В 30-50-е годы в Казахстане развивалась крупная промышленность, привязанная, как правило, к месторождениям полезных ископаемых.
Эти предприятия стали основным градообразующим фактором, в непосредственной близости от них формировались рабочие поселки, переросшие затем в города с многоэтажной застройкой и необходимой городской инфраструктурой. Электро- и теплоснабжение этих городов обеспечивалось от заводских ТЭЦ (города Усть- Каменогорск, Лениногорск, Балхаш, Жезказган и др.).
Так возникли в городах Казахстана системы централизованного теплоснабжения в составе ТЭЦ и тепловых сетей от них к промышленным и коммунальным потребителям.
Одновременно по территории республики сооружались линии электропередачи, связывающие государственные конденсационные и гидравлические электростанции, а также отдельные ТЭЦ, расположенные в разных городах, в объединенную электроэнергетическую систему. Впоследствии возникшие новые предприятия в этих городах, в подавляющем большинстве случаев, уже не нуждались в собственных электростанциях. Для теплоснабжения новых предприятий и их коммунальной инфраструктуры строительство ТЭЦ в большинстве случаев экономически не обосновывалось, и для них строились крупные (районные) котельные, если от действующей ТЭЦ увеличение подачи теплоты было нецелесообразно или невозможно по каким-либо причинам.
В 60-ые годы в Казахстане резко возросли объемы жилищного строительства и ускорилось развитие коммунальной инфраструктуры городов. В проектах генеральных планов предусматривалось строительство микрорайонов, объединенных в жилые массивы со всеми необходимыми учреждениями общего пользования (школы, детсады, больницы, торговые центры, кинотеатры и т. п.). К этому времени, сложившаяся в стране концепция в градостроительстве стала ориентироваться в основном на централизованное теплоснабжение, эффективность которого была научно обоснована специалистами- теплоэнергетиками и практически подтверждена результатами многолетнего опыта в городах, расположенных в различных климатических зонах от берегов Северного ледовитого океана до субтропиков Кавказа и Украины. Не был исключением и Казахстан, вся территория которого расположена в зоне резко континентального климата, характеризующегося суровыми и продолжительными зимами на большей части территории. Даже в южном городе Алматы, находящемся, примерно, на широте г. Сочи, расчетная температура наружного воздуха, по которой определяются расчетные потребности в теплоте для отопления, составляет -25°С.
В 1995 году принято Временное Положение "О порядке разработки и принятия решений по развитию теплоснабжения в республике Казахстан".
Этим Положением Схемы теплоснабжения сохранены в качестве основных документов, обосновывающих стратегию, тактику и выбор эффективных технических решений по обеспечению потребителей надежным и качественным теплоснабжением в увязке с рациональным использованием топливно-энергетических ресурсов и природоохранными требованиями. Схемы теплоснабжения должны разрабатываться, в частности, для агломераций*, городов, других населенных пунктов и промузлов.
* Агломерация - совокупность городов, населенных пунктов, промузлов, расположенных в радиусе эффективного охвата централизованным теплоснабжением от общего теплоисточника.
В этих работах должны быть решены следующие основные задачи:
- Определение существующих и оценка перспективных величин теплопотребления промышленными и жилищно-коммунальными объектами с учетом энергосберегающих мероприятий;
- Составление теплового баланса и дефицита тепловой мощности по этапам развития с учетом использования вторичных энергоресурсов;
- Выбор экономически и экологически эффективной системы теплоснабжения путем технико-экономического анализа и сравнения конкурентных вариантов;
- Определение типа и структуры системы теплоснабжения, рекомендаций по единичной мощности теплоисточников и их основного оборудования, реконструкции и техперевооружению действующих объектов, а также размещению теплоисточников и основных тепломагистралей;
- Формирование обоснованных рекомендаций по топливному режиму теплоисточников;
- Оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС) и разработка мероприятий по охране воздушного и водного бассейнов, земли от вредного воздействия систем теплоснабжения;
- Определение перечня теплоисточников, подлежащих закрытию в период реализации утвержденной Схемы теплоснабжения;
- Выдача рекомендаций по срокам ввода основного оборудования на теплоисточниках и тепломагистралей;
- Разработка схем выдачи электрической мощности от ТЭЦ и предложений по обеспечению эффективной загрузки основного оборудования ТЭЦ в годовом разрезе;
- Предпроектное исследование инвестиционных возможностей для реализации предложений Схемы теплоснабжения; оценка текущих и прогнозных цен на теплоту; подготовка предложений по организационно-правовой форме реализации проектов и составу их участников;
- Предпроектное определение по укрупненным показателям потребности в инвестициях по годам и ежегодных издержек, обеспечивающих оптимальный экономический режим реализации рекомендаций Схемы теплоснабжения (тарифы на теплоту, оценка средств необходимой государственной поддержки потребителей и производителей теплоты, погашение кредитов, прибыль и т. д.), с учетом распределения основных фондов элементов системы теплоснабжения между собственниками.
В общем случае централизованное теплоснабжение начинается с создания районной котельной от которой разводятся тепловые магистрали по тепловым районам города. Границы тепловых районов выбираются с учетом рационального охвата подключаемых к теплоисточнику потребителей теплоты и не обязательно совпадают с границами административных районов города. Трассы тепловых сетей прокладываются с таким расчетом, чтобы максимально избежать отрицательного влияния пересеченного профиля местности на усложнение системы теплосетей подкачивающими насосными станциями и узлами регулирования.
Площадку под строительство районной котельной и выбор ее предельной тепловой мощности следует признать удачными, если будет обеспечено соблюдение экологических требований, и ко времени возникновения дефицита тепловой мощности может быть построен новый теплоисточник, с которым она может работать совместно. Тепловая схема районной котельной должна быть создана с учетом возможности перевода ее в пиковый режим работы. Обычно при разработке Схем теплоснабжения предусматривается расстановка районных котельных и ТЭЦ в полной технологической увязке с развитием систем тепловых сетей для покрытия расчетных тепловых нагрузок рассматриваемого периода времени, а за тем определяются функции элементов системы теплоснабжения по годам и этапам развития. Котельные, как требующие меньших капиталовложений и более коротких сроков строительства, сооружаются в первую очередь Площадки ТЭЦ. особенно, мощных (более 200 МВт) обычно располагаются за чертой города с целью снижения вредного экологического давления на город. Транзитными тепломагистралями ТЭЦ соединяется с действующими районными котельными, а последние переводятся в пиковый режим при совместной работе с ТЭЦ на общие тепловые районы. Работа ТЭЦ предусматривается в базовом режиме, то есть турбины должны работать с оптимальной тепловой нагрузкой, обеспечивающей технико- экономические показатели, приближающиеся к проектным.
Такой принцип развития СЦТ во времени наиболее рационален, поскольку позволяет отодвинуть основную массу требуемых капиталовложений к более дальним срокам и создает благоприятные условия по применению теплофикации.
При дальнейшем расширении ТЭЦ-2 (второй очередью) предполагалось выдачу дополнительной тепловой мощности осуществить по обычной двухтрубной тепло магистрали, соединяющей ТЭЦ-2 и ТЭЦ-1. При этом водогрейные котлы после соответствующей реконструкции ТЭЦ-1, в части приема теплоносителя от ТЭЦ-2 и включения его в схему выдачи теплоты от ТЭЦ-1, переводятся в пиковый режим работы, что должно существенно сократить вредные выбросы в атмосферу и повысить надежность и качество теплоснабжения центральной части города.
Жизнь внесла некоторые коррективы в реализацию проекта. В ходе экономических преобразований, активно начавшихся с 1990 года, развитие города Алматы резко затормозилось. Это привело к снижению темпов и размеров прироста тепловых нагрузок, особенно, в части горячего водоснабжения. Подпитка от ТЭЦ-2 сократилась и не превышает 5000 т/ч, вместо расчетных 7000 т/ч, а температура нагрева воды из-за технических неувязок во вспомогательном
оборудовании не превышает 130°С. Из-за этого произошло "запирание” части располагаемой тепловой мощности ТЭЦ-2 и потребовалось более продолжительное использование котельных ЗТК в годовой кампании, что объективно породило перерасход топлива в системе теплоснабжения и привело к увеличению вредного воздействия ЗТК на окружающую среду. Такая ситуация не могла бы возникнуть при реализации обычной двухтрубной системы. Это показывает, что применение однотрубной системы предъявляет повышенные требования к точности оценки расчетной величины расхода воды на подпитку тепловых сетей, и это обстоятельство должно учитываться при возникновении желания реализовать однотрубный транспорт теплоты в горячей воде.
В данной ситуации "запертую" на ТЭЦ-2 тепловую мощность (примерно 400 Гкал/ч предполагается высвободить для города путем строительства двухтрубной тепломагистрали, связав ТЭЦ-2 с ТЭЦ-1.
Тем не менее, первая на территории бывшего СССР, однотрубная тепломагистраль показала свою жизнеспособность и эффективность и в условиях неполной загрузки:
- режим отпуска теплоты от ТЭЦ-2 упрощен до предела - расход и температура теплоносителя могут поддерживаться постоянными в течение всего отопительного сезона, то есть, можно обойтись как без качественного, так и количественного регулирования;
- практически по однотрубной тепломагистрали диаметром 800 мм транспортировалось не более
550-600 Гкал/ч при температуре воды до 130°С, что, однако, это эквивалентно пропускной способности одной обычной двухтрубной тепломагистрали диаметром 1000 мм, работающей по
температурному графику 150/70°С. При использовании полной пропускной способности однотрубки при температуре транспортируемой воды 150°С можно было бы передать в город до 1000 Гкал/ч теплоты, что эквивалентно пропускной способности по теплоте уже двух обычных двухтрубных тепломагистралей с диаметром труб по 1000 мм.
