Однажды – около 100 лет назад, городской совет Фредериксборга, независимого муниципалитета, расположенного в западной части Копенгагена, приступил к рассмотрению вопросов охраны окружающей среды и теплоснабжения, ориентированного на будущее. Пос ле этого комбинированное производство тепла и энергии, основанное на сжигании бытовых отходов, стали отправной точкой развития теплоснабжения в муниципалитете.

В 19 веке, Фредериксборг превратился из деревни в городок, со всеми характеристиками большого города. В середине столетия – в 1857 г. – Фредериксборг становится независимым муниципалитетом, имеющим статус торгового города, и в 19 веке продолжает быстро развиваться. Строятся промышленные предприятия, и на фабрики привлекаются значительные трудовые ресурсы. Город растет все дальше и дальше – увеличивается промышленное производство и население.   Строится железнодорожная станция, пожарная служба, школы и библиотеки, и в город обеспечивается газом, водопроводной водой, ведется отвод канализации и электроснабжение.

100 назад, сбор и перевозка отходов осуществлялась на повозках, отходы доставлялись на городскую свалку

Однако, деловая активность  связана с естественным, и сложным «побочным продуктом» – отходами. Одновременно с увеличением населения и количества зданий за пределами территории Фредериксберга, повышается цена на землю и для муниципалитета становится слишком дорого покупать землю для организации свалки. В то же время, жители вполне понимают риски, связанные с возникновением таких заболеваний как холера, если свалка будет расположена близко к центру города.

К концу 19 века,  прогулки по улицам Фредериксберга  стали сомнительным мероприятием.  Свободные участки были завалены мусором, что сопровождалось проблемами с запахом.  Муниципалитет боролся с кучами мусора, появлявшимися из-за быстро растущего числа жителей. Отсутствие свалки означало, что отходы около 75,000 жителей продолжали накапливаться, и появился страх, что вот-вот начнется эпидемия.  Поэтому муниципалитет был вынужден придумать что-то новое.

Городская свалка создала большие проблемы для соседнего города

В 1898 типичные отходы Фредерискберга погрузили в несколько железнодорожных вагонов и отправили в Германию для изучения возможности повторения примера Гамбурга. В Гамбурге в  1896 г. Был построен завод для сжигания отходов с установкой для использования получаемого тепла. Результаты проверки оказались положительными и весной 1902 г. Муниципалитет Фредерксберга принимает решение построить первый в Дании мусоросжигательный завод , на котором получали не только тепло, но и электричество.

Открытое сжигание отходов на городской свалке было единственным способом избавиться от мусора и предотвратить распространение заболеваний

Первая станция централизованного теплоснабжения в Дании 
В сентябре  1903 г., впервые начался сбор мусора и прошло торжественное открытие мусоросжигательного завода. С 1 декабря того же года, производство централизованного теплоснабжения стало регулярным.  Отходы перевозили на повозках,  запряженных лошадьми, и по наклону подавались на балкон величиной в один этаж, там отходы  нагружались в бункеры, и оттуда, по частям, подавались в печи. Тепло в форме пара направлялось по туннелям в недавно поостренный муниципальный госпиталь,  в детский дом и  дом призрения.

Первый в Дании мусоросжигательный завод и станция комбинированного производства были торжественно открыты в 1903 г. Сегодня, эти здания используются как культурный центр 

Таким способом, муниципалитет Фредерискберга убил сразу двух зайцев: проблемы размещения бытовых отходов с учетом охраны окружающей среды были решены путем создания мусоросжигательного завода и в то же время, тепло, получаемое в процессе сжигания, могло быть использовано для обогрева муниципальных зданий. Итак, муниципалитет Фредериксберга стал основателем первой системы централизованного теплоснабжения в Дании.

Эта инициатива в области централизованного теплоснабжения вдохновила многие поеслеения в Дании,  и уже в начале 1920-х годов, во многих городках появились генерирующие станции малой и средней мощности, работающие на дизеле.  На них избыточное тепло в охлаждающей воде использовалось ближайшими потребителями, в основном на подстанциях для государственных офисов и жилых домов.

На некоторых мусоросжигательных заводах лошадиные повозки поднимались на лифтах для разгрузки отходов на заводе 

Централизованная форма теплоснабжения постепенно росла в 20-е и 30-е, и постепенно в связи с развитием  крупных жилых территорий появились обычные подстанции теплоснабжения.

Когда в 30-х годах электростанции в крупных городах перешли от использовании дизеля на паровое теплоснабжение, многие из них работали как станции комбинированного производства тепла и энергии, поскольку в соответствии с тенденциями прошлых лет станции были обязаны поставлять тепло.

Недостаток топлива
Во время становления централизованного теплоснабжения, то есть в период до Второй мировой войны, станции производства централизованного теплоснабжения были маленькими и поставляли тепло только в ограниченные территории.  Поскольку производственные единицы в то время располагались в городах близко к потребителям, затраты на транспортировку горячей воды также были скромными.

Подобные системы до сих пор используются в США, когда в системах в качестве теплоносителя используется пар, что приводит к высоким затратам на эксплуатацию и техобслуживание.  Сегодня в США тепло рассматривается только как побочный продукт производства энергии. В исторической перспективе, данные условия были существенным препятствием для систематического распространения централизованного теплоснабжения в США.  Европа прошла совершенно другой путь развития. Системы централизованного теплоснабжения создавались прежде всего путем контроля общественности, часто муниципалитетов, по крайней мере, в скандинавских странах.

Во время Второй мировой войны, недостаток дизельного топлива затруднял поддержание теплоснабжения со станций комбинированного производства, и владельцы некоторых станций выли вынуждены создать запасные системы, в основе которых были только тепловые котлы, работающие на твердом топливе.  После нормализации поставок нефти, такие станции представляли избыточные мощности и, следовательно, создали основу для расширения сетей теплоснабжения.

После войны, структура энергоснабжение в Дании изменилась по направлению к крупным центральным электростанциям, и как следствие, многие местные станции были закрыты.  Возникла необходимость строительства теплостанций для запитки уже существующих систем централизованного теплоснабжения.

Последствия энергетического кризиса 
Радикальное развитие датского сектора централизованного теплоснабжения началось в 1973/74 годах, когда энергетической кризис поразил западные страны.  В это время, потребление энергии на человека было чрезвычайно высоким.  Результатом кризиса стало осознание необходимости экономить энергию, в том числе энергию для обогрева помещений.  Одной из причин  стало то, что затраты на отопление неожиднно возрасли в несколько раз, и второй – то, что Дания в то время импортировала практически 100% всего ископаемого топлива, необходимого для генерации тепла.

Поэтому, Датское правительство было вынуждено изобретать методы экономии топлива с цель гарантии интересов общества и снижения счетов потребителей за отопление.

Сегодня, сжигание мусора осуществляется на современных, высокотехнологичных электростанциях. Этот мусоросжигательный завод, введенный в эксплуатацию в 2003 г., находится в Эсбьерге, в западной части Дании.

Уже к началу 1960-х, Дания имела более,  чем 50 летний опыт использования централизованного теплоснабжения и развитие усиливалось тем фактом, что некоторые датские поставщики распространили идею городского развития с централизованным теплоснабжением, основанным на низкой температуре подачи  (около 90°C). Поэтому станции централизованного теплоснабжения и распределительная сеть подешевели. С операционной стороны это привело к экономии, поскольку требования к персоналу и т.п. не обязательно должны были соответствовать постановлениям, касающимся станций горячего водоснабжения или электростанций.

Трубы первой трубопроводной сети были чугунными, с изоляцией из пенобетона, на как оказалось, это приводит к коррозии распределительных труб, особенно в тех случаях, когда The сети прокладывались  в плохо осушенные почвы.  Чтобы справиться с этой проблемой, трубы стали изолировать минеральной ватой и подвешивать в бетонных каналах, так, чтобы защитить их от влажности. Однако, такое решение было дорогостоящим и подходило только для крупных клиентов, таких как больницы и промышленные предприятия со значительным потреблением тепла. Следовательно, развитие новых систем централизованного теплоснабжения в жилых районах постепенно снизилось на половину в течение этого периода.

Прорыв в теплоснабжении жилых районов начался, когда ряд датских компаний разработали трубы с  заводской изоляцией для систем централизованного теплоснабжения. При этом чугунные трубы с завода были покрыты теплоизоляционным слоем полиуретана и размещены в плотный не подверженный коррозии пластиковый чехол . Проблема с таким решением была в том, как достичь абсолютно плотного соединения труб; но с использованием специального метода, когда соединения осуществлялись с  помощью муфты, которые приваривались или прикручивались, здесь тоже добились успеха. Кроме того, в изоляционный слой труб встраивались электроды, что позволяло обнаружить  любое проникновение воды м выявлять утечки, так что ремонт можно было провести сравнительно легко.

Изначально пластиковый кожух был рассчитан только на низкую температуру, с температурой в подающем трубопроводе не превышающей  90°C. Вскоре материалы были усовершенствованы и позволяли повысить температуру до 120°C. Низкая рабочая температура позволила использовать избыточное тепло промышленных предприятий, и что немаловажно, тепло, получаемое на мусоросжигательных заводах, которые в то время, как правило, основывались на удалении тепла с помощь котлов горячей воды. Сочетание этих фактов вызвало быстрый подъем в создании сетей централизованного теплоснабжения и мусоросжигательных заводов. Таким образом, первые послевоенные мусоросжигательные заводы были построены в начале 1960´х.

Энергетический кризис дал толчок развитию в Дании  
Важно отметить, что централизованное теплоснабжение в Дании развивалось таким же образом, как и в других странах вплоть до энергетического кризиса, который поразил Западную Европу в 1973/74. В эти годы, потребление энергии на душу населения было чрезвычайно высоким. Результатом кризиса стало понимание, что в Дании необходимо экономит энергию, в том числе энергию для обогрева помещений. Одна из причин для этого – резкое увеличение бюджетов на отопление, а другая – в том, что Дания в то время импортировала практически One reason for this 100% всего ископаемого топлива, необходимого для производства тепла.

Поэтому, Датское правительство было вынуждено выработать методы экономии топлива, чтобы защитить интересы общества и сокращения счетов потребителей на отопление. Был запущен ряд инициатив, в том числе:

• Систематическое планирование подачи тепла во все районы
• Максимально возможное комбинированное  производство тепла и энергии на основе такого планирования
• Теплоизоляция зданий
• Разработка высоко эффективных трубопроводов для систем централизованного теплоснабжения с высокими характеристиками изоляции и низкими затратами на установку
• Снижение рабочей температуры в системах централизованного теплоснабжения и переменная скорость потока в трубопроводе для обеспечения наиболее экономичной эксплуатации в общем производстве и системе распределения, что в то же время дает возможность использовать трубы с заводской изоляцией

Из-за жесткой энергетической политики и сотрудничества между центральными и местными властями, теплоснабжающими компаниями и частным сектором, со времени энергетического кризиса в Дании были достигнуты значительные результаты. Это, кроме всего прочего, означало, что в начале 21 века, требования по обогреву помещений на душу населения снизились более, чем на 50% по сравнению с требованиями   1973 г.

Что касается топлива, были запущены новые инициативы. В крупных городах, небольшие районы, которые раньше обеспечивались собственным теплом, были объединены в более крупные зоны, в которых тепло можно распределять везде по интегрированным сетям, связывающим  станции комбинированного производства тепла и энергии, системы «отходы-в-тепло», промышленные предприятия и т.д.  Существующие тепловые станции используются преимущественно во время пиковой нагрузки или как резервные станции, которые подключают в работу в критических ситуациях.

Вестфорбрендинг, самый крупный в Дании завод, работающий по принципу  «отходы- в энергию», на котором ежегодно используется более, чем 700,000 тонн отходов

В сельских местностях, где число жителей составляет  от 250 до 500 человек, были построены так называемые децентрализованные станции комбинированного производства.  Они спроектированы с учетом  спрос а на тепло и подключены к общей сети энергоснабжения. Это в принципе означает, что системы работают только тогда, когда имеется необходимый спрос  на тепло, и поскольку все они оборудованы тепловыми накопителями, есть возможность осуществлять контроль и оптимизировать общее производство тепла и энергии. На станциях в качестве топлива используется природный газ, солома, древесные отходы, биогаз и другие местные виды топлива, которые ограниченно влияют на выбросы  CO2.

Станция комбинированного производства, работающая на древесных отходах, в Ассенсе, обслуживающая примерно 5,400 жителей города

Зонирование – регулирование поставок газа и централизованного тепла 
В 1979 г., был подписан новый Акт о поставке тепла, который положил начало процессу планирования потребления тепла на уровне муниципалитетов. Целью Акта было введение совершенно новой инфраструктуры по внутреннему природному газу, который будет обеспечивать 15% рынка тепла (путем прямой поставки) с целью повышения доли рынка централизованного теплоснабжения до 60% к  2000 г.

Центральный власти разработали руководства, осуществляли надзор над планированием и утверждали планы, а муниципалитеты проводили планирование при сотрудничестве с энергетическими предприятиями и консультантами.

Основным результатом планирования стало наиболее экономичное зонирование сетей природного газа и сетей централизованного теплоснабжения, направленных на замену отдельных нефтяных котлов. Еще одним результатом стало зонирование новых комплексных систем передачи централизованного теплоснабжения, с помощью которых будет осуществляться обеспечение местных систем с крупных  станций  комбинированного производства и мусоросжигательных заводов.

Пример наиболее экономичного выделения территорий с использованием газовой сети для домов на одну семью (зеленый цвет) и централизованного теплоснабжения крупных зданий (красный цвет) 

Поскольку сети централизованного теплоснабжения гораздо более капиталоемкие по сравнению с газовыми сетями, районы с достаточной тепловой плотностью могли иметь монопольную сеть централизованного теплоснабжения для обогрева помещений и газовые сети для приготовления пищи.

Типичным возражением против зонирования является то, что зонирование препятствует рыночным силам. Однако, это не обязательно оказывается правдой. Напротив, зонирование современной системы централизованного теплоснабжения, которое регулируется гибким государственным планированием с наименьшими издержками, позволит еще лучше использовать рыночные силы.  Что касается зонирования, в целом, можно сделать следующие выводы:

Сеть природного газа в городском районе свяжет район с одним сильным монополистом, а именно поставщиком газа, который поставляет газ в соответствии с кривой нагрузки тепла. Даже когда открывается рынок газа, истинность конкуренции можно поставить под вопрос, поскольку будут всего несколько доминирующих поставщиков, часто интегрированных путем перекрестного владения или других способов. И это, на самом деле, ограничивает конкуренцию.

Сеть централизованного теплоснабжения в городском районе открывает истинную конкуренцию среди поставщиков всех видов топлива и источников избыточного тепла, и летом, и зимой, и днем и ночью.  Как особый случай, сеть централизованного теплоснабжения с накопителями тепла создаст эффективную связь между рынком газа и энергии, но только в том случае, если в обеим сетях имеется стабильная и справедливая конкуренция.

При муниципальном планировании потребления тепла, зонирование можно рассматривать как результат координированной конкуренции между компанией  централизованного теплоснабжения и газовой компанией. Компания, которая может предложить альтернативу, наилучшим образом отвечающую государственной энергетической политике, а именно, стратегии низких затрат в долгосрочной перспективе, высокой надежности поставки, наименьшим воздействием на окружающую среды,  использования местных ресурсов и т.д., выиграет конкуренцию.   Это создаст основу для монополии снабжения тепла в рассматриваемом районе на период, по крайней мере равный, экономическому сроку действия инвестиций. Это может быть, например, 25 лет для централизованного теплоснабжения и 10 лет для природного газа.  Альтернативой будет конкуренция без правил, дублирование инвестиций, банкротство и потеря активов.

Сегодня, цели планирования выполнены. Дания является экспортером нефти и газа, и потребители могут легко позволить себе оплачивать реальную стоимость тепла.

Пример Копенгагена
В Копенгагене, столице Дании, потребовалось изобретать совершенно новые способы мышления, когда в начале 1980-х здесь началось планирование. Это означало, что пять муниципалитетов, которые существенно различались между собой по размеру, а также по политическим взглядам, согласились объединить силы, чтобы выполнить задачи, поставленные правительством. И цель была достигнута, несмотря на то, что опыт в области централизованного теплоснабжения у муниципалитетов был также очень разный, а у двух муниципалитетов вообще не было сети для потребителей перед началом переговоров.

С самого начала, уже были созданы несколько систем централизованного теплоснабжения в центральной части территории Большого Копенгагена, запитка этих систем осуществлялась рядом станций небольшого и среднего размера, каждая из которых соединялась со своей собственной трубопроводной сетью.  В то же время, на острове Амагер были расположены три крупные электростанции, но по причине особых географических условий, нельзя было использовать эти станции на полную мощность с точки зрения тепла, то есть расширить область использовании яза пределами острова. Таким образом,  отсутствовало звено, которое могло бы соединить различные сети централизованного теплоснабжения и которое могло бы позволить использовать крупные энергоблоки на полную мощность.  Звено было найдено, и впоследствии создано – это была так называемая межмуниципальная или региональная магистральная сеть.

Прокладка магистрального трубопровода в Центральном Копенгагене

Принципиально, магистральная сеть является связующим звеном между местными сетями централизованного теплоснабжения и производственными установками. Проектное решение по магистральной системе, таким образом, подразумевает, что производство, передача и распределение разделены на три различные зоны действия. Это означает, что сетевая компания покупает тепло с производственных установок, осуществляет транспортировку его по сетям и продает муниципалитетам – партнерам, которые, в свою очередь, заботятся о дальнейшей транспортировке тепла к индивидуальным потребителям.

Еще одно важное преимущество такого проектного решения в том, что сетевая компания может свободно выбирать между различными станциями производства, благодаря комплексной структуре системы.  Выбор, среди прочего, основан на том, эксплуатация какой станции является самой дешевой в настоящий момент, какая наиболее подходит для соответствия экологическим директивам, утвержденным правительством, какая из станция может эксплуатироваться время от времени и иметь статус станции пиковой нагрузки или резервной станции.

На территории Копенгагена пришли к выводу, что централизованное теплоснабжение может быть чрезвычайно гибкой системой, что касается выбора станции производства, и что касается топлива, используемого на станциях производства.

В этой связи, стало возможным убить двух зайцев одним выстрелом.  Как и на большинстве столичных территорий по всему миру мы сталкиваемся с проблемами увеличения отходов несмотря на благие намерения по сдерживанию этого роста. По этой причине не так давно была увеличена  мощность двух крупных мусоросжигательных станций на этой территории.  Тепло, получаемое в процессе сжигания, направляется в магистральную сеть. Все большая часть при сжигании отходов – это комбинированное производство тепла и энергии. Если взглянуть на данные за 2003 г., сжигание отходов позволило обеспечить более, чем 25 процентов всего спрос на тепло на территории Копенгагена.

Сегодня, система централизованного теплоснабжения Копенгагена является одной из крупнейших в мире, и поставляет тепло  для обогрева общей производственной площади, равной около 50 млн.м2. Магистральная система соединяет четыре станции комбинированного производства, четыре мусоросжигательных завода и более чем 50 котельных пиковой нагрузки с более, чем 20 распределительными компаниями в единой совокупной системе с общим производством тепла около 30,000 TJ.

Магистральная сеть в Большом Копенгагене

Технологическое развитие 
Одновременно с развитием и расширением систем централизованного теплоснабжения  в Дании, промышленные предприятия, поставляющие компоненты и системы для данного сектора, вели интенсивные исследования и разработки собственных продуктов. Задача состояла в том, чтобы каждый компонент системы работал наиболее эффективно  и вносил свой вклад в достижение общих целей по экономии энергии. На самом дела, промышленные предприятия очень рано осознали ,что если их продукция не будет соответствовать заявленным целям, и при этом, не будет эффективной с точки зрения затрат, компании не смогут участвовать к конкуренции как поставщики для сектора, поскольку компаний централизованного теплоснабжения будут оценивать операционные издержки и эффективность наряду со стоимостью компонентов.

В течение последних 25 лет, промышленность смогла достичь таких результатов, которые позволили датскому сектору централизованного теплоснабжения получить мировое признание. Коротко говоря, для иллюстрации масштабности проделанной работы, можно привести всего несколько примеров из числа множества.

Трубы с заводской изоляцией 
Концепция предварительного изолирования стальных труб и открытия изоляционного слоя водонепроницаемым покрытием, появилась в Дании в 1960. Концепция оказалась очень успешной и в Дании и за рубежом было проложено много километров труб, что создало основу для современных, эффективных с точки зрения  затрат систем централизованного теплоснабжения.

Интенсивные исследования и разработки, осуществляемые в Дании, с течением времени привели к созданию еще более эффективных с точки зрения затрат систем высокого качества.  Не сегодняшний день, предизолированные трубы укладываются непосредственно в грунт, проходят под морской водой и  seawater and fitted without the use of compensators or other stress releasing methods. Сервисный срок службы согласно расчетам составляет минимум 30 лет, но мы видели трубы в эксплуатации спустя много лет после этого теоретического расчета. Более того, интересно отметить, что многие предизолированные трубы, проложенные в  60х и 70х до сир пор успешно эксплуатируются.

Прокладка предизолированных труб непосредственно в грунт 

Теплообменники
В Дании широко используются пластинчатые теплообменники для разделения циркуляционной воды в различных сетях. Это пример балансирования инвестиционных и эксплуатационных затрат, с целью минимизации потерь давления и одновременно максимизации коэффициента передачи тепла.

Пластинчатые теплообменники имеют дополнительные преимущества, поскольку требуют меньше места, чем теплообменники других типов, и строятся  по модулярной форме. Таким образом, можно увеличить мощность пластинчатого теплообменника путем добавления дополнительных пластин – мероприятие, которое можно осуществлять параллельно расширению сети.  И, следовательно, инвестиции в расширение мощности теплообменника можно запланировать в соответствии с увеличением спроса.

Переменный поток и насосы с контролируемой скоростью  
Доставлять тепло в больших количествах 24 часа в день является простой задачей, но подавать точное количество тепла, необходимое в любое заданное время всех потребителям – задача, которая требует наличия современного оборудования и навыков персонала. Тем не менее, именно так работают сегодня системы централизованного теплоснабжения в Дании.

Основная причина использования данной концепции – большое потенциал экономии энергии на перекачку.  Часто количество энергии на насосы может быть снижено на треть в течение года, а срок окупаемости установки часто меньше, чем два года.   Еще одной причиной использования концепции  – снижение потерь тепла в сети из-за снижения температуры за пределами пиковых часов. Более того, снижется износ и повреждения насосной системы, что ведет к увеличению срока эксплуатации.

Насосная станция Аведоре в Копенгагене

Даже на установках в небольших домах и жилых зданиях, используются циркуляционные насосы с переменной скоростью, обеспечивающие экономию энергии без ущерба для комфорта.  В таких установках срок окупаемости мал, и причина в том, что стоимость небольших циркуляционных насосов с контролем скорости невысокая, ведь они производятся в больших количествах, а также благодаря технологическому развитию электронных механизмов контроля.

Учет тепла
В Дании, оплата тепла и других коммунальных услуг, таких как водоснабжение и электричество, обязательно ведется в соответствии с потреблением. Поэтому, все установки систем централизованного теплоснабжения оборудованы приборами учета энергии и терморегуляторами.

Установка теплосчетчиков сам по себе не приносит экономию энергии, но осведомленность потребителей о собственном потреблении мотивирует потребителя к мыслям о том, сколько энергии можно сэкономить. Часто потребители выполняют простые действия для снижения потребления, например, отключают радиатор вместо того, чтобы открыть окно, избегают чрезмерного расхода горячей воды, и важно помнить, что экономия энергии начинается с осведомленности потребителей о своем потреблении.

Один из способов измерения потребления тепла в многоэтажном здании – установка теплосчетчика в точке подачи тепла в задние, и размещение терморегуляторов на радиаторах в квартирах 

Современные приборы учета энергии оборудованы датчиками, позволяющими осуществлять удаленное считывание информации. Это широко используется компанией централизованного теплоснабжения для осуществления наилучшего планирования работы и передачи сигналов тревоги, если превышаются установленные заранее значения, например, из-за утечек. Удаленное считывание также позволяет потребителю отслеживать собственное потребление через интернет.

DBDH производит различные публикаций самостоятельно и в сотрудничестве с другими партнерами, напримерДатское энергетическое агентство. Наш главный актив является журнал на английском языке Горячая Круто, который издается четыре раза в год тиражом в 6000 экземпляров и отправлены получателям в более чем 50 странах по всему миру.

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, свяжитесь Kathrine Windahl, kw@dbdh.dk или +45 8893 9154