В этих условиях особую актуальность приобретают проблемы рациональной организации системы электроснабжения потребителей и повышения эффективности работы электроснабжающих предприятий.
Системой электроснабжения называется совокупность электроустановок электрических станций (генерирующих мощностей), электрических сетей (включая подстанции и линии электропередач различных типов и напряжений) и приемников электроэнергии, предназначенная для обеспечения потребителей электроэнергией.
Для организации надежного обеспечения потребителей электроэнергией созданы региональные энергосистемы.
Энергетической системой (энергосистемой) называется совокупность электростанций, электрических сетей, соединенных между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, преобразования и распределения электрической энергии при общем управлении этим режимом.
Как правило, городские системы электроснабжения не имеют значительных собственных генерирующих мощностей (электростанций), а используют покупную электроэнергию, что определяет состав и особенности организации электроснабжения городов.
Система электроснабжения города состоит из сети внешнего электроснабжения, высоковольтной (35 кВт и выше) сети города и сетевых устройств среднего и низкого напряжения с соответствующими трансформирующими установками.
На территории города размещаются электрические сети различного назначения: сети электроснабжения для коммунально-бытовых и производственных нужд высокого и низкого напряжений; сети наружного освещения улиц, площадей, парков и пр.; сети электротранспорта и слабого тока.
Принцип организации высоковольтной сети крупного города заключается в создании на его периферии высоковольтного кольца с подстанциями, соединенными с соседними энергосистемами. От высоковольтной сети устраиваются вводы для электроснабжения жилых и промышленных районов с расположением понизительных трансформаторных подстанций в центрах электрических нагрузок.
В настоящее время на большей части территории ЕЭС России продавцами электроэнергии являются региональные энергосистемы, а также муниципальные (городские и районные) предприятия электрических сетей и подразделения энергосбыта, которые в свою очередь перепродают электроэнергию конечным потребителям.
Основными видами деятельности муниципальных предприятий электроснабжения городов являются:
♦ покупка, производство, передача, распределение и перепродажа электрической энергии;
♦ эксплуатация внешних и внутренних систем электроснабжения жилых помещений, объектов соцкультбыта и коммунального хозяйства;
♦ проектирование, строительство, монтаж, наладка, ремонт оборудования, зданий и сооружений электрических сетей, объектов коммунальной электроэнергетики, электроэнергетического оборудования;
♦ соблюдение режимов энергоснабжения и энергопотребления.
Финансирование производственно-хозяйственной деятельности
муниципальных предприятий электроснабжения происходит за счет оплаты потребленной электроэнергии абонентами, а также за счет средств городского бюджета, выделяемых по следующим статьям:
♦ на возмещение разницы между утвержденным тарифом за 1 кВт-час электроэнергии и льготным тарифом для населения;
♦ оплату работ и услуг, финансирование которых осуществляется из бюджета муниципального образования, включая:
– внутридомовое обслуживание жилого фонда,
– уличное освещение города,
– праздничную иллюминацию города,
– проведение капитального и других видов ремонта внутригородских линий электропередач, трансформаторных подстанций и другого оборудования.
Для успешного решения задач и выполнения различных видов работ на муниципальных предприятиях электроснабжения применяется в основном организационная структура линейно-функционального вида.
Организация газоснабжения. Современные города являются крупнейшими потребителями сетевого газа как наиболее дешевого, экономичного и экологически чистого вида топлива.
Основными потребителями газа в городах являются:
♦ жилищно-коммунальное хозяйство (теплоэнергетика);
♦ население, проживающее в газифицированных квартирах;
♦ промышленные предприятия.
Газоснабжение городов и поселков организуют исходя из суммарных максимальных потребностей потребителей и проектируют на основе схем и проектов районных планировок, генеральных планов городов, поселков и сельских населенных пунктов с обязательным учетом их развития на перспективу.
Системы газификации городов представляют собой комплекс магистральных газопроводов, подземных газохранилищ и кольцевых газопроводов, обеспечивающих надежное газоснабжение районов. Система газоснабжения крупного города – это сети различного давления в сочетании с газохранилищами и необходимыми сооружениями, обеспечивающими транспортировку и распределение газа.
Газ подается к городу по нескольким магистральным газопроводам, которые заканчиваются газорегуляторными станциями (ГРС). После газорегуляторной станции газ поступает в сеть высокого давления, которая закольцована вокруг города, и от нее – к потребителям через головные газорегуляторные пункты (ГРП). Городскими магистральными газопроводами являются газопроводы, идущие от ГРС или других источников, обеспечивающих подачу газа, до ГРП. Распределительными считаются газопроводы, идущие от ГРП или газовых заводов, обеспечивающих газоснабжение населенных пунктов, до вводов – уличных, внутриквартальных, дворовых газопроводов. Ввод – это участок газопровода от места присоединения к распределительному газопроводу до здания, включая отключающее устройство на вводе в здание, или до вводного газопровода. Вводным газопроводом считается участок газопровода от отключающего устройства на вводе в здание (при установке его снаружи здания) до внутреннего газопровода, включая газопровод, проложенный через стену здания. Городские газовые сети для обеспечения надежности газоснабжения обычно сооружаются кольцевыми и лишь в редких случаях – тупиковыми.
Городские газопроводы различаются по давлению газа в сетях (кгс/см или атм.): низкого (до 0,05 атм.); среднего (от 0,05 до 3 атм.); высокого (от 3 до 12 атм.). Жилые, общественные здания и коммунально-бытовые потребители получают газ низкого давления, а промышленные предприятия, теплоэлектроцентрали и котельные – газ среднего или высокого давления.
При организации и проектировании газоснабжения городов разрабатывают и применяют следующие системы распределения газа по давлению:
♦ одноступенчатую с подачей всем потребителям газа одного давления;
♦ двухступенчатую с подачей потребителям по газопроводам газа двух давлений: среднего и низкого, высокого (до 6 кгс/см ) и низкого, высокого (до 6 кгс/см ) и среднего;
♦ трехступенчатую с подачей газа потребителям по газопроводам газа трех давлений: высокого (до 6 кгс/см ), среднего и низкого;
♦ многоступенчатую, при которой предусматривается подача по газопроводам газа четырех давлений: высокого (до 12 кгс/см ), высокого (до 6 кгс/см ), среднего и низкого.
Связь между газопроводами различных давлений, обеспечивающими газоснабжение города, осуществляется через газорегуляторные пункты (ГРП) или газорегуляторные установки (ГРУ). ГРП сооружается на территории городов и на территории промышленных, коммунальных и других предприятий, а ГРУ монтируют в помещениях, где расположены газопотребляющие установки.
Эксплуатацией систем газоснабжения городов, а также отпуском газа потребителям занимаются специализированные предприятия.
3.3. Организация систем водоснабжения и водоотведения
Системой водоснабжения называют комплекс сооружений и устройств, обеспечивающий снабжение водой всех потребителей в любое время суток в необходимом количестве и с требуемым качеством.
Задачами систем водоснабжения являются:
♦ добыча воды;
♦ при необходимости подача ее к местам обработки или очистки;
♦ хранение воды в специальных резервуарах;
♦ подача воды в водопроводную сеть к потребителям.
Организация систем водоснабжения происходит на основании сопоставления возможных вариантов с учетом особенностей городских территорий, требуемых расходов воды на разных этапах развития города, возможных источников водоснабжения, требований к напорам, качеству воды и обеспеченности ее подачи.
Централизованные системы водоснабжения городов по степени обеспеченности подачи воды подразделяются на следующие категории:
♦ 1-й категории, при которой допускается снижение подачи воды на хозяйственно-питьевые нужды не более 30 % расчетного расхода и на производственные нужны до предела, устанавливаемого аварийным графиком. Длительность снижения подачи не должна превышать 3 суток. Перерыв в подаче воды или снижение подачи ниже указанного предела допускается не более чем на 10 минут;
♦ 2-й категории, при которой величина допускаемого снижения подачи воды та же, что для 1-й категории, длительность снижения подачи не должна превышать 10 суток. Перерыв в подаче или снижение подачи ниже указанного предела – не более чем на 6 часов;
♦ 3-й категории, при которой величина допускаемого снижения подачи воды та же, что при 1-й категории, длительность снижения подачи не должна превышать 15 суток. Перерыв в подаче воды или снижение подачи ниже указанного предела – не более чем на 24 часа.
Объединенные хозяйственно-питьевые и производственные водопроводы городов при числе жителей в них более 50 тыс. человек следует относить к 1-й категории; от 5 тыс. до 50 тыс. – ко 2-й; а населенные пункты с числом жителей менее 5 тыс. – к 3-й категории.
Для организации водоснабжения городов используют различные источники природной пресной воды. Эти источники в зависимости от используемых вод делятся на поверхностные (водохранилища, реки, озера) и подземные (артезианские скважины, трубчатые и шахтные колодцы и т. п.). Основные достоинства и недостатки поверхностных и подземных вод показаны в табл. 3.3.
Таблица 3.3
Краткая характеристика поверхностных и подземных вод
В зависимости от используемых природных источников воды организуют процесс водоснабжения города по одной из схем, показанных на рис. 3.2 и 3.3.
Водоснабжение города при использовании схемы, изображенной на рис. 3.2, организуется следующим образом: вода из поверхностного источника водоснабжения поступает в водоприемное сооружение (1), откуда насосами первого подъема (2) подается на станцию очистки воды (3). После очистки вода поступает в сборные резервуары (4), откуда насосной станцией (5) по водопроводам (6) поступает в разводящую сеть города (7), далее вода по вводам здания (8) поступает потребителям (9). Для регулирования водоподачи на городской водопроводной сети часто устанавливают водонапорные башни (10), играющие роль регулирующих резервуаров.
Рис. 3.2. Принципиальная схема организации водоснабжения города из поверхностного источника
Рис. 3.3. Принципиальная схема организации водоснабжения города из подземного источника
Во втором случае вода из подземных источников водоснабжения (артезианских скважин) (1) подается насосами в сборный резервуар (2), откуда насосная станция (3) подает воду в водонапорную башню (4). По водопроводам (5) вода из водонапорной башни поступает в водопроводную сеть города (6) и через вводы зданий (7) поступает к потребителям (8).
При использовании артезианских вод, имеющих высокие санитарно-гигиенические качества (качество воды в источнике соответствует установленным требованиям), схема водоснабжения может быть значительно упрощена, сооружения для очистки воды могут отсутствовать.
Качество воды природных источников, так же как и требования, которые предъявляются к качеству воды, используемой различными потребителями, весьма разнообразны.
Путем анализа воды природных источников выявляется наличие в ней различных веществ и микроорганизмов. Для получения правильной характеристики источника воды производится отбор проб и анализы. Отбор проб из источника, оценку и контроль качеств воды, подаваемой для питьевых нужд населения, организуют в соответствии с ГОСТ 214-1074-01 "Вода питьевая. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества" в специальных лабораториях на станциях очистки (подготовки) воды.
Приведенные схемы организации водоснабжения могут применяться как для населенных пунктов, так и для промышленных производств.
В целях обеспечения санитарно-эпидемиологической надежности проектируемых и реконструируемых водопроводов хозяйственно-питьевого водоснабжения в местах расположения водозаборных сооружений и окружающих их территориях организуются зоны санитарной охраны (ЗСО).
Зона санитарной охраны источника водоснабжения в месте забора воды состоит из трех поясов: первого – строгого режима, второго и третьего – режимов ограничения. Проект указанных зон разрабатывается на основе данных санитарно-топографического обследования территорий, а также гидрологических, гидрогеологических, инженерно-геологических и топографических материалов.
Граница первого пояса зоны санитарной охраны поверхностного источника ограничивает источник в месте забора воды и площадку, занимаемую водозаборами, насосными станциями, очистными сооружениями и резервуарами чистой воды. Граница устанавливается в целях устранения возможности случайного или умышленного загрязнения воды в этом поясе.
Территория первого пояса должна быть спланирована, озеленена и огорожена, а на акватории поверхностных источников поставлены предупредительные знаки. В пределах пояса запрещены все виды строительства, не связанные с основным производством, проживание людей, купание, водопой и выпас скота, ловля рыбы, применение удобрений и ядохимикатов, рубка леса.
Границы второго пояса зоны санитарной охраны подземного источника водоснабжения устанавливаются для защиты водоносного горизонта от микробиологического загрязнения. Основным параметром, определяющим расстояние от водозабора до границы, является достаточная для гибели микроорганизмов продолжительность продвижения микробного загрязнения потоком подземных вод к водозабору.
Граница определяется гидродинамическими расчетами, исходя из условия, что если микробы попадают в водоносный горизонт за ее пределами, то они не достигнут водозабора. Расчетный период времени зависит от вида подземных вод (напорные, безнапорные), наличия гидравлических связей этих вод с открытым водоемом, климатических условий и принимается в пределах 100–400 суток.
На территории второго пояса зоны санитарной охраны разрешается отводить земли для строительства и благоустройства населенных пунктов, промышленных и сельскохозяйственных объектов, оздоровительных учреждений; при этом они должны быть оборудованы системой водоснабжения и канализации, отвода загрязненных поверхностных вод. Одновременно с этим во втором поясе запрещается загрязнение территории, размещение складов горюче-смазочных материалов, ядохимикатов, удобрений, накопителей и других объектов, которые могут привести к химическому загрязнению водоемов. Кроме того, не допускается устройство полей фильтрации, проведение орошения сельскохозяйственных угодий и т. п., что может вызвать микробное загрязнение источников водоснабжения. Запрещаются закачка отработанных вод в подземные пласты, подземное складирование твердых отходов и разработка недр земли. На территории второго пояса подземных источников необходимо проводить тампонаж бездействующих, дефектных и неправильно эксплуатируемых скважин и колодцев.
Границы третьего пояса санитарной зоны поверхностного источника водоснабжения вверх и вниз по течению реки или во все стороны по акватории водоема должны быть такими же, как для второго пояса, а боковые границы должны проходить по водоразделу, но не дальше 3–5 км от водотока или водоема.
Третий пояс служит для защиты подземных вод от возможного химического загрязнения. Его границы также определяются гидродинамическими расчетами, исходя из условий, что если за ее пределами в водоносный горизонт попадут химические загрязнения, то они не достигнут водозабора или достигнут не быстрее расчетного периода, который должен быть больше проектного срока эксплуатации водозабора (25–50 лет).
На территории третьего пояса зоны поверхностного источника водоснабжения предусматривают такие же санитарные мероприятия, как и во втором поясе. В отличие от второго здесь допускаются лесозаготовительные работы. На каналах и водохранилищах в границах третьего пояса должны проводиться работы по очистке дна от отложений и растительности; в химических методах борьбы допускается применение только тех препаратов, которые разрешены органами санитарно-эпидемиологического надзора.
Важнейшим элементом систем водоснабжения являются водопроводные сети. Стоимость сетей водопровода может составлять 60–70 % общей стоимости системы водоснабжения. К сетям водоснабжения предъявляются повышенные требования бесперебойной подачи воды в течение суток в требуемом количестве и качестве. Сети водопровода подразделяются на наружные и внутренние.
Наружные сети делятся на магистральные и распределительные. Магистральные линии предназначены в основном для подачи воды транзитом к отдаленным объектам. Они идут обычно в направлении движения основных потоков воды. Магистрали соединяются рядом перемычек для переключений в случае аварии. Распределительные сети подают воду к отдельным объектам, и транзитные потоки там незначительны. Городская сеть водопровода должна иметь целесообразную конфигурацию (трассировку) и доставлять воду к объектам по возможности кратчайшим путем. Поэтому форма сети в плане имеет большое значение, особенно с учетом бесперебойности и надежности в подаче воды потребителям. Эти вопросы решаются с учетом рельефа местности, планировки населенного пункта, размещения основных потребителей воды и др.
Централизованная система водоснабжения городов и других населенных пунктов в зависимости от местных условий и принятой схемы водоснабжения должна обеспечивать:
♦ хозяйственно-питьевое водопотребление в жилых и общественных зданиях, нужды коммунально-бытовых предприятий;
♦ хозяйственно-питьевое водопотребление на предприятиях;
♦ производственные нужды промышленных предприятий, где требуется вода питьевого качества или для которых экономически нецелесообразно сооружение отдельного водопровода;
♦ тушение пожаров;
♦ собственные нужды станции водоподготовки, промывку водопроводных и канализационных сетей и т. п.