5.3. Особенности систем теплоснабжения североевропейских стран (Дании, Финляндии, Швеции, Норвегии и Исландии)

В североевропейских странах централизованное теплоснабжение широко используется как важнейший источник теплоснабжения жилых домов, офисов и предприятий. Неотъемлемым элементом теплоснабжения являются ТЭЦ. Роль, которую играет централизованное теплоснабжение в той или иной стране, зависит от таких факторов, как климат, экономическая или политическая конъюнктура и т. п.

В настоящее время энергетические предприятия (ТЭЦ, котельные, мусоросжигательные станции и др.) стран Северной Европы поставляют приблизительно 100 ТВт·ч в год теплоты для отопления и горячего водоснабжения. Это превышает 35% рынка тепла для отопления и горячего водоснабжения в этих странах. Наиболее эффективным и прибыльным централизованное теплоснабжение оказывается в регионах с высоким удельным энергопотреблением.

Для успешной работы системы централизованного теплоснабжения необходим как рынок сбыта, так и «дешевый местный источник энергии», которым может быть теплота, вырабатываемая вместе с электричеством (Дания и Финляндия), геотермальная энергия (Исландия), сбросное тепло мусоросжигательных заводов (Норвегия) или комбинация различных источников энергии (Швеция).

Дания имеет большой опыт и традиции в использовании централизованного теплоснабжения и благоприятные условия для его развития с использованием ТЭЦ. Так, 80% населения страны проживает в городских зонах, страна отличается высоким годовым потреблением тепловой энергии и продолжительным отопительным сезоном, практически все крупные электростанции расположены в непосредственной близости к основным городам. Вследствие этого централизованное теплоснабжение является наиболее распространенным источником тепла. Системы централизованного теплоснабжения существуют в более чем 450 городах.

Начиная с 1973 года Дания достигла значительного успеха в реализации энергетических программ. Принятые в 1979 и 1990 годах законы о теплоснабжении позволили увеличить долю теплоты, производимой в системах централизованного теплоснабжения при комбинированной выработке тепловой и электрической энергии, с 33 до 64%. За счет возобновляемой энергии обеспечивается 20% централизованного теплоснабжения, сжигания отходов – 10%, сжигания биомассы – 9%, промышленных отходов теплоты – 1%. Всего лишь 16% теплоты централизованных систем производится при сжигании органического топлива на водогрейных котельных (нефти – 1%, природного газа – 11%, угля – 4%).

Столица Дании Копенгаген использует комбинированную выработку тепловой и электрической энергии на протяжении более 50 лет. С 1986 по 1990 гг. в Копенгагене были созданы 2 транспортные системы теплопередачи мощностью 26 тыс. ТДж/год, что эквивалентно потребности в тепле примерно 325 тыс. семей. К системе ценрализованного теплоснабжения были подключены 45 пиковых и резервных станций, в основном реконструированных котельных (к 2009 году их число планируется увеличить до 50); 9 различных установок, обеспечивающих базовую нагрузку, в их числе 4 мусоросжигательных завода и 4 ТЭЦ, работающих на жидком топливе, угле или природном газе. Температурный график всех теплосетей составляет 120/50°С при рабочем давлении теплоносителя 2,5 МПа.

Внешний вид и функциональная схема ТЭЦ «Alholmens Kraft-2» (Финляндия)

ТЭЦ «Alholmens Kraft-2» введена в эксплуатацию в 2002 году. Она расположена на берегу Ботнического залива и является составной частью деревообрабатывающего и целлюлознобумажного комбината. Парогенератором ТЭЦ служит котел ЦКС паропроизводительностью 690 т/ч производства компании «Kvaerner Power». ТЭЦ вырабатывает электроэнергию, промышленный пар и обеспечивает централизованное теплоснабжение города Пиетарсаари. Топливом для нее служат отходы основного производства комбината, в частности древесины (40%), 45% местного торфа и 15% импортируемого каменного угля.

Централизованное теплоснабжение является основным методом теплоснабжения в городах Финляндии. Сегодня доля теплофикации в теплоснабжении Финляндии составляет 45%, а в крупных городах – более 80%. В столице Финляндии степень теплофикации является самой высокой в Западной Европе. Системы централизованного теплоснабжения эксплуатируются более чем в 250 населенных пунктах страны.

Более 70% общей теплоты централизованного теплоснабжения производят ТЭЦ, тогда как доля водогрейных котельных не превышает 30%.

Основным топливом для централизованного теплоснабжения и комбинированной выработки теплоты являются уголь, природный газ, торф и нефть. Доля нефти, которая используется в качестве резервного топлива, а также для покрытия пиковых нагрузок, не превышает 10%.

Теплота от ТЭЦ подается потребителям с помощью воды, температура которой колеблется от 75 до 115°С. Суммарная длина сетей централизованного теплоснабжения в 1996 году составляла 7500 км.

В Хельсинки среднегодовая температура +5.3°C; население Хельсинки вместе с пригородами превышает 900 тыс. жителей.

Система централизованного теплоснабжения в настоящее время покрывает практически весь город, доля теплофикации достигла 92%, а поставка тепловой энергии в 2001 году составила приблизительно 6 ТВт·ч. Общая протяженность теплосетей города в 2001 года составляла 1130 км (из них 33 км проложены в скалах). Температурный график теплосетей 120/65°С близок к датскому, хотя температура обратной воды здесь несколько выше.

В 1990 году город Хельсинки был удостоен Почетной награды ООН в области охраны окружающей среды за реализацию программы централизованного теплоснабжения, которая использовала комбинированную выработку для снижения уровня потребления топлива и, в конечном итоге, улучшения состояния окружающей среды.

Централизованное теплоснабжение Швеции составляет 42% рынка тепловой энергии, а в городах эта доля достигает 90%, обеспечивая главным образом муниципальные потребности в отоплении и горячем водоснабжении. Отпуск теплоты для муниципального и промышленного сектора составляет соответственно 37 и 4 ТВт·ч в год. Промышленные потребители используют поставляемую тепловую энергию в первую очередь для отопления.

Системы централизованного теплоснабжения в большинстве случаев находятся в управлении муниципальных предприятий, которые, как правило, также ответственны за электроснабжение потребителей. Суммарная длина трубопроводов централизованного теплоснабжения – 9964 км. Доля теплоты, поставляемой ТЭЦ при комбинированной выработке тепловой и электрической энергии, – 25%, а доля тепловой энергии, поставляемой водогрейными котельными, – 75%.

Стокгольм – столица Швеции

В столице Швеции Стокгольме проживают 1240 тыс. человек. Система централизованного теплоснабжения Стокгольма в настоящее время обеспечивает поставку теплоты в количестве, превышающем 5 ТВт·ч в год, что соответствует приблизительно 60% доли теплоты, необходимой для отопления и горячего водоснабжения города.

В структуре централизованного теплоснабжения Стокгольма особое место занимают 3 ТЭЦ и одна станция теплоснабжения, производство теплоты на которых осуществляется главным образом мазутными водогрейными котлами, электрокотлами и тепловыми насосами. Распределение теплоты в Стокгольме обеспечивается пятью различными тепловыми сетями. Это связано с тем, что город расположен на ряде островов. Общая протяженность теплосетей составляет 765 км, их температурный режим составляет 120/65°С. Регулирование температуры теплоносителя качественное, с местной количественной подрегулировкой у потребителя.

Система централизованного теплоснабжения Норвегии поставляет тепловую энергию для 3% бытовых потребителей. Основным источником энергии для выработки теплоты, поставляемой системой централизованного теплоснабжения, являются отходы (49%), еще одним важным источником служит нефть (20%), при этом доля электрической энергии составляет 11%. В некоторых регионах страны подключение к системе централизованного теплоснабжения является обязательным. Суммарная выработка тепловой энергии системой составляет 1,5 ТВт·ч в год, протяженность тепловых сетей 303 км, а принятый температурный график теплосети – 120/70°С. Столица Норвегии Осло, в которой насчитываются 800 тыс. жителей, только на 10% снабжается теплотой от централизованной системы теплоснабжения. Это связано с особенностями норвежской энергетики (98% общей выработки электроэнергии в стране составляет доля гидроэнергетики, а остаток покрывается ветроустановками). Достаточное количество дешевой электроэнергии стимулировало развитие электроотопления (его доля в стране достигает 70%).

Панорама Осло – столицы Норвегии

Замена электроэнергии, используемой для отопления, теплотой, вырабатываемой при сжигании в котлах биомассы, отходов, а также вырабатываемой тепловыми насосами, приведет к снижению потребления электрической энергии. В 1980 году в Осло было начато строительство четырех независимых систем централизованного теплоснабжения. К настоящему времени две из них объединены и обеспечивают годовую поставку теплоты в размере 560 ГВт·ч. Основные источники теплоты – два мусоросжигательных завода, тепловые насосы и малые пиковые мазутные котельные.

Система централизованного теплоснабжения Осло продолжает развиваться. Первоочередной задачей является подключение новых потребителей к уже существующим сетям.

Исландия обладает большими запасами геотермальной энергии и поэтому отопление страны практически полностью обеспечивается этим источником энергии. Доля геотермальной теплоты в централизованном теплоснабжении составляет 96%, остальные 4% тепла вырабатываются электрическими котлами. Общая длина трубопроводов системы централизованного теплоснабжения – 2700 км.

Кроме названных городов, крупными системами централизованного теплоснабжения оборудованы также многие другие крупные города в странах Европы (Прага, Варшава, Берлин и др.).

Анализ развития систем централизованного теплоснабжения в странах Северной Европы показывает, что основными направлениями повышения эффективности теплофикации являются: использование комбинированной выработки теплоты и электрической энергии, а также парогазового цикла на источниках теплоснабжения; использование теплоты мусоросжигательных заводов; применение предварительно изолированных труб при прокладке или реконструкции трубопроводов централизованного теплоснабжения; снижение верхней температуры теплоносителя до 100–110°С.

Децентрализованный или локальный способ теплоснабжения целесообразно применять для небольших населенных пунктов или поселков и мест с низкой концентрацией населения, отдаленных от мощных источников теплоты. Для крупных городов преимущества в применении именно централизованного способа несомненны, особенно в районах плотной городской застройки. С повышением степени централизации повышается экономичность производства теплоты, снижаются ее потери при эксплуатации источников теплоснабжения и всей системы в целом.

Применение системы централизованного теплоснабжения для производства больших объемов теплоты позволяет эксплуатировать теплогенерирующее оборудование значительной единичной мощности, за счет чего повышается эффективность использования топлива и уменьшаются нерациональные потери теплоты в процессе подогрева теплоносителя.

Применение современных достижений в решении вопросов транспортировки теплоты, таких как, например, использование предварительно изолированных теплопроводов с пенополиуретановой изоляцией, позволяет в десятки раз снизить затраты на эксплуатацию и ремонт теплосетей, а также в несколько раз сократить тепловые потери при транспортировке.

Важным является экологический аспект развития централизованного теплоснабжения. Выбросы загрязняющих веществ от централизованной системы значительно меньше, чем суммарные выбросы от локальных систем аналогичной мощности. Это достигается благодаря концентрации сжигания топлива на небольшом количестве объектов, которые могут быть оборудованы комплексом газо-, водоили золоочистки. Кроме того, крупные энергоисточники оборудуются, как правило, высокими дымовыми трубами для снижения приземной концентрации загрязняющих факторов.

Наибольшие преимущества централизованной системы теплоснабжения с широким применением комбинированного способа производства энергии проявляются в использовании замкнутого технологического цикла – начиная от производства тепла вплоть до распределения его между конечными потребителями. Понятие «замкнутость цикла» в первую очередь включает в себя неразрывность всех звеньев процесса производства и распределения тепловой энергии путем их объединения и единого управления.

Гибкость системы, которая функционирует по замкнутому технологическому циклу, предусматривает надежность управления энергопотоками. Неразрывность системы управления режимами работы теплофикационного оборудования в этом случае обеспечивается координацией из единого диспетчерского центра согласованной общей работы теплоэлектроцентралей, котельных и насосных станций тепловых сетей.

Замкнутый технологический цикл позволяет обеспечить внедрение единой технической политики развития теплоснабжения потребителей, согласовать проведение ремонтных работ и реконструкции тепловых сетей с ремонтами теплоисточников и внутренних теплосетей потребителей.

Поддержание взаимоотношений производителя со всеми потребителями теплоты позволяет проводить единую политику в вопросах энергосбережения, которая, с одной стороны, снижает общее теплоснабжение в целом, освобождает мощности теплоисточников для присоединения дополнительных потребителей, а с другой стороны, уменьшает количество случаев нерационального использования теплоты.

Повышение эффективности централизованного теплоснабжения с использованием современных технологий должно обеспечить надежное и качественное снабжение потребителей тепловой энергией.