЦ, как правило, в составе генерирующих компаний) и котельные (различных форм собственности). Производство тепловой энергии в России характеризуется следующими данными:

централизованные источники производят около 74%;

децентрализованные источники производят 26% тепла России.

Основные виды используемых природных топливно-энергетических ресурсов (ТЭР): природный газ, нефть и нефтепродукты, уголь. Говорить сейчас о доли возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в топливно-энергетическом балансе страны пока нельзя, т.к. по ним сегодня практически нет достоверных статистических данных.

Материалы восьмого заседания Открытого семинара «Экономические проблемы энергетического комплекса» от 25 января 2000 года. А.С.Некрасов, С.А.Воронина. Экономические проблемы теплоснабжения в России.

Теплоснабжение в России, несмотря на признание его самым топливно-емким и находящимся в критическом состоянии сегментом топливно-энергетического комплекса страны, было и остается совершенно нескоординированным в силу своей разобщенности.

В официальном статистическом издании, «Российском статистическом ежегоднике», раздел теплоснабжения отсутствует.

Крупнейшей нерешенной проблемой современного централизованного теплоснабжения является сокращение потерь тепла. Величины этих потерь должным образом не учитываются и экономически не оцениваются. Называемые объемы потерь тепла различаются кратно в зависимости от источников информации.

А.С.Некрасов (в дискуссии)

«Есть экономические пределы эффективности централизованного теплоснабжения от определенного источника. Моя точка зрения, что очень важно сегодня просчитать по всем основным городам (и это делалось в ИСЭ им. Л.А.Мелентьева в Иркутске), как реально должно выглядеть централизованное теплоснабжение.

Централизация – это одно из направлений. При той плотности застройки городов, которая у нас есть, она, конечно, должна быть. Вопрос в другом. Я как то был в Гусиноозерске, где 20 тыс. человек населения. Там теплоснабжение от Гусиноозерской ГРЭС. Если принять по 200 чел., проживающих в каждом доме, это 5 улиц по 20 домов. При плотности застройки, как это делалось в старых городах, можно получить эффективные результаты от централизованного теплоснабжения. Однако в этом городе каждый дом стоит на удалении не менее 50‑100 м друг от друга. Как при такой системе можно обеспечить централизованное теплоснабжение без экономических потерь? Невозможно. Поэтому вопрос о том, какая система теплоснабжения должна быть, это вопрос о том, какая принята стратегия в планировке городов. Хотя это выходит за рамки нашей задачи, но является базисным условием для обоснования развития централизованного теплоснабжения, особенно на базе ТЭЦ. Нельзя сегодня однозначно говорить, хорошо централизованное теплоснабжение или плохо».

2. Способы получения тепловой и электрической энергии

2.1. Тепловые электростанции

2.2. Гидроэлектростанции

2.3. Атомные электростанции

Данный раздел является кратким обзором современного состояния энергоресурсов, в котором рассмотрены традиционные источники электрической энергии. К традиционным источникам в первую очередь относятся: тепловая, атомная и энергия потока воды.

2.1 Тепловые электростанции

Тепловая электростанция (ТЭС), электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. Первые ТЭС появились в кон. 19 в и получили преимущественное распространение. В сер. 70-х гг. 20 в. ТЭС - основной вид электрической станций. Доля вырабатываемой ими электроэнергии составляла: в России и США св. 80% (1975), в мире около 76% (1973).

Около 75% всей электроэнергии России производится на тепловых электростанциях. Большинство городов России снабжаются именно ТЭС. Часто в городах используются ТЭЦ - теплоэлектроцентрали, производящие не только электроэнергию, но и тепло в виде горячей воды. Такая система является довольно-таки непрактичной т.к. в отличие от электрокабеля надежность теплотрасс чрезвычайно низка на больших расстояниях, эффективность централизованного теплоснабжения сильно снижается, вследствие уменьшения температуры теплоносителя. Подсчитано, что при протяженности теплотрасс более 20 км (типичная ситуация для большинства городов) установка электрического бойлера в отдельно стоящем доме становится экономически выгодна.

На тепловых электростанциях преобразуется химическая энергия топлива сначала в механическую, а затем в электрическую.

Топливом для такой электростанции могут служить уголь, торф, газ, горючие сланцы, мазут. Тепловые электрические станции подразделяют на конденсационные (КЭС), предназначенные для выработки только электрической энергии, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), производящие кроме электрической тепловую энергию в виде горячей воды и пара. Крупные КЭС районного значения получили название государственных районных электростанций (ГРЭС).

Простейшая принципиальная схема КЭС, работающей на угле, представлена на рис. Уголь подается в топливный бункер 1, а из него - в дробильную установку 2, где превращается в пыль. Угольная пыль поступает в топку парогенератора (парового котла) 3, имеющего систему трубок, в которых циркулирует химически очищенная вода, называемая питательной. В котле вода нагревается, испаряется, а образовавшийся насыщенный пар доводится до температуры 400-650°С и под давлением 3-24 МПа поступает по паропроводу в паровую турбину 4. Параметры пара зависят от мощности агрегатов.

Тепловые конденсационные электростанции имеют невысокий кпд (30- 40%), так как большая часть энергии теряется с отходящими топочными газами и охлаждающей водой конденсатора.

Сооружать КЭС выгодно в непосредственной близости от мест добычи топлива. При этом потребители электроэнергии могут находиться на значительном расстоянии от станции.

Теплоэлектроцентраль отличается от конденсационной станции установленной на ней специальной теплофикационной турбиной с отбором пара. На ТЭЦ одна часть пара полностью используется в турбине для выработки электроэнергии в генераторе 5 и затем поступает в конденсатор 6, а другая, имеющая большую температуру и давление (на рис. штриховая линия), отбирается от промежуточной ступени турбины и используется для теплоснабжения. Конденсат насосом 7 через деаэратор 8 и далее питательным насосом 9 подается в парогенератор. Количество отбираемого пара зависит от потребности предприятий в тепловой энергии.

Коэффициент полезного действия ТЭЦ достигает 60-70%.

Такие станции строят обычно вблизи потребителей - промышленных предприятий или жилых массивов. Чаще всего они работают на привозном топливе.

Рассмотренные тепловые электростанции по виду основного теплового агрегата - паровой турбины - относятся к паротурбинным станциям. Значительно меньшее распространение получили тепловые станции с газотурбинными (ГТУ), парогазовыми (ПГУ) и дизельными установками.

Наиболее экономичными являются крупные тепловые паротурбинные электростанции (сокращенно ТЭС). Большинство ТЭС нашей страны используют в качестве топлива угольную пыль. Для выработки 1 кВт-ч электроэнергии затрачивается несколько сот граммов угля. В паровом котле свыше 90% выделяемой топливом энергии передается пару. В турбине кинетическая энергия струй пара передается ротору. Вал турбины жестко соединен с валом генератора.

Современные паровые турбины для ТЭС - весьма совершенные, быстроходные, высокоэкономичные машины с большим ресурсом работы. Их мощность в одновальном исполнении достигает 1 млн. 200 тыс. кВт, и это не является пределом. Такие машины всегда бывают многоступенчатыми, т. е. имеют обычно несколько десятков дисков с рабочими лопатками и такое же

количество, перед каждым диском, групп сопел, через которые протекает струя пара. Давление и температура пара постепенно снижаются.

Из курса физики известно, что КПД тепловых двигателей увеличивается с ростом начальной температуры рабочего тела. Поэтому поступающий в турбину пар доводят до высоких параметров: температуру - почти до 550 °С и давление - до 25 МПа. Коэффициент полезного действия ТЭС достигает 40%. Большая часть энергии теряется вместе с горячим отработанным паром.

По мнению ученых в основе энергетики ближайшего будущего по-прежнему останется теплоэнергетика на не возобновляемых ресурсах. Но структура ее изменится. Должно сократиться использование нефти. Существенно возрастет производство электроэнергии на атомных электростанциях. Начнется использование пока еще не тронутых гигантских запасов дешевых углей, например, в Кузнецком, Канско-Ачинском, Экибаcтузском бассейнах. Широко будет применяться природный газ, запасы которого в стране намного превосходят запасы в других странах.

К сожалению, запасы нефти, газа, угля отнюдь не бесконечны. Природе, чтобы создать эти запасы, потребовались миллионы лет, израсходованы они будут за сотни лет. Сегодня в мире стали всерьез задумываться над тем, как не допустить хищнического разграбления земных богатств. Ведь лишь при этом условии запасов топлива может хватить на века.

2.2 Гидроэлектростанции

Гидроэлектрическая станция, гидроэлектростанция (ГЭС),комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. ГЭС состоит из последовательной цепи гидротехнических сооружений, обеспечивающих необходимую концентрацию потока воды и создание напора, и энергетического. оборудования, преобразующего энергию движущейся под напором воды в механическую энергию вращения которая, в свою очередь, преобразуется в электрическую энергию. Напор ГЭС создается концентрацией падения реки на используемом участке плотиной (рис. 1), либо деривацией (рис. 2), либо плотиной и деривацией совместно (рис. 3). Основное энергетическое оборудование ГЭС размещается в здании ГЭС: в машинном зале электростанции - гидроагрегаты, вспомогательное оборудование, устройства автоматического управления и контроля; в центральном посту управления - пульт оператора-диспетчера или автооператор гидроэлектростанции. Повышающая трансформаторная подстанция размещается как внутри здания ГЭС, так и в отдельных зданиях или на открытых площадках. Распределительные устройства зачастую располагаются на открытой площадке. Здание ГЭС может быть разделено на секции с одним или несколькими агрегатами и вспомогательным оборудованием, отделённые от смежных частей здания. При здании ГЭС или внутри него создаётся монтажная площадка для сборки и ремонта различного оборудования и для вспомогательных операций по обслуживанию ГЭС.

По установленной мощности (в Мвт) различают ГЭС мощные (св. 250), средние (до 25) и малые (до 5). Мощность ГЭС зависит от напора На (разности уровней верхнего и нижнего бьефа), расхода воды, используемого в гидротурбинах, и кпд гидроагрегата. По ряду причин (вследствие, например сезонных изменений уровня воды в водоёмах, непостоянства нагрузки энергосистемы, ремонта гидроагрегатов или гидротехнических сооружений и т. п.) напор и расход воды непрерывно меняются, а кроме того, меняется расход при регулировании мощности ГЭС. Различают годичный, недельный и суточный циклы режима работы ГЭС.

По максимально используемому напору ГЭС делятся на высоконапорные (более 60 м), средненапорные (от 25 до 60 м) и низконапорные (от 3 до 25 м). На равнинных реках напоры редко превышают 100 м, в горных условиях посредством плотины можно создавать напоры до 300 м и более, а с помощью деривации - до 1500 м. Классификация по напору приблизительно соответствует типам применяемого энергетического оборудования: на высоконапорных ГЭС применяют ковшовые и радиально-осевые турбины с металлическими спиральными камерами; на средненапорных - поворотнолопастные и радиально-осевые турбины с железобетонными и металлическими спиральными камерами, на низконапорных - поворотнолопастные турбины в железобетонных спиральных камерах, иногда горизонтальные турбины в капсулах или в открытых камерах. Подразделение ГЭС по используемому напору имеет приблизительный, условный характер.

По схеме использования водных ресурсов и концентрации напоров ГЭС обычно подразделяют на русловые, приплотинные, деривационные с напорной и безнапорной деривацией, смешанные, гидроаккумулирующие и приливные. В русловых и приплотинных ГЭС напор воды создаётся плотиной, перегораживающей реку и поднимающей уровень воды в верхнем бьефе. При этом неизбежно некоторое затопление долины реки. В случае сооружения двух плотин на том же участке реки площадь затопления уменьшается. На равнинных реках наибольшая экономически допустимая площадь затопления ограничивает высоту плотины. Русловые и приплотинныс ГЭС строят и на равнинных многоводных реках и на горных реках, в узких сжатых долинах.

В состав сооружений русловой ГЭС, кроме плотины, входят здание ГЭС и водосбросные сооружения (рис. 4). Состав гидротехнических сооружений зависит от высоты напора и установленной мощности. У русловой ГЭС здание с размещенными в нём гидроагрегатами служит продолжением плотины и вместе с ней создаёт напорный фронт. При этом с одной стороны к зданию ГЭС примыкает верхний бьеф, а с другой - нижний бьеф. Подводящие спиральные камеры гидротурбин своими входными сечениями закладываются под уровнем верхнего бьефа, выходные же сечения отсасывающих труб погружены под уровнем нижнего бьефа.

Краткое описание

Более чем за 100 лет своего развития российская система теплофикации (когенерации) и централизованного теплоснабжения (ЦТ) стала самой большой в мире. Под теплофикацией понимается процесс централизованного обеспечения потребителей тепловой энергией, полученной на ТЭЦ по комбинированному способу выработки тепловой и электрической энергии. Под ЦТ понимается теплоснабжение потребителей от источников тепла через общую тепловую сеть. Теплофикация занимает весомое место в энергетическом комплексе страны. Более половины электрической мощности всех тепловых электростанций