Мировая история развития теплоснабжения и теплофикации

Объединение Германии иллюстрировало большие возможности возникших в результате реконструкции ТЭЦ и систем централизованного теплоснабжения в Центральной и Восточной Европе. Реконструкция ТЭЦ в Восточной Германии потребовала немалых затрат (капиталовложений), превышающих 3,4 млрд евро (с правительственной поддержкой в 600 млн евро). Самым значительным эффектом этой инвестиции было то, что резко был снижен выброс парниковых газов, влияющих на разрушение озонового слоя, благодаря реконструкции районных отопительных котельных. В общей сложности выброс СО2 был снижен на 33%, SO2 на 83%, СО на 49%, NOX на 41% и пыли на 95%. Сбережения энергии составили 11180 ГВт-ч/год, которые были достигнуты благодаря обширной реконструкции систем централизованного производства тепла. Также было предоставлено значительное число рабочих мест, и цена на централизованное тепло была снижена в среднем на 25%. 

 

Исторические даты

1876 г. - первая система  централизованного теплоснабжения  в мире в Локпорте (Lockport), Нью-Йорк, США.

1893 г. - первая общественная ТЭЦ  в Европе построена в Постстрассе (Poststrasse), Гамбург, Германия.

1900 г. - первая немецкая  муниципальная система отопления  пускается в работу 5 декабря 1900 г. в Дрездене.

1904 г. - первая система  централизованного теплоснабжения  Венгрии начинает свою работу, обеспечивая теплом парламент в Будапеште.

1923 г. - первая общая система централизованного теплоснабжения Нидерландов запущена в работу в Утрехте (Utrecht).

1924 г. - в Советском Союзе первая система централизованного теплоснабжения заработала в Ленинграде (ныне С.-Петербург).

1925 г. - Дания запускает муниципальную систему отопления в Копенгагене. Столица Исландии, Рейкьявик, также запускает свою систему централизованного теплоснабжения.

1930 г. - первая система  централизованного теплоснабжения  в Париже, Франция, начинает свою работу. Более 200 районных ТЭЦ уже работают в Европе.

1932 г. - в Швейцарии строится  первая большая районная котельная в г. Цюрихе.

1937 г. - начинает работу  система централизованного теплоснабжения в Вервье (Venders), Бельгия.

1948 г. - первое централизованное  теплоснабжение в Швеции в Карлстад (Karlstad). Первая ТЭЦ Австрии входит в работу в Клагенфурт (Klagenfurt).

1951     г. - первая главная система централизованного теплоснабжения в Великобритании заработала в Лондонском районе Пимлико (Pimlico).

1952 г. - запущена первая система централизованного теплоснабжения в столице Финляндии - Хельсинки.

1954 г. - первая ТЭС в Варшаве, Польша, пускается в работу.

1957 г. - первая ТЭЦ входит  в работу в Lahti, Финляндия.

1964 г. - первая ядерная (АЭС), реактор  тяжелой воды, мощностью 65 МВт тепловой и 10 МВт электрической начинает работать в Агеста (Agesta), Швеция.1975 г. - 800 городов в Советском Союзе обеспечиваются централизованным теплоснабжением. ЦТ составляет более чем 50% отопления строений в этих городах.

1978 г. - 157 городов в прежней Чехословакии снабжаются ЦТ. Суммарная установленная мощность составляет 46750 МВт.

1980 г. - 94 венгерских города имеют системы централизованного теплоснабжения, обеспечивающие более чем 400 тыс. квартир теплом. Установленная нагрузка - 14500 МВт.

1981     г. - в Москве, в Советском Союзе, более чем 99% всех квартир обеспечиваются ЦТ. Это - мировой рекорд.

1992 г. -100 ТЭС, использующих  топливо возобновляемых источников энергии, находились в работе в Дании (60 - на соломе, 40 - на древесном топливе (древесные брикеты)).

1999 г. - более чем 450 немецких городов  снабжаются ЦТ. Установленная нагрузка - 57000 МВт.

 

 

Часть вторая. История развития теплоснабжения

Глава «Развитие теплофикации в России*» 
* По материалам Н.М. Зингер, АИ. Белевич. «Развитие теплофикации в России.  
К 75- летию теплофикации» //Электрические станции, № 10, 1999. 

 

 

 

Возникновение идеи централизованного теплоснабжения относится к 80-м годам XIX столетия. В 1877 г. в г. Локпорте (США) была сооружена первая установка для централизованного теплоснабжения. Однако, в США длительное время (до 1937 г.) централизованное теплоснабжение не связывалось с организацией комбинированной выработки электроэнергии, т.е. не являлось теплофикацией.

Первые районные теплофикационные установки в Европе появились в начале XX в. В 1900 г. была пущена в работу первая районная теплофикационная установка в Германии (г. Дрезден).

Комбинированная выработка тепла и электроэнергии нашла применение в России с начала XX в. на предприятиях с теплоемкими технологическими процессами, например, на сахарных заводах и текстильных предприятиях. Для этой цели создавались теплосиловые блок-станции, тепловая энергия от которых поступала группе зданий, принадлежащих одному владельцу. Так, в 1902 г. была построена блок-станция на генераторной станции С.-Петербургского Политехнического института. В 1903-1912 гг. по иници-

ативе и по проектам проф. Электротехнического института В.В.Дмитриева в С.-Петербурге создаются несколько теплоэлектрических блок-станций для снабжения теплом и электроэнергией Синодальной типографии, детской больницы (17 зданий), 37 корпусов больницы им. Петра Великого (ныне им. Мечникова), дома предварительного заключения (тюрьма Кресты), здания электротехнического института.

В Москве также имелись отдельные предприятия, на которых отработавший пар паросиловых установок использовался для теплоснабжения, но реализация такого технического решения, как и в С.-Петербурге, ограничивалась пределами владения одного собственника (Трехгорная мануфактура, текстильная фабрика Циндель и ряд других предприятий).

Исходя из положительного опыта работы созданных теплоэлектрических блок-станций, проф. В.В.Дмитриев, начиная с 1908 г., на специальных лекциях в Электротехническом институте и в докладах пропагандировал идею теплоэлектроцентралей и руководил разработкой проектов теплоснабжения. Одним из них был проект «Электростанция с использованием отходящего тепла для отопительных и бытовых нужд центрального района города». В этом проекте, изложенном В.В.Дмитриевым в 1923 г. на собрании Русского технического общества, предлагалась идея переоборудования в ТЭЦ 3-й Петроградской ГЭС на Фонтанке, подлежащей закрытию из-за ее неэкономичности. Этот проект являлся темой дипломной работы студента Е.Ф.Бродского - ученика В.В.Дмитриева. Идея проекта - сплошная теплофикация района города, прилегающего 
 к 3-й ПГЭС с превращением этой ГЭС в теплоэлектроцентраль (ТЭЦ). В этом районе располагались здания как с печным, так и с центральным водяным отоплением. В рамках этого проекта печное отопление зданий должно было быть заменено центральным водяным. Летом 1924 г. Л.Л.Гинтер при консультациях с В.В.Дмитриевым и Е.Ф.Бродским составляет свой вариант проекта, более реального с охватом только зданий, имеющих системы центрального отопления.

В январе-марте 1924 г. на территории электростанции был заложен в земле первый опытный участок (стенд) для теплового испытания конструкции и изоляции теплопровода. В результате про-

веденных испытаний была установлена недостаточность изоляционных свойств воздушного цилиндрического зазора между трубой и стенкой канала. Хорошие результаты были получены при использовании изолирующих полуцилиндров из пробки. Так, при транспорте воды с температурой 90 °С со скоростью 1,5 м/с по трубе диаметром 100 мм падение температуры составило менее 1 °С на 1 км. Прокладка трубопровода в непроходном канале и теплоизоляция его пробковыми полуцилиндрами была выбрана для дальнейшего использования.

25 ноября 1924 г. в дом  № 96 на набережной р. Фонтанки  было подано тепло от 3-й Ленинградской ГЭС (острый пар), причем циркуляция воды в системе отопления здания осуществлялась пароводяным инжектором. Эта дата считается началом теплофикации России. После окончания в 1927 г. перевода (реконструкции) конденсационной турбины мощностью 680 кВт фирмы Броун-Бовери на ухудшенный вакуум в трубопровод стала подаваться сетевая вода. Нагрев сетевой воды стал происходить за счет тепла отработавшего в турбине пара в бойлере-конденсаторе. По результатам испытаний реконструированной турбоустановки, проведенной в апреле 1929 г. проф. Е.Н.Яковлевым, температура нагретой в бойлере сетевой воды достигала 90 °С. Для дополнительного нагрева сетевой воды и в качестве резерва служили специально разработанные пароводяные струйные подогреватели.

Все работы по превращению турбины в теплофикационную были выполнены на Ленинградском металлическом заводе под руководством М.И.Гринберга, будущего разработчика мощных паровых турбин. Циркуляция сетевой воды в системе теплоснабжения осуществлялась насосом с приводом от паровой турбинки.

В январе 1925 г. горячая сетевая вода от 3-й Ленинградской ГЭС стала подаваться в баки Егорьевских бань на расстоянии 250 мот ГЭС.

Летом 1925 г. от того же источника прокладывается магистраль (400 м) к котельной Обуховской больницы (ныне больница им. Нечаева) с пересечением Веденского канала по специальному мостику (надземная прокладка). В котельной больницы были установлены скоростные теплообменники для подогрева воды, циркулирующей с помощью электронасосов в системах отопления основных

зданий. В зданиях были смонтированы теплообменники для нагрева сетевой водой воды системы горячего водоснабжения. Таким образом, первые установки теплоснабжения были выполнены по закрытой независимой схеме.

Присоединение систем отопления к тепловой сети, кроме Обуховской больницы, проводилось по зависимой схеме. В связи с подключением к тепловой сети в основном старых систем отоплением и опасениями за их прочность было принято к реализации предложение проф. Б.М.Аше о присоединении таких систем с помощью расширительного сосуда и петли, играющей роль водяного затвора. В системах с естественной циркуляцией, а их было большинство, подмешивание обратной воды к сетевой осуществлялось без элеваторов. В некоторых зданиях применялась принудительная циркуляция (насосами). Лишь позже, по примеру Москвы, состоялся переход к элеваторной схеме присоединения систем отопления.

Регулирование подачи тепла было принято местное количественное с поддержанием в сети постоянной температуры порядка 100 Тис повышением ее до 115 °С при низких температурах наружного воздуха.

В Москве с 1928 г. начали проводиться аналогичные работы на экспериментальной ТЭЦ ВТИ. Горячая вода от ТЭЦ стала подаваться расположенным вблизи ВТИ заводам («Динамо» и «Парострой») и бане. В начале сетевая вода нагревалась острым паром, а впоследствии паром из нерегулируемого отбора одной из старых паровых турбин, который был обнаружен заглушённым.

В итоге по чисто случайным обстоятельствам (наличие малоценного, но пригодного для экспериментов оборудования) 3-я Ленинградская ГЭС оказалась прообразом будущих отопительных ТЭЦ, а ТЭЦ ВТИ - прообразом промышленно-отопительных ТЭЦ. Обе ТЭЦ, несомненно, соответствовали районным, поскольку обслуживали разнородных потребителей.

Существенно важным для последующего оказалось то, что полученный в эксплуатации экономический эффект от теплофикации оказался весьма значительным. Электростанция со старой изношенной конденсационной турбиной 680 кВт фирмы Броун-Бовери, имевшая до реконструкции удельный расход условного топ-

лива на выработку электроэнергии 1046 г у.т./кВт-ч, после реконструкции показала на испытаниях расход топлива на теплофикационном режиме 238 г у.т./кВт-ч.

Начатое в 1924 г. строительство тепловых сетей от 3-й Ленинградской ГЭС развивалось и к 1929 г. суммарная протяженность теплотрасс достигла 8,6 км. Эта сеть снабжала теплом 34 абонента с годовым потреблением тепла 53 тыс. Гкал.

В связи с тем, что часовой расход тепла от турбины Броун-Бовери мощностью 680 кВт покрывал слишком малую долю отпущенного тепла, в 1929 г. на Ленинградской ГЭС была смонтирована турбина фирмы «Лаваль» мощностью 5 МВт с противодавлением 1,2-2,0 ата и соответствующие пароводяные подогреватели.

В Москве в 1929 г. построена Краснопресненская ТЭЦ, снабжавшая паром текстильную фабрику - Трехгорную мануфактуру. Через год от ТЭЦ косметической фабрики «ТЭЖЕ» (ныне ТЭЦ-8) был подан пар к заводам «Клейтук», «Новый мыловар» и ГПЗ-1. Длина паропровода составила более 1500 м, диаметр - 300 мм.

В те же годы проводились работы по теплофикации центра города. В 1931 г. от ГЭС-1 был проложен первый в Москве водяной двухтрубный теплопровод диаметром 250 мм по Раушской набережной, Старому Москворецкому мосту, улице Варварка к Зданию ВСНХ в Китай-городе. В этот период в ВТИ была разработана первая генеральная схема теплофикации Москвы с крупными ТЭЦ на периферии города (Б.М.Якуб).

До войны 1941-1945 г. в Москве были построены ТЭЦ-9 и ТЭЦ-11, оснащенные отечественными паровыми турбинами на параметры пара: 30 ата и 400 °С. Суммарная установленная мощность теплофикационных турбин достигла 25 МВт. К 1941 г. в Москве в работе находилось 6 ТЭЦ. В городе имелось 63 км водяных и 13 км паровых тепловых сетей, к которым были подключены 445 жилых здания и несколько десятков промпредприятий.

Включение в работу первых теплофикационных установок в Ленинграде и Москве явилось стимулом для развития теплофикации в Иванове, Казани, Ростове, Самаре, Ярославле и других городах. Активная работа по пропаганде и внедрению теплофикации проводилась Отделом промышленной энергетики, а затем созданным при Главэнерго ВСНХ Комитетом по теплофикации, руководимым проф. Ж.Л.Тамер-Таненбаумом.

Особенно широкое развитие теплофикации в России началось в 1931 г. Наряду с дальнейшим строительством ТЭЦ небольшой и средней мощности при отдельных промышленных предприятиях и в небольших городах началось строительство мощных по тому времени (100-200 МВт) ТЭЦ для районного теплоснабжения в крупных городах и при вновь создаваемых крупных промышленных комбинатах.

К 1940 г. перед началом Великой Отечественной войны, мощность действующих в стране ТЭЦ составила 2000 МВт, протяженность магистральных тепловых сетей 650 км и годовой отпуск тепла 100 млн ГДж (24 млн Гкал).