Centralizirani toplinski sustav

Izvor: Wikipedija
Skoči na: orijentacija, traži

Centralizirani toplinski sustav (district heating system ili CTS) je sustav u kojemu se određeni broj zgrada grije iz centralnog izvora. Sastoji od mreže izoliranih cijevi koje se koriste za dobavu topline u zgrade gdje se ta toplina iskorištava za grijanje vode, grijanje prostora ili u nekim slučajevima čak i hlađenje prostora.
Toplina se dovodi od mjesta nastanka do korisnika a centralizirani toplinski sustav služi kao sredstvo za učinkoviti transport topline. Osnovna posebnost ovih sustava je da koriste toplinu koja bi u suprotnom bila izgubljena. Višak topline proizveden u tvornicama, velikim farmama i mrežama javnog prijevoza usmjeren je u centralizirani toplinski sustav pa samim tim se novac štedi, smanjuje se emisija ugljikovog dioksida i potreba za dodatnom potrošnjom goriva se smanjuje. Prema nekim istraživanjima centralizirani toplinski sustav zajedno s toplinom i snagom je najjeftinija metoda smanjenja emisije ugljikovog dioksida.

Centralizirani toplinski sustav se može podijeliti na tri osnovna dijela :

  1. mjesto proizvodnje topline (izvori topline)
  2. distribucijski sustav (izolirane cijevi)
  3. korisnik (kućanstva zajedno s njihovim izmjenjivačima topline i uređajima za regulaciju).


Glavne značajke centraliziranih toplinskih sustava su:
[1]

  • jednostavna upotreba, transport, skladištenje i zaštita od opasnih goriva;
  • mogućnost iskorištavanja odbačene topline iz velikog broja različitih izvora;
  • visoki stupnjevi djelovanja proizvodnje ogrjevne topline (učinkovitije korištene

energije uz manje nepovoljne utjecaje na okoliš) pogotovo uz kogeneracijsku proizvodnju;

  • značajno smanjenje prostora za kućanske ogrjevne uređaje;
  • visoki komfor stanovanja i opća jednostavnost i ugodnost upotrebe topline

Izvori topline[uredi VE | uredi]

Postoje brojni izvori topline koji se mogu koristiti za centralizirane toplinske sustave kao što su : industrijski otpad, geotermalna energija, solarna energija, standardna izgaranja fosilnih goriva, industrijske toplinske pumpe te standardizirani bojleri.[2]
Glavni izvor topline su kogeneracijska postrojenja. Kogeneracijsko postrojenje proizvodi električnu i toplinsku energiju podižući pritom ukupnu efikasnost pretvorbe energije goriva u korisne oblike energije. [3]

Kogeneracijska postrojenja i izgaranje[uredi VE | uredi]

Središnji element puno centraliziranih toplinskih sustava je bojler samo za toplinu. Često dodajemo kogeneracijska postrojenja uz bojlere. Njima je zajedničko to što su tipično utemeljeni na izgaranju primarnih energetskih izvora. Razlika je da kogeneracijsko postrojenje proizvodi istovremeno toplinu i električnu struju a bojleri proizvode samo toplinu.
U slučaju kogeneracijskih postrojenja koja su pogonjena na fosilna goriva, izlazna toplina bi trebala biti iznosa kao pola vršnog opterećenja i tijekom godine pokrivati 90% toplinske potrošnje. Kapacitet bojlera moći će pokriti cijelu potražnju topline bez potpomaganja i može pokriti kvar kogeneracijskog postrojenja. Nije ekonomično napraviti kogeneracijsko postrojenje koje samo može pokriti puno toplinsko opterećenje.
Kombinacija kogeneracije i centraliziranih toplinskih sustava je veoma energetski učinkovito. Jednostavna termoelektrana može biti od 20 do 30% učinkovitija no napredno postrojenje koje može regenerirati toplinu iz otpada može postići potpunu energetsku učinkovitost od 80%.

Solarna energija[uredi VE | uredi]

Česta je uporaba solarne energije kao izvor za centralizirane toplinske sustave u Njemačkoj i Danskoj. Sustav obično uključuje međuseznoski spremnik za toplinsku energiju za stalni izlaz topline dan po dan i između zime i ljeta.

Direktno i indirektno povezani izvori topline[uredi VE | uredi]

Direktno povezani izvori su ograničeni vodu kao medij koji distribuiraju te je obavezan uvjet to da zahtjevi za kvalitetu i tlak vode su isti za izvor topline i za unutarnji distribucijski sustav zgrade. Rade s dobavnim i povratnim temperaturama od 85°C do 68 °C. Indirektna veza omogućava da su izvor topline i distribucijski sustav upravljaju odvojeno s drugačijim zahtjevima za temperature i tlakove te je samim tim konstrukcija oba sustava olakšana. Rade na kudikamo višim temperaturama nego direktno povezani izvori, u nekim slučajevima čak do 140°C. Što je veća temperaturna razlika između dobavnog i povratnog voda niža stopa povratnog toka je potrebna.[4]

Distribucijski sustav[uredi VE | uredi]

Distribucijski sustav se sastoji od dobavnih i povratnih cijevi koje mogu biti podzemne no mogu se ugraditi i iznad zemljine površine. U sustavu mogu biti postavljene jedinice za pohranu topline u slučaju vršnih opterećenja. Najčešće korišten medij za distribuciju topline je voda ili vruća stlačena voda no može se koristiti i para. Prednosti pare su da se može koristiti u industrijskim postrojenjima zbog svoje više temperature. Negativnost korištenja pare kao radnog medija je da su toplinski gubitci znatno povećani zbog njene visoke temperature. Dobava topline se postiže pumpama koje stvaraju razliku tlakova između povratnih i dobavnih cijevi. Pumpe se biraju tako da mogu svladati otpor toka u povratnim i dobavnim cijevima te također razliku tlakova u instalacijama korisnika (instalacije su fizički najudaljenije od točke dostave) [5]
Postoje različiti tipovi cijevi na tržištu koje se mogu koristiti za centralizirane toplinske sustave. Velika većina sustava u osnovi koristi prethodno postavljene čelične cijevi. Temperatura dobavne vode je često ograničena vrstom cjevovoda koji se koristi. Maksimalna radna temperatura u klasičnim čeličnim cjevovodima je 140°C no često se radi na temperaturi od 120°C a nije neobično da se na radi čak i na temperaturi od 80°C. Radni tlakovi idu čak do 25 bara ali maksimalni tlak većine sustava je 16 bara.

Toplinske pumpe[uredi VE | uredi]

Postoji više načina da se iskoriste pumpe u centraliziranim toplinskim sustavima. Neki od njih su:

  • Tamo gdje je primaran izvor za osnovna opterećenja voda iz slabijeg izvora topline (rijeka, fjord) povećava se temperatura na temperaturu mreže koja je obično između 60˚C i 90 ˚C koristeći toplinske pumpe. Pumpe će, unatoč tome što iskorištavaju električnu energiju, prenijeti tri do šest puta veću izlaznu toplinu nego što će iskoristiti električne energije
  • Sredstvo hlađenja dimnih plinova dovođenjem vode od 60˚C poslije ubrizgavanja do 20˚C temperature prije ubrizgavanja. Toplina se ekstrahira koristeći pumpu i može se prodati i unijeti u mrežu ustanove sa puno većim temperaturama
  • Tamo gdje je mreža dostigla svoj maksimum, pojedinačni korisnici koji imaju velika opterećenja mogu biti odvojeni od cijevi s dobavom tople vode (na npr. 80˚C ) i spojeni s povratnom cijevi na 40˚C. Ako dodamo pumpu ovom korisniku, cijev s temperaturom 40˚C se dalje hladi (toplina ide u isparivač) Dakle kapacitet mreže se promijenio kako se ukupna razlika u toplini varira od 40˚C do 80˚C

Nedavni tehnički napreci dozvoljavaju korištenje prirodnih radnih tvari za toplinske pumpe koje imaju vrlo niske potencijale globalnog zatopljena. CO2 ili amonijak korištene kao radne tvari također imaju prednost da, ovisno o drugim uvjetima, rezultiraju višim učinkovitostima toplinskih pumi od standardnih radnih tvari.
Ubuduće, industrijske toplinske pumpe dalje će se dekarbonizirati koristeći s jedne strane, obnovljivu električnu energiju (koja bi inače propala) iz vjetra a s druge strane stvaranjem više obnovljivih i izvora topline (geotermalna energija, toplina jezera i oceana)

Pohrana topline[uredi VE | uredi]

Znatno velika skladišta topline se koriste u centraliziranim toplinskim sustavima kako bi povećali učinkovitost i financijsku korist. Ovim se omogućava da kogeneracijske jedinice rade za vrijeme najveće električne tarife , gdje proizvodnja električne energije ima puno veće stope povrata nego proizvodnja toplinske energije te također se višak topline pohranjuje. To dozvoljava da se sunčeva energija pohrani ljeti i preraspodijeli tijekom razdoblja znatno hladnije temperature po relativno jeftinim podzemnim rezervoarima.

Mjerenje topline[uredi VE | uredi]

Količina topline koja se dovodi korisnicima često se snima mjeračem topline da bi se povećao broj korisnika ali ti mjerači su skupi. Jeftinije je mjeriti vodu i imaju prednost da potiču korisnike da izvuku što više topline što vodi niskoj povratnoj temperaturi što u konačnici povećava učinkovitost generirane topline.

Veličina sustava[uredi VE | uredi]

Centralizirani toplinski sustavi su različite veličine od tog da pokrivaju cijele gradove s mrežom cijevi gdje su primarne cijevi povezane s sekundarnim cijevima promjera od 200 milimetara što su u konačnici povezani s tercijarnim cijevima promjera 25 milimetara što može povezati otprilike 10 do 50 kuća. Neke sheme su napravljene tako da mogu pokriti opterećenje manjeg sela. U tom slučaju potrebne su samo sekundarne i tercijarne cijevi.

Prednosti i negativnosti sustava[uredi VE | uredi]

Općenito postoje brojne prednosti centraliziranog toplinskog sustava naspram pojedinačnih toplinskih sustava. Centralizirani toplinski sustavi su učinkovitiji i veće jedinice za izgaranje imaju napredniji sustav čišćenja dimnih plinova. Oni koriste izlaznu toplinu industrije koja bi inače propala i recikliraju je. Također sustav je izrazito pogodan za područja visoke gustoće naseljenosti, pogotovo one s stambenim zgradama nebitno koje veličine ili oblika su stanovi u njima. Zgrade s centraliziranim toplinskim sustavima nemaju potrebe za spremnicima goriva , bojlerima i dimnjakom. U zgradu instalacije za sustave će većinom biti u podrumu ili u odvojenim područjima. Samo mali dio instalacija će biti u stanovima stoga će zauzimati minimalno prostora uz što možemo uzeti u obzir niske troškove održavanja. Korisnik nema straha od požara, eksplozija, opasnih medija u kući te se ne mora brinuti za dostupnost goriva. Također sustav je jako pouzdan i fleksibilan jer koristi različita goriva pa ne ovisi o dobavi samo jednog goriva. 8S druge strane, centralizirani toplinski sustavi su dugoročna investicija a politika vlade se treba koncentrirati na dugoročne dobitke. Glavna mana ovog sustava je činjenica da većina zgrada ima svoje vlastite sustave za grijanje te uklanjanje istih iziskuje pažljivo planiranje i često je komplicirano. Moguće da je investicija malo prevelika za pojedinačnog korisnika no tu isto tako treba gledati dugoročnu dobit.
Sve u svemu, ukoliko će centralizirani toplinski sustavi riješiti najveći problem našeg društva što je buka, razmatranje istih bi bilo nužno.

Podjela tehnologije CTSa[uredi VE | uredi]


Centralizirani toplinski sustavi se dijele na:

  1. Termoelektrane
  2. Nuklearna elektrana

Termoelektrane[uredi VE | uredi]

Termoelektrane[6] su energetska postrojenja koje energiju dobivaju sagorijevanjem goriva, a glavna primjena i svrha termoenergetskih postrojenja je proizvodnja pare koja će pokretati turbinu, a potom i generator električne energije.
Osnovna namjena im je proizvodnja i transformacija primarnih oblika energije u koristan rad, koji se kasnije u obliku mehaničke energije dalje iskorištava za proizvodnju električne energije.
Termoelektrane dijelimo prema vrsti pokretača (stroj koji u slijedu energetske transformacije prvi pretvara bilo koji oblik energije u mehaničku energiju) na:

  • plinsko-turbinsko postrojenje (kružna postrojenja),
  • parna turbinska postrojenja,
  • kombinirana postrojenja

Sva termoenergetska postrojenja se sastoje od osnovnih dijelova a to su: kompresori, komora za izgaranje, kondenzator, generator pare.

Nuklearne elektrane[uredi VE | uredi]

Nuklearne elektrane mogu se smatrati i kao podvrsta termoelektrana, budući da je osnovna funkcionalna razlika jedino u načinu dobivanja vodene pare. Toplinsku energiju osigurava kontrolirana lančana reakcija nuklearnog goriva. Nuklearna elektrana je elektrana koja kao izvor energije koristi toplinu dobivenu u nuklearnom reaktoru, a po svemu ostalom se ne razlikuje bitno od termoelektrane koja koristi fosilno gorivo. Dobivanje električne energije u nuklearnim elektranama temelji se na oslobađanju toplinske energije pri cijepanju jezgre u reaktoru. Oslobođena je energija izvor za proizvodnju pare. Nuklearne elektrane se dijele po tipu nuklearnog reaktora.

Stanje primjene CTS u Hrvatskoj[7][uredi VE | uredi]


Visokoučinkovita kogeneracija i centralizirano grijanje i hlađenje imaju znatan potencijal za uštedu primarne energije koji je u velikoj mjeri neiskorišten u EU. Centralizirani toplinski sustavi imaju veliku važnost u kontekstu planiranja budućih energetskih sustava obzirom da omogućavaju fleksibilnije vođenje te veću implementaciju obnovljivih izvora energije.

Termoelektrane u Hrvatskoj[uredi VE | uredi]

Zagreb[uredi VE | uredi]

Proizvodni kapaciteti toplinske energije u Zagrebu, u vlasništvu Hrvatske elektroprivrede (HEP), smješteni su u dvije kogeneracijske elektrane, u Termoelektrani-toplani Zagreb (TE-TO Zagreb) i u Elektrani-toplani Zagreb (EL-TO Zagreb), te u 61 kotlovnici. Jedinice za proizvodnju topline u kogeneracijskim elektranama sastoje se od kogeneracijskih blokova, te parnih i vrelovodnih kotlova.

TE-TO Zagreb[uredi VE | uredi]

Direktor: Damir Božičević
Opći podaci:
Položaj: Zagreb, Žitnjak
Tip: kogeneracija električne i toplinske energije
Vrsta goriva
g1: prirodni plin
g2: ekstra lako loživo ulje
g3: loživo ulje
Ukupna snaga: 440 MWe / 850 MW t
Proizvod: električna i toplinska energija

Godišnja proizvodnja 2010. 2011. 2012. 2013. 2014. 2015.
Toplinska energija 939.610 MWh 880.046 MWh 849.649 MWh 859.344 MWh 734.605 MWh 776.536 MWh
Tehnološka para 256.889 t 258.827 t 255.523 t 249.128 t 203.032 t 201.000 t
Električna energija - prag 2.028 GWh 2.057 GWh 1.936 GWh 1.363 GWh 389,8 GWh 535 GWh
EL-TO Zagreb[uredi VE | uredi]

Direktor: Krešimir Komljenović.
Opći podaci:
Položaj: Zagreb, Trešnjevka
Tip: kogeneracijska
Proizvodnja: električne i toplinske energije
Vrsta goriva:
g1: prirodni plin
g2: lož ulje
Ukupna snaga: 88.8 MWe / 439 MW t + 160 t/h

Godišnja proizvodnja (predano na pragu) 2010. 2011. 2012. 2013. 2014. 2015.
Ogrjevna toplina 647.865 644.929 MWh 622.665 MWh 606.860 MWh 548.249 MWh 589.401 MWh
Tehnološka para 348.375 t 345.129 t 317.665 t 306.451 t 268.742 t 305.550 t
Električna energija 369 GWh 359 GWh 366 GWh 356 GWh 262,7 GWh 212 GWh

Osijek[uredi VE | uredi]

TE-TO Osijek[uredi VE | uredi]

Direktor: Branimir Pašić
Opći podaci:
Položaj: Osijek
Tip: kogeneracijska
Proizvodnja: električne i toplinske energije
Vrsta goriva:
g1: prirodni plin / l.ulje
g2: lož ulje / plin
Ukupna snaga: 89 MWe / 139 MW t +50 t/h

Godišnja proizvodnja ( na pragu ) 2010. 2011. 2012. 2013. 2014. 2015.
Ogrijevna toplina 215.089 MWh 207.123 MWh 188.468 MWh 188.965 MWh 167.808 MWh 175 GWh
Tehnološka para 124.416 t 121.890 t 139.711 t 148.958 t 130.326 t 108.185 t
Električna energija 119 GWh 114 GWh 110 GWh 107 GWh 102 GWh 61 GWh

Sisak[uredi VE | uredi]

TE-TO Sisak[uredi VE | uredi]

Podatci:
Položaj: Sisak, Čret, četiri kilometra nizvodno od Siska na desnoj obali Save
Tip : kondenzacijska termoelektrana s dva bloka : svaki blok ima dva parna kotla (2x330 t/h, 540°C, 135bara) i po jednu parnu turbinu sa generatorom (210MW na generatoru, 198 MW na pragu)
Vrsta goriva: lož ulje, prirodni plin ili kombinirano
Ukupna snaga:

  • 96 MW (2x198 MW) PRAG
  • 420 MW (2x210 MW) GENERATOR

Vrste proizvoda: električna energija, tehnološka para

Godišnja proizvodnja 2010. 2011. 2012. 2013. 2014. 2015.
Električna energija 0 GWh 100 GWh 89 GWh 24 GWh 0 GWh 214 GWh
Tehnološka para ( 16 bara, 300°C ) 99.262 t 150.399 t 113.717 t 119.713 t 127.117 t 119.833 t

Rijeka[uredi VE | uredi]

TE Rijeka[uredi VE | uredi]

Direktor: Dragan Kavre.
Opći podaci:
Položaj: jugoistočno od Rijeke, na morskoj obali
Tip: regulacijska kondenzacijska, kotao i jedna parna turbina
Vrsta goriva: loživo ulje
Ukupna snaga: 320 MW
Vrste proizvoda: električna energija
Godina izgradnje: 1974.-1978.

Godišnja prozivodnja 2010. 2011. 2012. 2013. 2014. 2015.
Električna energija 50 GWh 141 GWh 159 GWh 41 GWh 0 GWh 39 GWh

Zaključak[uredi VE | uredi]


Centralizirani toplinski sustavi su dugoročno rješenje no svaki aspekt sustava treba biti energetski učinkovitiji kako bi nešto dobili s tim sustavima. Velike tvornice koje rade cijeli dan i noć trebaju postići učinkovito izgaranje goriva i što više smanjiti emisiju štetnih plinova. Udaljenost između potrošača i proizvođača topline ne treba predstavljati problem budući da bi cijevi trebale biti izolirane i obložene dodatnim materijalom te različitim premazima. No iznimno velika udaljenost nije preporučljiva zbog velikih toplinskih gubitaka. Iz tog razloga se za mjesto proizvodnje topline često biraju tvornice u blizini mjesta uporabe a prijenos topline između gradova ovim sustavom nažalost još uvijek nije moguć.

Izvori[uredi VE | uredi]


  1. http://heating.danfoss.com/pcmfiles/1/master/other_files/library/heating_book/chapter5.pdf
  2. http://www.theade.co.uk/what-is-district-heating_191.html
  3. https://www.theguardian.com/big-energy-debate/2014/aug/20/denmark-district-heating-uk-energy-security
  4. http://www.efidistrict.eu/en/new-district-heating-network/application-to-district-heating-systems/
  5. http://www.districtenergy.org/assets/CDEA/Best-Practice/IEA-District-Heating-and-Cooling-Connection-Handbook.pdf
  6. http://rgn.hr/~drajkovi/nids_damirrajkovic/skripta/Skripta_PiPE.pdf
  7. http://www.renewableenergyworld.com/ugc/articles/2012/12/is-district-heating-the-way-forward-for-renewable-energy.html
  8. http://www.buildup.eu/sites/default/files/content/District%20Heating%20in%20buildings_final.pdf
  9. https://www.fer.unizg.hr/_download/repository/KDI_Janko_Dzodan.pdf
  10. Termoelektrane
  11. http://powerlab.fsb.hr/cts2016/
  12. http://www.sabor.hr/Default.aspx?art=6532
  13. http://proizvodnja.hep.hr/proizvodnja/osnovni/termoelektrane/teto.aspx