Cogenerare- Teza Doctorat Mihai Ionescu

8/13/2019 Cogenerare- Teza Doctorat Mihai Ionescu

1/146

1

UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETI

Facultatea de Instalaii

Domeniul: INGINERIE CIVILSpecialitatea: Instalaii pentru Construcii

CONTRIBUII PRIVIND MODERNIZAREASISTEMELOR CENTRALIZATE DE ALIMENTARECU ENERGIE TERMIC (S.A.C.E.T.) DE MIC I

MEDIE CAPACITATE

Tez de Doctorat

Doctorand: Conducator de doctorat:

ing. Mihai Marian Ionescu prof. dr. ing. Florin Iordache

2011


2/146

2

Contribuii privind modernizarea sistemelor centralizatede alimentare cu energie termic (S.A.C.E.T.)

de mic i medie capacitate

Cap. 1. Prezentarea, clasificarea, analiza i dezvoltarea n timp asistemelor de alimentare centralizat cu energie termic

1.1. Prezentarea i avantajele S.A.C.E.T.1.2. Clasificarea S.A.C.E.T.1.3. Analiza comparat a tipurilor de S.A.C.E.T.1.4. Dezvoltarea S.A.C.E.T. n lume

Cap. 2. Dezvoltarea i situaia S.A.C.E.T. n Romnia

Cap. 3. Modernizarea S.A.C.E.T de mic i medie capacitate n sistemclasic (numai cu producere de energie termic)

3.1. Modernizarea S.A.C.E.T. Combustibili folosii3.2. Modernizarea surselor S.A.C.E.T.3.3. Modernizarea reelelor S.A.C.E.T.

3.4 Modernizarea instalaiilor consumatorilor

Cap. 4. Cogenerarea, o soluie important pentru creterea eficieneisistemelor de alimentare centralizat cu energie termic

4.1. Definiia cogenerrii. Avantaje. Scurt istoric i dezvoltare4.2. Indicatori de performan utilizai n studiul instalaiilor de

cogenerare4.3. Asocierea cogenerare-S.A.C.E.T.

4.4. ncadrarea instalaiei de cogenerare n central. Modul dedimensionare al capacitii de cogenerare4.5. Definirea noiunii de cogenerare de nalt eficien n contextul

legislaiei UE4.6. Prezentarea i analiza comparativ din punct de vedere

termodinamic a tehnologiilor de cogenerare cel mai des utilizate4.7. Aspecte economice legate de instalaiile de cogenerare


3/146

3

Cap. 5. Analiza eficienei tehnico-economice a modernizrii unorS.A.C.E.T. de capacitate mic

5.1 Prezentare general5.2 Descrierea operaiilor de modernizare a SACET cu central termic

de cvartal. mprtirea sectorului de CT n grupe caracteristice5.3 Structura procentual a preului energiei termice produse idistribuite prin SACET cu CT de cvartal (combustibil gaze naturale)5.4 Indicatori tehnico-economici utilizai la analiza performanelortehnico-economice a grupelor de CT5.5 Analiza tehnico-economic a efectului modernizrii asupraS.A.C.E.T.5.6 Concluzii i recomandri

Cap. 6. Analiza funcionrii unui S.A.C.E.T. la sarcini variabile.Modelarea matematic a funcionrii unei reele termice.

6.1 Sursa de cldur (centrala termic)6.2 Punctele termice6.3 Modelarea matematic a unei reele termice6.4 Concluzii

Cap. 7. Aspecte manageriale cu privire la modernizarea S.A.C.E.T.

7.1 Modernizarea S.A.C.E.T. o schimbare. Legile i efectele acesteischimbri7.2 Ordinea modernizrii componentelor S.A.C.E.T.7.3 Condiiile de succes n implementarea cogenerrii7.4 Meninerea atractivitii nclzirii centralizate pentru consumatori7.5 Concluzii

Cap. 8. Concluzii generale, contribuii originale i direcii de cercetare


4/146

4

Capitolul 1

PREZENTAREA, CLASIFICAREA, ANALIZA I DEZVOLTAREA N

TIMP A SISTEMELOR DE ALIMENTARE CENTRALIZAT CUENERGIE TERMIC

1.1. Prezentarea i avantajele S.A.C.E.T.

Pe plan mondial, energia reprezint un produs cu o important valoareeconomic, social, politic i strategic. n cadrul sectorului energetic, un rol

important l are alimentarea cu cldur.

nclzirea urban centralizat, n care sursa de cldur este, de regul,

exterioar cldirilor pe care le alimenteaz cu energie termic, reprezint, aa

cum se va demonstra n aceast lucrare, modalitatea cea mai civilizat,

nepoluant, sigur i eficient de alimentare cu cldur a zonelor cu densitatemare de populaie. Aceste sisteme le vom denumi n continuare Sisteme de

alimentare centralizat cu energie termic sau prescurtat S.A.C.E.T. Deci

S.A.C.E.T. se definete ca ansamblul construciilor, instalaiilor tehnologice i

echipamentelor destinate producerii, transportului, distribuiei i utilizrii

energiei termice, legate printr-un proces tehnologic funcional i comun, realizat

n scopul alimentrii utilizatorilor cu agent termic pentru diverse utilizri, n

special pentru nclzire i ap cald de consum.

n comparaie cu sistemele locale de nclzire, S.A.C.E.T. prezint

urmtoarele avantaje majore:

Posibilitatea utilizrii unor tehnologii a producerii energiei din surse, cu

eficien energetic i economic foarte ridicate (de exemplu

cogenerarea).


5/146

5

Evitarea utilizrii combustibililor i a instalaiilor de ardere de ctre

masele largi, care nu au o pregtire de specialitate.

Amplasarea surselor de cldur cu foc deschis (implicit a surselor de

incendiu), n afara cldirilor de locuit, evitnd n acest fel riscurile de

explozii i incendii i reducnd considerabil poluarea n aglomerrile

urbane.

Se reduce i se concentreaz numrul gurilor de foc care n acest fel

sunt mult mai bine exploatate i supravegheate; n acelai timp se reduce

poluarea prin posibilitatea instalrii echipamentelor de filtrare i

neutralizare a gazelor de ardere.

Achiziionarea combustibililor se face la preuri mai avantajoase, fiind

cumprate n cantiti foarte mari.

Posibilitatea utilizrii unei game largi i diversificate de combustibili (de

exemplu: deeuri menajere, biomas etc.). Aa cum se arat n Strategia

naional privind alimentarea cu energie termic a localitilor aprobat

prin H.G. 882/2004: Pentru zonele urbane aglomerate, cu densitate marede locuire, toate studiile realizate la nivel naional i internaional au

condus la concluzia c din punct de vedere al eficienei energetice i al

proteciei mediului, sistemele centralizate de alimentare cu energie

termic sunt avantajoase.

1.2. Clasificarea S.A.C.E.T.Sistemele de alimentare centralizat cu energie termic se pot clasifica

astfel:

A.S.A.C.E.T. de capacitate mare (Fig. 1.1.)

Acestea au puteri instalate de peste 100 MWt, i se compun din:

1 Sursa de cldur, care de regul este echipat cu instalaii de cogenerarecare funcioneaz n regim de baz i cazane de ap fierbinte (CAF) care sunt


6/146

6

folosite ca instalaii de semibaz i de vrf, sursele producnd agent termic ap

fierbinte i mai rar abur tehnologic.

Instalaiile de cogenerare sunt cu turbine de abur cu condensaie i prize

reglabile i mai rar cu turbine de abur n contrapresiune.2 Reele termice de transport, bifilare, pentru transportul apei fierbini

(150/700 C i 16 bar) la punctele termice.

Lungimea acestor reele bifilare poate fi de ordinul kilometrilor.

3 Punctele termice, sau staiile de transformare termic, unde prin

intermediul schimbtoarelor de cldur, se prepar agenii termici

secundari i anume:- apa cald pentru nclzire (95/750 C, i 6 bar)

- apa cald de consum (a.c.c.) (50, 600 C)

4 Reele termice de distribuie (cu 4 fire: 2 pt. nclzire, 1 alimentare cu

a.c.c. i 1 reciclare a.c.c.) care distribuie agenii termici secundari la

consumatori

5 instalaiile consumatorilor

B.S.A.C.E.T. de capacitate medie

Aceste sisteme centralizate au aceeai alctuire ca i S.A.C.E.T. de

capacitate mare, dar au puteri instalate cuprinse ntre 20 100 MWt, deci sunt la

scar mai redus, dar cuprind acelai numr de componente ale lanului

tehnologic.

Sursele de cldur echipate n general cu cazane de ap fierbinte i mai rar

cu instalaii de cogenerare cu turbine n contrapresiune, care bineneles

funcioneaz n regim de baz.

Acestea sunt, n limbaj curent, sistemele centralizate ale centralelor termice

de zon.


7/146

7

1 Sursa de cldur 5 conducta de alimentare cu

2 Reeaua de transport ap cald de consum

(circuit primar) (150/700 C; 16 bar) 6 conducta de recirculare a apei

3 Staia de transformare termic sau calde de consum

punctul termic (P.T.) 7 consumatorul de cldur4 Conducte de nclzire ap cald

(95/750C; 6 bar)

C.S.A.C.E.T. de capacitate mic (Fig. 1.2.)

Acestea au puteri termice instalate de pn la 20 MWt, fiind alctuite din:

1 Sursa de cldur (centrala termic de cvartal), care este echipat cu

cazane care produc agent termic ap cald, cu temperaturi pe tur de pn la 950C

i presiune maxim 6 bar, cu ajutorul cruia asigur nclzirea i cu care se

produce apa cald de consum n schimbtoarele de cldur din centrala termic.

2 Reelele termice de distribuie alctuite din 4 conducte

3 Instalaiile consumatorilor de cldur i ap cald de consum.


8/146

8

n limbajul curent, aceste S.A.C.E.T. sunt sistemele de nclzire centralizat

ale centralelor termice de cvartal.

1 sursa de cldur

2 conducta de nclzire (ap cald) (95/750C; 6 bar)

3 Conducta de alimentare cu apa cald de consum4 Conducta de recirculare a apei calde de consum

5 Consumatorul de cldur

Dup cum se poate observa, S.A.C.E.T. de capacitate mare i medie, pe

lng faptul c au puterea termic instalat mult mai mare dect a celor decapacitate mic, au 5 componente (verigi) n lanul tehnologic, i anume: sursa,

reeaua de transport (circuit primar) punctele termice, reeaua de distribuie

(circuitele secundare) i instalaiile consumatorilor.

S.A.C.E.T. de capacitate mic are numai 3 componente tehnologice: sursa,

reeaua de distribuie i instalaiile consumatorilor.


9/146

9

1.3. Analiza comparat a tipurilor de S.A.C.E.T.

Aprecierea performanelor unui S.A.C.E.T. se poate face n baza unor

indicatori care vizeaz performanele acestora.Aceti indicatori sunt:

a)Randamentul globalde alimentare cu energie termic (sau randamentul

global termic). Acest indicator se calculeaz prin produsul randamentelor

corespunztoare fiecrei verigi tehnologice din lanul S.A.C.E.T.

n cazul S.A.C.E.T. de capacitate mare i medie, sunt cinci verigi,

randamentul global avnd forma:

cdPTtr

5

1isigl **** ==

=

unde: s - randamentul sursei

tr - randamentul de transport al apei fierbini

PT - randamentul punctelor termice

d - randamentul de distribuie (al reelei secundare)c - randamentul instalaiilor consumatorilor

n cazul S.A.C.E.T. de capacitate mic exist numai 3 verigi tehnologice

ale sistemului, deci:

cd

3

1isigl ** ==

=

n cazul cnd consumul de combustibil este exprimat n valori energetice,

se definete consumul specific de combustibil global (la nivelul ntregului

S.A.C.E.T)

glrataint

utilasp

1

E

EC

==


10/146

10

Comparnd cele 3 tipuri de sisteme centralizate, se observ c gleste mai

mare n cazul S.A.C.E.T. de capacitate mic, acesta scznd odat cu creterea

dimensiunilor sistemului centralizat.

b) Consumul specific de energie electricreprezint cantitatea de energie

electric consumat pentru producerea, transportul i distribuia unei uniti de

energie termic (Gcal, MWht) pn la consumatorul final

fact

Elsp Q

WC =

Gcal

kWhel sau

t

el

MWh

kWh

unde: W[kWhel] reprezint consumul total de energie electric al S.A.C.E.T.ntr-un interval de timp

Qfact [Gcal sau MWht] reprezint cantitatea de cldur facturat la

consumatorul final

Analiznd acest indicator, se observ c el are valori mai sczute la

S.A.C.E.T. de capacitate mic, acesta crescnd odat cu creterea dimensiunii

S.A.C.E.T. Astfel, la S.A.C.E.T. de mare capacitate, se consum energieelectric n surse (C.E.T.) pentru vehicularea, tratarea i completarea pierderilor

masive ale agentului termic primar, i n punctele termice pentru agentul termic

secundar.

c)Lungimea specific a reelelor termice

Acest indicator este exprimat prin raportul dintre lungimea total a reelelortermice L [km], circuit primar (dac este auzul) i a reelelor de circuit secundar,

i puterea termic instalat a sistemului centralizat de alimentare cu cldur

[Gcal/h sau MWt].

Inversul acestui indicator reprezint densitatea specific de cldur i se

definete cu relaia:

L

QinstalatQ = km*hGcal sau kmMWh

t


11/146

11

Este evident c, cu ct lungimea specific a reelei termice a unui

S.A.C.E.T. este mai mic, cu att se reduc:

- costurile de investiie, pierderile de cldur (prin transfer termic i prin

pierderi de agent termic), consumul electric de pompare, costurile dementenan.

n consecin un S.A.C.E.T. este cu att mai performant, cu ct lungimea

specific a reelelor termice este mai redus, respectiv densitatea specific de

cldur este mai mare.

d)Debitul de ap de adaus, reprezint debitul de ap, la un sistem hidraulicnchis (circuit primar sau secundar pentru nclzire), necesar pentru completarea

pierderilor de agent termic din circuitele respective, provenite din cauze

accidentale (avarii, sustrageri de agent termic etc.); acest debit este necesar

pentru a menine presiunea nominal n aceste circuite, necesar unei funcionri

normale.

n normele de proiectare uzuale, valorile admise pentru debitul de adausreprezint 1% din debitul nominal de agent termic vehiculat; n realitate, la

S.A.C.E.T. din ara noastr valorile reale ale acestuia sunt cu mult mai mari.

Trebuie remarcat c pierderile de agent termic, pe lng pierderile masice

nregistreaz i pierderi nsemnate de cldur, proporionale cu temperaturile

agentului termic utilizat.

Pierderile de agent termic, respectiv valoarea debitului de adaus este n

relaie de invers proporionalitate cu anvergura sistemului centralizat.

e) Calitatea apeidin S.A.C.E.T.

n principal, agentul termic trebuie s respecte urmtoarele condiii:

Duritatea total a apei, respectiv concentraia de sruri de Calciu i

Magneziu se recomand s fie sub valoarea de 0,05 mval/l. O duritate mai mare

creeaz n timp depuneri de sruri pe suprafeele interioare ale instalaiilor, n


12/146

12

special pe suprafeele calde (cazane, schimbtoare de cldur), cu implicaii

negative asupra eficienei i a duratei de via a acestor echipamente.

Concentraia de oxigen din agentul termic, care n mod normal nu trebuie

s depeasc 0,1 mg O2/litru. Valorile mai ridicate duc la amplificarea

fenomenului de coroziune deosebit de mare pentru funcionarea instalaiilor.

Lipsa impuritilor i a diverselor corpuri insolubile din agentul termic

reprezint o condiie important de calitate a acestuia. Aceste corpuri solide

produc efecte negative pronunate instalaiilor: distrug rotorul pompelor,

afecteaz capacitatea de etanare a armturilor (n special a vanelor cu obturator

sferic), afecteaz sigurana n exploatare a cazanelor prin obturarea unor seciunipe traseul de ap i n acest fel reduc posibilitatea de rcire a suprafeelor

fierbini ale acestora.

i la acest indicator de performan putem aprecia c n cazul sistemelor

centralizate de capacitate mic, meninerea calitii apei n limitele prevzute

este mai uor de realizat. Pe msur ce crete anvergura sistemului, datorit

creterii numrului de surse prin care se poate impurifica agentul termic (nspecial prin neetaneitile din schimbtoarele de cldur pentru preparat ap

cald de consum) calitatea este mai greu de meninut.

Din analiza de mai sus se desprind urmtoarele concluzii:

S.A.C.E.T. de capacitate mic i medie au randamente globale mai bune i

sunt mai uor de realizat din punct de vedere al volumului de investiie i al

volumului de lucrri. n acelai timp exploatarea lor este mai uoar, cuposibilitatea de urmrire i respectare a indicatorilor de performan mai facil.

De asemenea, posibilitatea previzionrii consumurilor de energie, n vederea

dimensionrii corecte a tuturor componentelor sistemului este mai mare, cu ct

scara S.A.C.E.T. este mai redus.


13/146

13

1.4. Dezvoltarea S.A.C.E.T. n lume

Se consider c primul sistem centralizat de alimentare cu energie termic

n lume a fost construit n anul 1986 n S.U.A., n localitatea Lockport din statulNew York. Acesta funciona cu abur i alimenta att imobile ct i consumatori

industriali.

n Europa, ncepnd cu anul 1878 a nceput construirea unor S.A.C.E.T. n

Germania i Suedia, sisteme centralizate ale cror surse erau prevzute cu

instalaii de cogenerare.

Expansiunea acestor sisteme a nceput dup anul 1900, tot n Germania, noraele Hamburg, Dresda, Mnchen, Berlin i altele, sisteme care funcioneaz

i n prezent.

n Frana, ncepnd cu anul 1930, primul sistem centralizat s-a dezvoltat la

Paris. n anul 1997 existau n Frana 375 de sisteme centralizate de nclzire care

deserveau 250 de aglomerri urbane.

Dezvoltarea S.A.C.E.T. a cunoscut o rat mare n rile nordice,Danemarca, Suedia, Finlanda, care erau favorizate de clima rece, precum i n

rile din aa-zisul lagr socialist, unde, dup modelul din U.R.S.S., s-au

dezvoltat puternice sisteme centralizate de nclzire.

Un exemplu de dezvoltare al S.A.C.E.T. l reprezint Germania modern,

care dup unificare (anul 1991) a investit 3,4 miliarde dolari n acest scop.

Rezultatele acestor investiii: s-a fcut o economie de energie de 11.000 GWh/an

i o reducere a preului nclzirii cu cca 25%, coroborat cu o reducere masiv a

emisiilor de noxe (cu 33% CO2, cu 83% SO2i cu 41% NOx)

Un alt exemplu pozitiv l reprezint dezvoltarea S.A.C.E.T. din oraul

Viena, capitala Austriei, unde 30% din necesarul de cldur este asigurat de

Fernwrme Wien (societatea care exploateaz S.A.C.E.T. din Viena). Acest

sistem are o reea de ap fierbinte de 492 km i 364 puncte termice. Din cele 9

surse ale acestui sistem centralizat, 3 sunt uzine de incinerare a deeurilor


14/146

14

produse de oraul Viena. Aceste centrale de incinerare produc 23% din

necesarul de cldur al Vienei. n regim de var, cnd sarcina termic scade

substanial, numai aceste surse rmn n funciune.

Conform revistei franceze Chauffage, ventilation et climatisationdezvoltarea acestor sisteme centralizate n timp n Europa este prezentat n

n tabelul 1.1. sunt prezentate cotele de pia ale sistemelor centralizate n

diverse ri europene la sfritul secolului XX.

n prezent exist tendina de meninere n funciune a S.A.C.E.T., cu

implementarea masiv n surse a instalaiilor de cogenerare de nalt eficien,

bazate pe cererea de cldur util, datorit avantajelor pe care le confer aceast

tehnologie.

n unele ri dezvoltate, cu o tradiie democratic puternic exist legi i

hotrri ale autoritilor locale, prin care este reglementat sistemul de nclzire

care trebuie utilizat n fiecare zon a oraului, sistem de nclzire care a fost

stabilit n urma unor calcule riguroase tehnico-economice, ca fiind cel mai

eficient energetic, cel mai ieftin i cel mai puin poluant.


15/146

15

ntreaga populaie (fr excepii) respect aceste hotrri, fr a exista

prejudecata c sunt nclcate drepturile omului, aa cum se ntmpl la noi n

ar.

n acest sens, trebuie menionat c este deosebit de important n economiaunui S.A.C.E.T. s se cunoasc exact sarcina termic a acestuia, precum i

estimarea corect a evoluiei acestui consum n timp. Debranarea aleatorie a

consumatorilor de la sistemul centralizat, genereaz dezechilibrri hidraulice,

supradimensionri la nivelul tuturor componentelor S.A.C.E.T., cu efecte

negative asupra eficienei energetice i perturbri de natur economic, care nu

fac dect s destabilizeze din punct de vedere tehnic i economic aceste sisteme.


16/146

16

Capitolul 2

DEZVOLTAREA I SITUAIA S.A.C.E.T. N ROMNIA

Avnd n vedere amplasarea Romniei n zona geografic de climtemperat continental, cu nuane excesive, circa 40% din energia primar

(combustibilul) consumat la nivelul rii este utilizat pentru nclzirea

locuinelor individuale i a spaiilor publice i pentru producerea apei calde de

consum. Durata medie a perioadei de nclzire dureaz n ara noastr ntre 160

i 230 zile/an, cu un numr de grade zile cuprins ntre 3000 i 5000.

Toate acestea conduc la caracterizarea nclzirii ca o necesitate vital nRomnia, cu un impact extrem de important asupra populaiei.

Modalitile de nclzire n Romnia sunt:

- Sisteme de nclzire urban centralizat .................................... 29%

- Sisteme cu C.T. individuale de bloc .......................................... 8%

- nclzirea (individual) cu sobe cu gaze naturale ...................... 12%

- nclzirea cu sobe cu ali combustibili ....................................... 48%

- nclzirea electric ...................................................................... 1%

Fr sisteme de nclzire ............................................................. 2%

Dezvoltarea sistemelor centralizate de alimentare cu energie termic a

nceput n Romnia dup anul 1950, datorit necesitii alimentrii cu energie

termic a primelor cartiere de blocuri (n general P+4 etaje). Acestea aveau ca

surs de cldur C.T. de cvartal, care produceau ca agent termic ap cald, cu


17/146

17

temperaturi maxime de 950C pe tir i 750C pe retur i presiuni de maxim 6 bar.

Agentul termic era produs n cazane de tip acvatubular, construite din eav,

avnd denumirea de cazane tip Tubal sau Metalica.

Ele utilizau combustibil lichid gazos (cu precdere gazele naturale),utiliznd arztoare atmosferice tip eitan-Marsi.

Agentul termic produs centralizat era utilizat pentru nclzire i pentru

preparat apa cald de consum, produs n surs cu ajutorul schimbtoarelor de

cldur cu acumulare (tip boyler) sau mai rar cu schimbtoare de cldur cu

fascicule de evi din alam (tip I.P.B.).

Schema de principiu a unei C.T. de cvartal clasice este prezentat nFig. 2.1.


18/146

18


19/146

19

Agenii termici produi n mod centralizat n C.T. de cvartal erau

transportai (pe distane scurte) la blocuri (sau de distribuie), care conineau 4

conducte:

- 2 conducte pentru vehicularea (n circuit nchis) a agentului termicpentru nclzire (apa cald);

- 1 conduct pentru alimentarea (n circuit deschis) cu ap cald de

consum (produs la 500C sau 600C);

- 1 conduct pentru recircularea apei calde de consum.

De regul aceste conducte erau din oel (sudate pe generatoare), izolate

termic cu saltele din vat mineral (pe plas de rabi) i acoperit cu cartonasfaltat (sau cu tabl).

Ele erau amplasate n canale (ngropate n pmnt) (n general nevizitabile,

construite dintr-o plac de baz peste care se puneau bolari. La exterior se

realiza o izolaie hidrofug a ntregii construcii, pentru a preveni intrarea apei n

aceste canale.

Instalaiile consumatorilor de cldur (conducte armturi de nchidere isisteme de echilibrare (diafragme) erau amplasate n subsolurile tehnice ale

blocurilor de locuine.

Toate acestea alctuiau S.A.C.E.T. de capacitate mic sau sistemul

centralizat de alimentare cu cldur al C.T. de cvartal.

Sarcina termic a acestor sisteme o reprezenta cldura pentru nclzirea (cu

caracter sezonier) i cea pentru prepararea apei calde de consum a acestor

cartiere rezideniale. n Bucureti, aceste tipuri de S.A.C.E.T. au o cot de pn

la 4% din necesarul total de energie termic al oraului, dar n alte orae, cota lor

poate ajunge la 3040% (de exemplu n oraul Cluj).

Dup anul 1960, odat cu politica de industrializare intensiv a Romniei s-

au dezvoltat pe lng marile orae ale rii numeroase uniti industriale


20/146

20

(platforme industriale) care au generat o deplasare masiv a populaiei din zona

rural spre cea urban, ca for de munc pentru industrie.

Tot la marginea marilor orae s-au dezvoltat imense cartiere de blocuri (n

general cu nivel de nlime P+10 etaje), pentru cazarea populaiei ocupate nsectorul industrial.

Necesitatea alimentrii cu energie termic i electric a acestor platforme

industriale, precum i a blocurilor de locuine nou construite, a generat

dezvoltarea S.A.C.E.T. de mare capacitate i mai rar a celor de capacitate medie.

n marea majoritate, sursele (denumite C.E.T.-uri, respectiv centrale

electrice de termoficare) acestor sisteme centralizate erau echipate cu instalaiide cogenerare, de regul instalaii cu turbine cu abur (ciclul Rankine), cu

condensaie i prize reglabile, mai rar cu turbine de abur n contrapresiune

(capacitile mai mici).

n Figura 2.2. este prezentat schema unei C.E.T. cu condensaie i priz

reglabil.


21/146

21


22/146

22

Puterile unitare instalate ale acestor turbine erau de 25, 50, 100, 150 MWel.

Combustibilii folosii la aceste C.E.T.-uri erau gazele naturale, pcura i

crbunele (lignit i huil).

n Tabelul 2.1. este prezentat dinamica dezvoltrii n timp a sistemelorcentralizate i a puterii instalate a unitilor de cogenerare din surse.

Tabelul 2.1. Dezvoltarea S.A.C.E.T. n Romnia

Anul 1960 1970 1980 1990Puterea electric instalat ncogenerare

[MWel]

472 2165 4011 6201

Cldura total furnizat deS.A.C.E.T.

[1015J]35,6 182,6 347,8 375,1

Puterea electric maxim agrupurilor

[MWel]25 100 150 150

Dezvoltarea reelei termicede transport (circuit primar)

[Km reea]

12,2 450 1200 1400

Trebuie remarcat faptul c cel mai mare sistem centralizat de mare

capacitate din Romnia i unul din cele mai mari n lume, este sistemul de

termoficare al municipiului Bucureti. El asigur alimentarea cu energie termic

a cca. 8600 imobile, cu 587.000 apartamente, reprezentnd 68% din necesarul

de cldur al acestui ora.

Acest sistem imens, care dispune de 514 km reea de transport (circuit

primar) i 850 km reea circuit secundar (de distribuie), este alimentat din 5

centrale de cogenerare i 3 C.T. de zon.

La nceputul anului 1990, n Romnia existau 251 de operatori de sisteme

centralizate de alimentare cu energie termic din care n prezent mai

funcioneaz 104 operatori.


23/146

23

Structura consumului de cldur al acestor S.A.C.E.T. de mare i medie

capacitate era att consumul rezidenial (pentru nclzire i prepararea apei calde

pentru populaie) ct i consumul industriale tehnologic.

Trebuie remarcat faptul c n cadrul consumului de cldur rezidenial,ponderea cea mai mare (de 75-80% din consumul total) o are consumul de

cldur pentru nclzire, care are un caracter sezonier (maxim 6 luni/an), i

numai consumul pentru preparat ap cald de consum este asigurat tot timpul

anului.

n antitez, consumul de cldur industrial, n scop tehnologic, are o

valoare aproximativ constant pe tot parcursul anului.S.A.C.E.T. de mare i medie capacitate au fost dimensionate s asigure la

capacitate nominal aceste consumuri (rezidenial i urban), unele dintre ele

fiind chiar supradimensionate, n vederea posibilitii extinderii capacitilor

industriale i rezideniale.

Dup anul 1980, odat cu decizia factorilor politici de a plti ntr-un timp

scurt datoria extern a Romniei, sectorul energetic a resimit din plin stopareaprogresului tehnic i lipsa acut de fonduri pentru ntreinerea i mentenana

acestor sisteme centralizate.

n perioada 1989-1990, dei aspectul asigurrii funcionrii S.A.C.E.T. la

sarcina nominal (proiectat) existau premisele realizrii unei eficiene

economice a acestora, din cauza motivelor expuse anterior a nceput procesul de

degradare a acestor instalaii. Odat cu reducerea cotelor de combustibil alocate

acestor sisteme, coroborat cu lipsa fondurilor de ntreinere i mentenan, s-a

produs o scdere evident a calitii serviciului de alimentare cu energie termic,

att la populaie ct i la consumatorii industriali.

Acest lucru a generat o ostilitate vdit a populaiei fa de S.A.C.E.T.,

existnd percepia c aceste sisteme sunt generatoare de risip energetic i

disconfort.


24/146

24

Totui, nainte de anul 1990 plata facturilor la cldur i debranrile nu

reprezentau o problem, ca n prezent.

Dup anul 1990 s-au acordat acestor S.A.C.E.T. cotele de combustibil

necesare, lipsa cldurii i a apei calde de consum la populaie fiind asiguratecorespunztor.

Dar dup aceast dat, a nceput perioada debranrilor, prin care se

reduceau substanial consumurile de cldur ale sistemelor centralizate.

Prima perioad a fost cea a debranrilor industriale, care a nceput dup

1991. Astfel, fie o parte din consumatorii industriali i-au instalat echipamente

proprii de producere a energiei, nemulumii de calitatea serviciilor prestate deS.A.C.E.T., fie i-au ntrerupt activitatea. n acest fel, o component important

a consumului S.A.C.E.T. a fost desfiinat, cu influene nefaste asupra eficienei

energetice i economice ale acestora.

Debranarea consumatorilor industriali a produs o reducere important a

eficienei energetice i economice a S.A.C.E.T. de mare i medie capacitate

(care alimentau i consumatori industriali), prin reducerea semnificativ acantitii de cldur vndute (deci scderea veniturilor), respectiv prin creterea

pierderilor procentuale de energie, datorit funcionrii sistemelor centralizate la

sarcini pariale.

Dup anul 1994 a nceput a 2-a etap a debranrilor, respectiv

debranarea consumatorilor rezideniali (populaia). n apartamentele

debranate de la sistemul centralizat, locatarii au instalat C.T. murale (de

apartament), alimentate de regul cu gaze naturale.

Cauzele care au produs debranarea masiv a consumatorilor rezideniali, n

principal, au fost:

- Lipsa contorizrii agenilor termici livrai de S.A.C.E.T. i lipsa

posibilitii individualizrii consumurilor de ageni termici (ap cald i

nclzire) pe principiul: consum ct vreau i pltesc ct consum.


25/146

25

- Preul extrem de sczut al gazelor naturale (de 110-120$/1000 m3 N-

gaze), prin subvenionare de ctre stat.

- Marketingul agresiv al distribuitorilor de echipamente de nclzire

individual.- Interesul financiar al distribuitorilor de gaze naturale de a avea o relaie

nemijlocit cu consumatorii de ap cald de consum i cldur.

- Lipsa unei legislaii privind regulile de locuire n cldiri de tip

condominial.

- Neexplicarea populaiei prin toate mijloacele a implicaiilor creterii

exagerate a numrului de surse de poluare local (C.T. de apartament) asuprasntii locuitorilor din cldirile unde se folosesc sisteme individuale de

nclzire.

Una din principalele cauze care au generat debranarea masiv a populaiei

de la sistemul centralizat i instalarea de centrale termice de apartament (sau,

mai rar, de bloc) a fost, pe lng meninerea preului gazelor naturale la un nivel

foarte sczut (prin subvenionarea masiv de ctre stat) i lipsa diferenieriipreului gazelor naturale ntre industrie i populaie, difereniere care n toate

rile dezvoltate este semnificativ.

Numai dup anul 2005 s-a decis nceperea diferenierii preului gazelor

naturale ntre industrie (unde se achiziioneaz cantiti foarte mari de gaze

naturale) i populaie unde cantitile cumprate sunt cu mult mai reduse).

n Figura 2.3. este prezentat raportul ntre preul gazelor naturale furnizate

populaiei i preul pentru consumatorii industriali n anul 2007 pentru o serie de

ri din Europa.

Analiznd aceast figur, se observ c dac n Romnia acest raport este

1,07, n ri dezvoltate ca Germania este de 2,24 i n Danemarca, unde

S.A.C.E.T. sunt foarte dezvoltate, acest raport este de 5,05.


26/146

26

5,05

2,24

1,971,651,07

Romnia RepublicaCeh

Polonia Germania Danemarca

Fig. 2.3. Raportul dintre preul gazelor naturalefurnizate populaiei i preul gazelor naturale furnizate

consumatorilor industriali (anul 2007)

n anul 2003, n Romnia s-a atins apogeul debranrii consumatorilor

rezideniali, nregistrndu-se la nivel de ar o reducere cu 28% a consumurilor.

n Tabelul 2.2. este prezentat situaia debranrilor de la S.A.C.E.T. n

anul 2003. Din analiza datelor din acest tabel, se observ c n unele orae ca

Baia Mare, Satu-Mare, Slatina, Sf. Gheorghe, debranarea s-a fcut n proporie

de 100%, fapt care a generat desfiinarea activitii S.A.C.E.T. din aceste zone.Trebuie remarcat c n Bucureti, nivelul debranrilor s-a limitat la 7%,

efectul pentru sistemul centralizat fiind minor.


27/146

27

Tabelul 2.2. Situaia debranrilor de la SACET n Romnia-anul 2003

Localitatea Nr. apartamente Nr. apartamente debranate ProcenteAlba-Iulia 16.000 14.000 87,5

Arad 67.000 27.500 41,0Piteti 56.000 9.200 16,4Bacu 47.000 23.500 50,0Oradea 56.000 100 0,2Bistria Nsud 22.150 19.351 87,4Botoani 32.600 10.100 31,0Brila 51.000 19.000 37,3Braov 53.200 5.000 9,4

Buzu 34.296 10.423 30,4Clrai 18.600 17.800 95,7Reia 26.000 18.500 71,2Cluj-Napoca 100.000 40.000 40,0Constana 88.085 400 0,5Sf. Gheorghe 17.043 17.043 100,0Trgovite 27.000 14.000 51,9Craiova 120.000 7.000 5,8

Gala-i 95.000 2.250 2,4Giurgiu 17.000 2.550 15,0Tg. Jiu 23.301 22.661 97,3Miercurea-Ciuc 12.000 2.000 16,7Deva 20.000 7.000 35,0Slobozia 15.800 15.157 95,9Iai 92.000 22.000 23,9Dr. Tr. Severin 24.000 300 1,3Tg. Mure 44.110 3.910 8,9Piatra-Neam 36.000 19.000 52,8Slatina 25.000 25.000 100,0Ploieti 64.000 3.900 6,1Zalu 19.500 16.500 84,6Satu-Mare 35.000 35.000, 100,0Sibiu 35.000 32.500 92.9

Suceava 33.000 6.000 18,2Alexandria 15.000 3.300 22,0


28/146

28

Timioara 100.000 9.000 9,0Tulcea 25.000 10.000 40,0Rmnicu-Vlcea 32.987 2.144 6,5Vaslui 18.000 8.800 48,9Focani 29.438 7.204 24,5Bucureti 600.000 42.000 7,0Baia Mare 100.000 100.000 100,0

2.343.110 651.092 27,8

Dup acest an, s-a nceput la multe sisteme centralizate operaia de

contorizare, coroborat cu montarea echipamentelor pentru individualizarea

consumurilor de cldur, respectiv a contoarelor de ap cald la fiecare punct deconsum i a repartitoarelor de costuri mpreun cu robineii termostatani la

fiecare corp de nclzire.

Aceste msuri, mpreun cu adoptarea unui cadru legislativ corect, care

legifera ideea: un condominiu un singur sistem de nclzire a stopat

fenomenul debranrilor. Acest lucru a fost favorizat i de creterea preului la

gazele naturale descurajnd instalarea n blocuri a C.T. individuale. Deasemenea, s-a nceput, destul de tardiv, activitatea de reabilitare termic a

blocurilor de locuine, cu efect direct n reducerea substanial a facturii de

cldur.

n prezent, situaia S.A.C.E.T. este ntr-un echilibru relativ, ntrzierea

activitilor de modernizare i eficientizare a acestora putnd genera o alt criz

asemntoare celei din anul 2003, dar cu consecine mult mai grave pentruviitorul sistemelor centralizate de nclzire n Romnia.

n tabelul 2.2. se face o comparaie ntre S.A.C.E.T. din Romnia i cele din

Uniunea European.


29/146

29

Tabelul 2.3. Comparaie a caracteristicilor tehnice ale SACET din Romniai cele din UE

ROMANIA U.E.

Producerea clduriiCaracteristici Se utilizeaz cogenerare ica instalaii de vrf CAP.Uneori pondere sczut asistemelor de cogenerare(Coeficient de cogeneraresczut.) Sistem nvechit deautomatizare.

Se utilizeaz cogenerarea iCAP Ponderea cogenerriiadecvat la pia. Sistem deautomatizare i control

permanent.

Probleme principale Eficiena redus. Poluaremare. Uneori din cauzasarcinilor reduse nu se

poate funciona n regim decogenerare vara.

Creste ponderea cogenerriiPoluare redus.

Reele de transport i

distribuieCaracteristici Debit constant (Reglaj

calitativ) Pondere redusa aconductelor preizolate

Debit variabil (Reglaj mixtpreponderant cantitativ)Larga utilizare aconductelor preizolate cudurata lung de via.

Probleme principale Pierderi mari de ap icldur, izolaienecorespunztoare,conductesupradimensionate cu

pierderi procentuale decldur mari.

Pierderi reduse sub 10%,Conducte dimensionatecorespunztor conformconsumului de cldur real.

ConsumatoriCaracteristici Cldura necontorizat sau

n curs de contorizare. Seutilizeaz de regul

substaii (PT) de marecapacitate care deservesc ungrup mare de blocuri(distribuie centralizat)

Contorizare generalizat cuposibilitatea deindividualizare a

consumurilor de cldur.Distribuie descentralizatutilizndu-se n modfrecvent modulele termice.

Probleme principale Consumuri specifice decldur mari. Supranclzirisau subnclziri

Eficien energetic ieconomic ridicat.


30/146

30

Capitolul 3

MODERNIZAREA S.A.C.E.T DE MIC I MEDIE CAPACITATE N

SISTEM CLASIC (NUMAI CU PRODUCERE DE ENERGIE TERMIC)

3.1 Modernizarea S.A.C.E.T. Combustibili folosii.

Modernizarea unui S.A.C.E.T. este operaia care const n reconsiderarea

sistemelor aplicate prin utilizarea de soluii, echipamente i softuri noi, cu

performane superioare celor existente, care are drept scop final cretereaeficienei energetice i economice a S.A.C.E.T., n paralel cu reducerea polurii

i crearea unei dezvoltri durabile.

Spre deosebire de reabilitate, care const n efectuarea lucrrilor de

reparaii, completri sau nlocuiri de echipamente pentru readucerea S.A.C.E.T.

la parametrii iniiali proiectai, modernizarea este recomandat, avnd n vedere

explozia tehnologic actual n domeniul energetic i innd cont de concurenaacerb ivit datorit liberalizrii pieelor de energie. Prin modernizarea unui

sistem centralizat de nclzire se evit riscul de a obine (prin reabilitare) un

sistem uzat moral, cu o eficien energetic i implicit economic sczut, care

s l fac nerentabil i inapt s fac fa concurenei de pe piaa energetic.

Modernizarea S.A.C.E.T. se realizeaz prin modernizarea fiecrei

componente a acestuia, ncepndu-se de la consumator spre surs.

n subcapitolele urmtoare se va analiza detaliat acest proces la nivelul

fiecrei componente a sistemului. Avnd n vedere importana deosebit

acordat proteciei mediului, un rol deosebit n cadrul modernizrii unor sisteme

de nclzire centralizate de capacitate mic i medie, l are alegerea

combustibilului folosit.

Vom analiza n continuare tipurile principale de combustibili.

Combustibilii solizi


31/146

31

Crbunele, cel mai utilizat combustibil solid, este una dintre cele mai

importante surse primare de energie, revenindu-i aproape 70% din energia

nglobat n rezervele certe de combustibil fosili. Acesta are avantajul c se

gsete din abunden, este rspndit pe o scar geografic mult mai larg dectpetrolul sau gazele naturale, are un pre relativ stabil, puin influenat de factorii

politici i nu prezint probleme majore de transport de la surs la consumator.

De remarcat c necesit gospodrire de combustibil la nivelul fiecrei surse.

Limitrile cele mai importante privind utilizarea crbunilor sunt provocate,

n special, de impactul puternic pe care l au asupra mediului nconjurtor; n

principal se amintesc emisiile de pulberi, oxizi de sulf, oxizi de azot, dioxid decarbon. Pentru reducerea i neutralizarea acestor emisii exist la ora actual

tehnologicii bine puse la punct, dar foarte costisitoare din punct de vedere

financiar. Din acest motiv, utilizarea crbunilor i recomand numai la

S.A.C.E.T. de foarte mare capacitate.

Totui, n unele zone dezvoltate ale lumii, sunt folosii crbuni superiori la

alimentarea unei surse la S.A.C.E.T. de capacitate medie. Astfel, una din surseleS.A.C.E.T. din oraul Montpellier, Frana, modernizat dup anul 2000, folosete

crbunele drept combustibil pentru cazanele de vrf.

Combustibilii lichizi

Combustibilii lichizi permit avantajul c au o posibilitate relativ uoar de

stocare, lipsa unor instalaii speciale de preparare n vederea combustiei, fiind

necesar eventual numai prenclzirea acestora n vederea atingerii fluiditii de

pulverizare.

Prezint dezavantajele costului ridicat i al polurii, combustibilii lichizi

care conin sulf, produc prin ardere SO2i SO3, componente puternic poluante.

Spre deosebire de combustibilii lichizi mai grei, care conin un procent ridicat de

sulf, combustibilii lichizi uori au un coninut mult mai redus, dar prezint

dezavantajul preului extrem de ridicat. n cazul n care combustibilul lichid


32/146

32

conine, clorur de sodiu (NaCl), Plumb (Pb) i Vanadiu (V), se produce un

efect puternic de coroziune n instalaii termice (cazane, inst. de oxigenare);

utilizarea unor materiale rezistente la coroziune ndeprteaz acest efect, dar

scumpete n mod considerabil echipamentele.Necesit gospodrie de combustibil lichid la nivelul sursei.

Combustibilii gazoi

Gazele naturale definite ca un amestec de hidrocarburi care sunt exploatate

n stare gazoas, a cror component principal este metanul, sunt pe departe cel

mai utilizat combustibil n alimentarea S.A.C.E.T. de capacitate mic i medie.Acest lucru se explic din urmtoarele motive:

Gazele naturale sunt un combustibil relativ curat din punct de vedere

ecologic, cu emisii reduse de oxizi de sulf, oxizi de azot i pulberi. Datorit

raportului carbon/hidrogen, mai sczut dect n cazul crbunelui i petrolului,

emisiile de CO2sunt simitor mai reduse (vezi Fig. 3.1.)


33/146

33

,450,42

0,33

0,27

0,2

0,4

0,35

0,3

0,25

0,2

0,15Crbuneinferior

Crbunesuperior

Pcur Gazenaturale

Fig. 3.1. Emisia de CO2pentru 1 kw/hzrezultat din arderea combustibililor

Nu necesit gospodrii separate la nivelul fiecrei surse. Aria geografic

de rspndire este mai mare dect n cazul petrolului. n Romnia, cca 1/3 dinnecesarul de gaze naturale este de producie indigen.

Transportul acestui combustibil se face prin conducte, putnd fi uor de

transportat la nivelul fiecrei surse a S.A.C.E.T.

Poate fi uor de utilizat la tehnologiile de cogenerare moderne, cum ar fi

cogenerarea cu turbine cu gaze sau la cea cu motoare cu ardere intern.

Dezavantajul gazelor naturale este faptul c preul lor este mult mai instabildect n cazul crbunelui cu tendin de cretere spectaculoas.

n tabelul 3.1. este prezentat participarea fiecrei forme de energie primar

(combustibil) n scop energetic la nivelul anului 1997 i prognoza pentru 2020

(la nivel mondial).


34/146

34

Tabel 3.1. Participarea formelor de energie primar

n scop energetic, la nivel mondial

Sursa de energie primar Anul 1997 (%) Anul 2020 (%)

Crbune 39,5 37,7Petrol 9 6Gaze naturale 15 30Combustibil nuclear 17 9Energie hidraulic 18 158Alte surse regenerabile* 1,5 2,3Total 100 100

Eg. geotermal, solar, eolian, a mareelor, biomas, deeuri industriale

i menajere

n concluzie, pentru sistemele centralizate de nclzire de capacitate mic i

medie, combustibilul cel mai utilizat, innd seama de considerentele prezentate

este gazul natural. Aa cum este prezentat n tabelul 3.1. prognoza acestui

combustibil este de cretere, ajungnd (conform estimrilor) s aib n anul 2020

o cot de utilizare la nivel mondial de 30%.

3.2. Modernizarea surselor S.A.C.E.T.

3.2.1.Modernizarea surselor S.A.C.E.T. de capacitate mic

Centralele termice de ap cald care reprezint sursele S.A.C.E.T. decapacitate mic, n sistem clasic (nemodernizate) erau utilate cu cazane

acvatubulare, echipate cu arztoare autoaspirante. Pompele erau cu turaie

constant, sistemele de expansiune erau fie vase deschise, fie vase sub presiune

cu pern de aer, ambele realiznd un contact direct ntre ap i aer.

Schimbtoarele de cldur (pentru preparat ap cald de consum) erau n

mare parte de tip boyler, cu acumulare i serpentin de nclzire, fieschimbtoare de cldur tip IPB (sistem evi n eav).


35/146

35

Schema de principiu era cu nchiderea circuitului hidraulic prin instalaiile

consumatorilor. Automatisarea era practic inexistent, exploatarea acestor

centrale termice fcndu-se manual, cu ajutorul fochitilor.

n cadrul operaiei de modernizare s-au utilizat urmtoarele echipamente:Cazanele sunt de tip ignitabular, cu trei drumuri distincte ale gazelor de

ardere cu spate umed i rcit. n acest fel toate elementele cazanului care vin n

contact cu flacra i cu gazele de ardere sunt rcite, mrind durata de via a

cazanului.

Instalaiile de ardere sunt n general de tip modulant, cu posibilitatea

meninerii valorii randamentului apropiat de valoarea nominal i la sarcinipariale. Ele sunt cu insuflaj de aer, complet automatizate cu sisteme de protecie

a cazanului (la debit sczut, la stingerea flcrii etc.). Ele sunt concepute cu

sisteme de reducere a noxelor.

Instalaiile de pompare sunt de regul cu turaie variabil, realiznd o

funcionare economic sub aspectul consumului de energie electric.

Schimbtoarele de cldur, sunt schimbtoare cu plci, avnd uncoeficient de transfer termic mult mai mare (de 4 ori) fa de schimbtoarele tip

I.P.B. Acestea mai prezint urmtoarele avantaje:

- ntreinere uoar: pachetul de plci se desface uor, fcnd

posibil o curire rapid i eficient a suprafeelor de schimb de

cldur;

- suprafaa total de schimb de cldur pentru acelai ecart tehnic

este de 3-5 ori mai mic dect la schimbtoarele tubulare; acest

lucru face ca i volumul ocupat i greutatea s fie mult mai

reduse;

- rata depunerilor este mai mic dect la schimbtoarele tubulare,

din cauza vitezelor mai mari i a fenomenului de autocurire a

plcilor;


36/146

36

- flexibilitate mare; prin adugarea sau scoaterea unui numr de

plci se poate mri sau micora capacitatea schimbtorului.

La prepararea apei calde de consum se folosete schema cu acumulare,

pentru a prelua variaiile de consum ale apei calde.Metodele de expansiune realizeaz urmtoarele funcii:

a) Preluarea volumului de expansiune, realizat din dilatarea

agentului termic. ntre ap i aer nu se creeaz un contact direct, separarea

fcndu-se prin intermediul unei membrane elastice.

b)Completarea pierderilor de agent termic (n limite normale).

c) Dejazarea parial a unei cantiti de pn la 1/3 din debitul depe returul instalaiei.

+ Toate C.T. sunt echipate cu instalaii de tratarea apei,

automatizate. (dedurizare)

Schema termomecanic (Fig. 3.2.) este astfel conceput pentru a separa

sub aspect hidraulic circuitul intern al C.T. de circuitul extern al consumatorilor

de cldur, prin intermediul buteliei de amestec. Acest lucru, mpreun cu


37/146

37


38/146

38

montarea cte unei pompe de injecie pe fiecare cazan n parte realizeaz o bun

rcire cu ap a fiecrui cazan, mrind astfel durata de via a acestora. n acelai

scop s-a realizat schema de montaj cu recircularea unei pri din apa cald

produs de cazan, la intrarea n acesta, mrindu-se astfel temperatura returului(dac este cazul) peste 600 C, prentmpinnd apariia n cazan pe traseul gazelor

de ardere a condensrii vaporilor de ap. n acest fel cazanele sunt meninute n

regim cald, respectiv temperatura gazelor de ardere nu scade n niciun punct sub

1000C.

Schema analizat mai prezint avantajul c pe fiecare ramur de alimentare

cu agent termic pentru nclzire se poate regla att debitul (prin montareapompei de circulaie cu debit variabil) ct i temperatura, prin reglarea cu

ajutorul vanei cu trei ci a debitului de agent termic recisrculat din returul

instalaiei de nclzire.

Sistemul de automatizare global este de tip piramidal: la nivelul

sistemului cazan-instalaie de ardere, la nivelul ntregii centrale termice i la

nivelul dispeceratului central, care trebuie s supervizeze funcionarea ntreguluisector de C.T. de cvartal.

n condiiile existenei unei redundane a buclelor de automatizare de

protecie a fiecrui sistem cazan-arztor, al existenei unor sisteme de detecie i

evacuare noxe i al instalrii sistemului dispecer, conform prescripiei tehnice

ISCIR PTC 11/2010, se poate obine autorizarea de funcionare a unei C.T. fr

supraveghere permanente (sau cu supraveghere nepermanent).

Mai nou, este introdus i restricia ca pentru obinerea acestei autorizri

cazanele s nu depeasc puterea instalat de 1000 kwti un numr de maxim 6

cazane pe C.T. n acest fel se poate realiza de ctre firma care exploateaz

sectorul de C.T. de cvartal, importante economii financiare la costurile cu munca

vie (reducerea acestora cu cca 70%).


39/146

39

Trebuie menionat c evacuarea condensului rezultat n cazan n urma

procesului de condensare, se elimin la canalizare numai dup ce acesta a fost

neutralizat, avnd un pH neutru.

Cazanele n condensaie

Cazanele n condensaie constituie o soluie modern i deosebit de

eficient energetic pentru modernizarea centralelor termice de cvartal (sursele

SACET de capacitate mic).

Aceste cazane pot realiza randamente energetice deosebit de ridicate,atingnd n condiia evacurii gazelor de ardere la temperaturi sczute (sub

50 oC) valor ale acestor randamente de pn la 105 107 % (raportate la puterea

caloric inferioar a combustibilului).

Tehnica de condensare utilizat la aceste cazane este valoroas nu numai

sub aspectul economiei de combustibil, dar i datorit faptului c reduce

semnificativ emisiile de poluani.Brevetate n anul 1978, cazanele n condensaie au cunoscut o important

dezvoltare n special n ri ca Olanda, Frana, Germania i mai ales Anglia.

Dezvoltarea acestora reprezint o int i pentru modernizarea surselor

sistemelor de nclzire centralizat de capacitate mic, din rile nou intrate n

UE, aa cum este Romnia. Principalul impediment n utilizarea pe scar larg a

acestora este preul lor, cu circa 30-50% mai mare dect al cazanelor clasice.

Principiul de funcionare al cazanelor n condensaie

n urma arderii combustibililor care conin hidrogen n compoziie

(hidrocarburi) aa cum este gazul natural, rezult ap sub form de vapori. n

cazul cazanelor clasice, aceti vapori se evacueaz la co cu gazele de ardere,

cldura latent de vaporizare coninut de acetia fiind pierdut n mediul

ambiant.


40/146

40

n cazul cazanelor n condensaie, vaporii condenseaz parial (n cantitate

mai mic sau mai mare n funcie de temperatura de evacuare a gazelor de ardere

la co), permind recuperarea unei importante cantiti de cldur cldura

latent de vaporizare a apei (circa 2400 kJ sau 670 Wh pentru fiecare kg devapor condensat); cu ct temperatura de evacuare a gazelor de ardere scade,

crete ponderea de recuperare a cldurii de vaporizare n avantajul creterii

randamentului cazanului. n consecin, ca urmare a acestei recuperri i a

reducerii temperaturii de evacuare a gazelor de ardere cu mult sub 100 oC,

cazanele n condensaie au performane energetice mult superioare cazanelor

clasice, pundu-se realiza randamente de peste 100% (raportat la putereacaloric inferioar a combustibilului, aa cum este prezentat n Fig. 3.3.

Pentru a face posibil recuperarea cldurii de vaporizare a apei, este

necesar rcirea gazelor de ardere sub temperatura de rou. Acest lucru este

posibil tehnic numai dac temperatura agentului termic pe retur nu depete

valoarea de 55-56 oC. Aceast valoare este i funcie de excesul de aer al


41/146

41

cazanului. n Fig.3.4. este prezentat legtura ntre temperatura de rou i

coeficientul de exces de aer al cazanului.

La funcionarea cazanului n condensaie se remarc pe msur ce

temperatura returului scade, crete cantitatea de vapori care condenseaz i se

elibereaz o parte mai mare din cldura latent de vaporizare, influennd

creterea randamentului cazanului. Acest lucru este prezentat n Fig. 3.5.


42/146

42

Analizarea regimului de funcionare al cazanelor n condensaie n

funcie de rolul lor n cadrul unei CT de cvartal

ntr-o central termic de cvartal exist dou tipuri de cazane (dup

utilitatea lor)

a) cazane pentru preparat ap cald de consum

b) cazane pentru nclzireVom analiza regimurile de funcionare ale acestora pentru a vedea dac pot

funciona n regim de condensaie.

Cazanele pentru preparat ap cald de consum furnizeaz agent termic

pentru schimbtorul de cldur n care se prepar acc la o temperatur de

maximum 65-70 oC, avnd o cdere de temperatur pe schimbtor de peste 30

grd; apa rece care urmeaz s fie nclzit intr n schimbtor cu temperaturi

cuprinse ntre 2-3 oC iarna i 20 oC vara. n concluzie ele realizeaz n


43/146

43

permanen o temperatur pe retur inferioar valorii de 40 oC, deci funcioneaz

n permanen n regim de condensaie, cu randamente apropiate de 105%..

Cazanele pentru nclzire furnizeaz ap cald la o temperatur de

maximum 90 oC cnd temperatura exterioar nregistreaz -15 oC, temperaturade retur avnd n acest caz 70 oC (Fig. 3.6).

Conform acestei diagrame de reglaj, cazanele ncep s funcioneze n regim

de condensaie cnd temperatura returului atinge 56 oC, adic la o temperatur

exterioar de -4 oC. Dac se utilizeaz o diagram de reglaj a nclzirii redus

(80/60 oC), atunci cazanele funcioneaz n regim de condensaie pn la

temperatura exterioar de -10 oC.

Trebuie menionat c n practic diagramele de reglaj ale nclzirii sunt cele

reduse (80/60 oC) i chiar mai reduse. n condiiile climatice din Bucureti i dinoraele din sudul rii, se poate funciona lejer cu aceste diagrame de reglaj fr


44/146

44

a fi afectat confortul termic al consumatorilor de cldur, dar cu importane

foarte mari n creterea eficienei energetice a centralelor termice de cvartal.

Calculul eficienei utilizrii cazanelor n condensaieEficiena economic a cazanelor n condensaie este dat de timpul n care

sporul de investiii ntr-un cazan n condensaie fa de un cazan clasic este

recuperat pe baza economiei de cheltuieli cu combustibilul. Datorit faptului c

investiiile suplimentare i economiile de cheltuieli nu apar n aceleai momente

de timp, calculul trebuie fcut cu considerarea nodificrii valorii banilor n timp,

respectiv n condiiile actualizrii valorii banilor.n aceste condiii trebuie satisfcut relaia:

+

=

=

RAT

1i i)a1(

CI (1)

unde:

I sporul de investiii ntr-un cazan n condensaie fa de un cazan clasic.

C economia anual de cheltuieli cu combustibilul datorit randamentuluisuperior al cazanului cu condensaie fa de cel clasic.

a rata de actualizare

TRA durata (timpul) de recuperare a investiiei.in valori actualizate

Folosirea cazanelor n condensaie este eficient economic dac timpul de

recuperare (actualizat) al investiiei este inferior duratei de via a cazanului

TRA< TV (2)Prelucrnd corespunztor relaia 1, se obine:

)a1ln(

)C

Ia1ln(

TRA+

= (3)

Obs. raportul I/C TR reprezint durata de recuperare a investiiei.in

valori neactualizate

Sporul de investiie ntr-un cazan n condensaie fa de unul clasic este dat

de relaia:


45/146

45

CC i*qI = (4)

n care:

q

C

capacitatea termic instalat n cazanul de ap caldiC diferena de investiie specific ntre un cazan n condensaie i un

cazan clasic.

Economia anual de cheltuieli cu combustibilul datorat randamentului

superior al cazanului n condensaie fa de cel clasic este:

B

CCC

fmed p*)

11(**qC

= (5)

unde:

qmedeste valoarea ncrcrii medii zilnice a cazanului

f durata anual de functionare a consumului termic

c i cc randamentul mediu anual al cazanului clasic, respectiv al

cazanului n condensaie

PB preul combustibilului raportat la coninutul energetic al acestuia.

Obs. randamentul i preul combustibilului trebuie corelate dup cum se

folosesc PCI i PCS n lucrare raportarea s-a fcut la PCI.

Pentru a calcula TRA (timpul de recuperare actualizat) al sporului de

investiie n cazanul n condensaie, trebuie s calculm raportul C

I

Bp*)CC

1

C

1(*f

C

BCCC

fmed

CC

i*

p*)11

(**q

i*q

C

I

=

=

(6)

Am considerat raportul =med

c

q

q,coeficientul de neuniformitate orar sau

nivelul de ncarcare al cazanului.


46/146

46

Vom analiza pentru nceput eficiena utilizri cazanelor n condensaie la

instalaiile de preparat ap cald de consum.

n aceste condiii coeficientul are valorile:

Pentru o instalaie de preparat ap cald de consum cu acumularea apei

calde (corect dimensionate) =1;

Pentru o instalaie de preparat ap cald de consum fr acumularea apei

calde se determin din diagrama de la figura 3.7, n funcie de numrul

de apartamente care sunt alimentate cu ap cald n regim centralizat.

Fig. 3.7. Valorile coeficientului pentru cazanele utilizate pentru prepararea

apei calde n CT fr acumularea acesteia

n continuare s-a calculat n tabelele 3.3.a i 3.3.b durata de recuperare a

investiiei pentru cazane n condensaie pentru prepararea a.c.c., astfel:

6,0

5,0

4,0

3,0

2,0

1,0

0 1 000 2 000 3 000 4 000 6 0005 000

cmine de elevi, studeni etc.locuinehoteluri, pensiuni

spitale


47/146

47

Tabelul 3.3.a Durate de recuperare a investiiein valori neactualizate n cazul unei C.T. cu acumulare [ani]

Preul combustibiluluip

B

Diferena de investiie specific ntre cazanul clasic i cel ncondensaie i

C[/kW

i]

/10 m /MWhP.C.I 20 30 40 50 60350 37,06 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20375 39,71 0,37 0,56 0,75 0,93 1,12400 42,35 0,35 0,53 0,70 0,87 1,05425 45,00 0,33 0,49 0,66 0,82 0,99450 47,65 0,31 0,47 0,62 0,78 0,93

Tabelul 3.3.b Durate de recuperare a investiiein valori actualizate (a=12%) n cazul unei C.T. cu acumulare [ani]

Preul combustibiluluipB

Diferena de investiie specific ntre cazanul clasic i cel ncondensaie iC [/kWi]

/10 m /MWhP.C.I 20 30 40 50 60350 37,06 0,43 0,66 0,89 1,13 1,37375 39,71 0,40 0,61 0,83 1,05 1,27400 42,35 0,38 0,57 0,77 0,98 1,19425 45,00 0,36 0,54 0,73 0,92 1,11450 47,65 0,34 0,51 0,68 0,86 1,05

n aceste calcule s-a considerat C(PCI)= 90%

CC(PCI)= 105%

Pentru instalaiile de preparat ap cald de consum fr acumulare, s-au

calculat de asemenea timpii de recuperare n valori actualizate i neactualizate,

rezultatele fiind trecute n tabelele 3.4.a, 3.4.b.

Tabelul 3.4.a. Durata de recuperare a investitieiin valori neactualizate in cazul unei centrale termice fara acumulare



/103m3 /MWhPCI 20 30 40 50 60

350 37,06 0,80 1,20 1,60 2,00 2,40375 39,71 0,75 1,12 1,49 1,87 2,24400 42,35 0,70 1,05 1,40 1,75 2,10

425 45,00 0,66 0,99 1,32 1,65 1,98450 47,65 0,62 0,93 1,24 1,56 1,87


48/146

48

Tabelul 3.4.b Durata de recuperare a investitiei

in valori actualizate (a=12 %) in cazul unei centrale termice fara acumulare



/10 m /MWhPCI 20 30 40 50 60

350 37,06 0,89 1,37 1,88 2,42 3,00375 39,71 0,83 1,27 1,74 2,24 2,76400 42,35 0,77 1,19 1,62 2,08 2,56425 45,00 0,73 1,11 1,52 1,94 2,39450 47,65 0,68 1,05 1,43 1,82 2,24

Aa cum rezult din analiza timpului de recuperare, pentru cazanele n

condensaie utilizate pentru prepararea apei calde de consum, n C.T. cu

acumularea apei calde, valoarea maxim de recuperare a diferenei de investiie

(fa de un cazan clasic) este de 1,4 (1,37) ani, adic un timp de recuperare

actualizat foarte mic.

De asemenea, i pentru instalaiile de preparat a.c.c. fr acumulare

prevzute cu cazane n condensaie, timpul de recuperare actualizat este de

maximum 3 ani, cu mult sub durata minim de via estimat a unui cazan n

condensaie (de cel puin 15 ani).

Acest lucru recomand utilizarea cazanelor n condensaie, pentru

prepararea apei calde de consum, ca fiind deosebit de eficiente.

n cazul utilizrii acestor cazane pentru nclzire, utilizarea eficient a

acestor cazane este condiionat de durata lor de funcionare anual, de nivelul

lor de ncrcare, precum i de preul gazelor naturale.

Pentru determinarea eficienei utilizrii cazanelor n condensaie pentru

nclzire, s-a conceput nomograma din Fig. 3.8.


49/146

49

Fig.3.8. Nomogram pentru calculul eficienei utilizrii cazanelor n condensaie

Aceast nomogram a fost conceput avnd la baz relaiile (3), (4), (6).

= 4 %

= 16 %

= 14 %

= 12 %

= 6 %

= 8 %

= 10 %

i = 20 /kW

i = 40 /kWt i

i = 60

i = 80 /kW

1000 2000 3000 4000 50006000 8000

= 1 = 5 = 4 = 3 = 2

Durata anuala de funcionare a consumului f

0.1 1 10 100

PB= 30 /MWht

PB= 35 /MWht

PB= 40 /MWht

PB= 45 /MWht

2

4

6

8

10

1214

16

18

20

0

a = 8 %

a = 10 %

a = 12 %

a = 14

a = 16 %TRA


50/146

50

Pornind de la durata anual de funcionare a cazanelor, n funcie de

coeficientul (coeficient care indic nivelul de ncrcare al cazanului)

med

c

q

q=

, din cadranul I, se merge n sensul trigonometric n cadranul II, unde

este figurat diferena de randament ntre cazanul de condensaie i cazanul

clasic. Se coboar apoi n cadranul i cazanul clasic. Se coboar apoi n cadranul

III, unde sunt curbele (dreptele) pentru fiecare valoare a diferenei de investiie

specific ntre cazanele n condensaie i cel clasic. Funcie de aceast valoare se

trece n cadranul IV, unde sunt presetate dreptele cu valorile combustibilului

(gazele naturale). Se continu apoi n cadranul V (cel de jos) unde funcie dedata de actualizare, cu valori cuprinse ntre 8 i 16% se citete n stnga jos

valoarea timpului de recuperare actualizat.

Astfel, n funcie de:

durata anual de funcionare a cazanelor;

nivelul termic de ncrcare;

diferene dintre randamentul de funcionare a cazanului n condensaie icel clasic;

diferene specifice de investiie ntre cazanul n condensaie i cel clasic;

preul combustibilului (gazele naturale);

rata de actualizare.

Se poate determina timpul de recuperare actualizat a diferenei de investiie

ntre un cazan n condensaie i unul clasic.

Dac TRA< TV, atunci utilizarea cazanului n condensaie este eficient.


51/146

51


52/146

52

3.2.2. Modernizarea surselor S.A.C.E.T. de capacitate medie

Sursele SACET de capacitate medie sunt centralele termice de zon.

Acestea produc agent termic apa fierbinte 150/70 oC i 16 bar n cazanele de apfierbinte (CAF) care pot fi de mai multe tipuri constructive:

- CAF cu tub de flacr i evi de fum cu puteri termice de pn la 10

Gcal/h (11,6 MWt);

- CAF de radiaie, care sunt cazane cu evi de ap cu circulaie forat

avnd capacitate termic de la 10 Gcal/h pn la 100 Gcal/h (11,6 116

MWt). La aceste cazane principalul schimb de cldur se realizeaz ncele patru ecrane (formate din evi) i care reprezint focarul. Ele pot

funciona n regim de baz (nclzind apa de la 70 oC la 150 oC), sau n

regim de vrf (nclzind apa de la 102 oC la 150 oC). Schimbarea

regimului de funcionare la aceste CAF din regim de baz n regim de

vrf se poate realiza prin modifocarea modului de legtur la cele patru

ecrane ale focarului, CAF putnd funciona dup schema cu dou ci regim de baz (fig. 3.10.a) sau cu patru ci regim de vrf (fig. 3.10.b).


53/146

53

Fig.3.10 a. Regim de baz (cele patru ecrane funcioneaz nseriate)

Fig.3.10 b. Regim de vrf (cele patru ecrane funcioneaz n paralel

dou cte dou)


54/146

54

CAF pot funciona foarte bine la sarcini pariale, fie datorit arztoarelor

modulante, fie datorit faptului c sunt echipate cu un numr mare de arztoare

dispuse pe mai multe rnduri, fiecare avnd ventilatorul su propriu i acionnd

ca nite trepte de modulaie. n aceste condiii, ele pot funciona de la 10 100%din sarcina termic nominal, fr ca randamentul su s se modifice n mod

sensibil. n fig. 3.11 este prezentat alura curbei de randament a CAF.

Fig.3.11. Curba de randament a unui CAF

Este necesar ca aceste CAF s fie protejate mpotriva fenomenului de rou

prin meninerea temperaturii agentului termic primar care intr n cazane peste

valoare de 70 oC. Pentru aceasta este necesar ca o parte din apa de pe tur s fie

recirculat pentru rcirea returului. n fig. 3.12 este prezentat schema termic

de principiu a unei centrale termuice de zon (fr instalaii de cogenerare).


55/146

55

Legend:

1-cazan de ap fierbinte 150/70 C

2-pompe de circulaie

3-pompe recirculare cazan (neutru cazanul in regim tcaz>70C)

4-electrovan reglaj temperatur agent termic5-degazor termic

6-pomp de adaus (completare)

7- pompe de presiune static

Fig.3.12. Schema termic de principiu a unei CTZ echipate cu dou CAF


56/146


57/146

57

Componentele de baz, conductele, se definesc prin urmtoarele mrimi

caracteristice:

- Diametrul nominal (Dn), care este o valoare convenional, menite s

caracterizeze mrimea conductei; valoare cuprinde aproximativdiametrul interior efectiv al conductei n milimetrii.

- Presiunea nominal (pn) care este valoarea maxim a presiunii la care

conducta i celelalte elemente ale reelei pot fi exploatate pe o perioad

lung i la o anumit temperatur prescris.

- Presiunea de ncercare (pin) este presiunea la care se poate face proba de

rezisten i etaneitate la temperatura mediului ambiant.- Presiunea de lucru (pl) este presiunea maxim admisibil la care poate fi

utilizat o conduct i celelalte elemente constitutive ale reelei; valoarea

presiunii de lucru aste inferioar presiunii nominale.

Alte componente de baz ale sistemului de reele termice, armturile,

servesc separrii diferitelor poriuni de reea, modificrii parametrilor agentuluitermic (reglaj), i la evacuarea fluidului din conduct sau a aerului (de golire i

aerisire). n funcie de scopul lor, pot fi armturi de nchidere, de reglaj, de

golire i de aerisire.

n cadrul operaiilor de modernizare a reelelor termice, se utilizeaz n mod

frecvent conductele preizolate. Acestea sunt executate ntr-o structur eav n

eav. eava interioar (util) este aleas n funcie de natura fluidului vehiculat;

ea poate fi din oel, PP-R sau PE-X. eava exterioar (mantaua de protecie) are

rolul de a proteja izolaia termic fa de efectele mecanice din exterior i

mpiedic patrunderea umezelei n izolaie. n volumul dintre cele dou evi se

injecteaz spuma poliuretanic (PUR). Acest sistem lucreaz ca un tot unitar,

spuma PUR asigurnd o bun legtur ntre cele trei componente, acestea

suportnd aceeai dilatare sub aciunea unei sarcini termice; din aceast cauz

mai poart denumirea de conducte legate sau bonded pipes.


58/146

58

n locurile de mbinare ale tronsoanelor de eav preizolat, se execut o

izolare local prin aplicarea unui manon termicontractibil din acelai material

cu cel al manatalei de protecie, n care se injecteaz spuma PUR, realizndu-se

astfel o reea termic perfect etan, de la sursa termic pn la consumator.Conductele preizolate se utilizeaz pentru transportul energiei termice de la

abur, ap fierbinte, ap cald i ap cald menajer.

Conductele preizolate au un sistem compus din doi conductori electrici care

sunt pozai n spuma poliuretanic i care n caz de apariie a umezelei din

diverse cauze (avarie a conductei principale sau deteriorarea conductei de

protecie exterioar), printr-un sistem de detecie electric semnalizeaz apariiai locul de apariie al acestei avarii.

n principal, avantajele folosirii reelelor termice din conducte preizolate

sunt urmtoarele:

- durat de via garantat n condiii de exploatare corect de peste 30 de

ani, la o temperatur de lucru de 140 oC;

- reducerea considrabil a pierderilor de cldur raportat la conducteleclasice (scderea de temperatur se consider de 1 grad pe km la

funcionare n regim nominal);

- sistemul de conducte legat permite reducerea suprafeei de teren ocupat

prin evitarea lirelor de dilatare;

- la reelele subterane nu mai este necesar construirea canalelor termice

din beton, conductele preizolate pozndu-se direct n pmnt pe un pat

de nisip;

- durata de execuie a reelelor din conducte preizolate este mai redus

dect a celor clasice;

- detectarea eventualelor avarii se poate face extrem de precis i ntr-un

timp scurt, prin sistemul de detecie.


59/146

59

Modaliti de utilizare a conductelor preizolate

Analiznd cele trei sisteme de evi preizolate putem spune:

conductele clasice pentru transportul agentului termic primar se pot

nlocui numai cu conducte din oel preizolate;

conductele din reelele de distribuie pentru agent termic secundar pozate

n canale termice sau subsoluri de imobile se pot utiliza astfel:

-pentru conducte de acc i recirculaie acc se pot utiliza conducte

din PP-R fr inserie;

-pentru conductele de agent termic de nclzire (ap cald) se potutiliza conducte cu inserie

conductele din reelele de distribuie pentru agent termic secundar pozate

direct n pmnt pot fi nlocuite cu conducte din PE-X.

Fcnd o comparaie ntre utilizarea conductelor din oel clasice izolate cu

saltele din vat mineral i cele trei tipuri de conducte preizolate (oel, PP-R iPE-X), putem concluziona urmtoarele:

A.Conductele preizolate din oel prezint urmtoarele avantaje:

- rezisten mare la coroziune

- cheltuielile de mentenan se reduc simitor

- timpul efectiv de lucru se reduce cu 70%

Ele prezint li urmtoarele dezavamntaje:- cheltuieli cu investiia mai mari cu 30% comparativ cu sistemul

clasic

- rugozitate superficial mare n interiorul evii n raport cu evile

din PP-R i PE-X

B.Conductele preizolate din PE-X prezint urmtoarele avantaje:

- rezisten mare la coroziune


60/146

60

- rugozitate superficial mic i lipsa depuneri pe interiorul evii

care fac ca pierderile de sarcin s fie minime

- reducerea timpului efectiv de lucru cu 70%

- mbinarea ntre tronsoanele de eav se realizeaz cu ajutorulmufelor de compresiune

Dezavantajele sunt urmtoarele:

- cheltuieli cu investiia de circa 2 ori mai mari comparativ cu

sistemul clasic

- coeficientul de dilatare al materialului este de circa 10 ori mai

mare dect la oel- sunt sensibile la razele ultraviolete; nu pot fi depozitate n spaii

deschise neprotejate la ultraviolete mai mult de 6 luni

- se produc ntr-o gam de diametre mici ntre Dn 15 Dn 100

C.Avantajele conductelor preizolate din PP-R sunt:

- rezisten mare la coroziune- reducerea timpului efectiv de lucru cu 70%

- sistemul de mbinare este prin polifuziune (lipire la o temperatur

de 250 oC, realizndu-se o mbinare n cteva secunde perfect

omogen, eliminnd riscul scurgerilor

- se reduc simitor costurile cu mentenana

Dezavantajele sunt urmtoarele:

- cheltuieli cu investiia mai mari cu 35% dect n varianta clasic

- se pot monta numai n canale termice i subsoluri de imobile, nu

i n pmnt

- se produc ntr-o gam de diametre mici ntre Dn 15 Dn 100


61/146

61

3.4. Modernizarea instalaiilr consumatorilor

Consumatorii sunt cei care dicteaz sarcina termic a SACET, motiv pentru

care operaia de modernizare a SACET trebuie nceput cu acest sector.Operaiile de modernizare ale consumatorilor cuprind:

- reabilitarea termic a cldirii pentru a reduce pierderile de cldur i

implicit costurile de nclzire

- reabilitarea instalaiei de nclzire interioar subsol tehnic, coloane,

corpuri de nclzire

- contorizarea la nivel de scar de bloc att a apei calde de consum ct i anclzirii

- instalarea de echipamente pentru individualizarea consumului de agent

termic att pentru ap cald de consum ct i pentru nclzire prin

montarea de contori de ap cald pe fiecare gur de consum, montarea

de repartitaore de costuri ide robinei cu termostat pe fiecare corp de

nclzire.

Toate aceste operaii vor genera o reducere sensibil a consumului de

energie termic pentru nclzire i a celui de ap cald de consum.

Pentru realizarea unei bune echilibrri hidraulice este necesar s se monteze

la subsolurile blocurilor, pe conductele de nclzire, regulatoare de debit i

presiune.


62/146

62

Capitolul 4

COGENERAREA, O SOLUTIE IMPORTANTA PENTRU CRESTEREA

EFICIENTEI SISTEMELOR DE ALIMENTARE CENTRALIZAT CUENERGIE TERMIC

4.1. Definiia cogenerrii. Avantaje. Scurt istoric i dezvoltare.

Cogenerarea reprezint un ciclu de transformare n care, pornind de la

combustibil (energia primar), se produce n aceeai instalaie i n acelai timpenergie mecanic i energie termic; n marea majoritate a cazurilor, energia

mecanic este transformat prin intermediul unui generator electric, n energie

electric. (Fig. 4.1.)

Fig. 4.1. Ilustrarea principiului cogenerrii

n literatura american sau englez, sursele echipate cu instalaii de

cogenerare poart denumirea prescurtat CHP (Combined Heat and Power

Plant), n Germania HKW (Heizkraftwerk), n Frana CAG (Central a

Cogeneration) i n Romnia CET (Central Electric de Termoficare). Mai

recent n Romnia s-a generalizat i denumirea de Central de Cogenerare.

Cuvntul de cogenerare este sinonim cu termoficare. n lucrare se va folosi

denumirea de cogenerare.

Combustibil

Energie

mecanic

Energie

electricInstalaie decogenerare

Energietermic


63/146

63

Cogenerarea prezint nite avantaje remarcabile, combarativ cu producerea

separat a celor dou forme de energie (electric i termic):

Din punct de vedere termodinamic, randamentul global la producerea

separat este mai mare cu peste 25% raportat la producerea n cogenerare

(Fig. 4.2)


64/146

64

Din punct de vedere economic, cogenerarea reduce valoarea facturii

energetice totale. Amploarea acestei reduceri depinde de mai muli

factori, cum ar fi:

- tipul tehnologiei de cogenerare utilizat

- structura tarifelor energetice adoptate

- tipul de combustibil utilizat

- bonusuri i privilegii acordate pentru cogenerare

n principal se obine o eficien economic mai bun prin reducerea costului

cu combustibilul (se consum mai puin combustiobil pentru producerea

acelorai cantiti de energie) i prin reducerea taxelor ecologice (prin arderaunei cantiti mai reduse de combustibil se polueaz mai puin).

Din punct de vedere al proteciei mediului, din considerentele artate mai

sus, se realizeaz o redeucere considerabil a cantitii de noxe evacuat

n atmosfer.

Scurt istoric i dezvoltare

Prima instalaie de cogenerare din lume a fost realizat n SUA, n New

York n anul 1877. Apoi, n Germania, la Hamburg, a fost construit o central

de cogenerare care alimenta cu energie termic la distan mai muli

consumatori. Argumentul principal al realizrii acesteia a fost, pe lng

economia de combustibil, evitarea pericolului de incendiu n construciile denseale oraului, care se nclzeau cu sobe pe crbune. n acest fel se asociau

avantajele cogenerrii cu cele ale nclzirii la distan.

Ciclul de cogenerare utilizat la aceste centrale era ciclul Rankine (cu abur),

ciclu care a cunoscut o dezvoltare impresionant att n America ct i n Europa

pn la sfritul secolului XX.

Pe acest principiu s-au dezvoltat i n rile din Lagrul Socialist, pornind

din Rusia Sovietic, uniti de cogenerare de mare i foarte mare capacitate, care


65/146

65

aveau drept consumatori de cldur imense sisteme de alimentare la distan cu

energie termic, consumatorii fiind att cei rezideniali (populaia) ct i cei

industriali.

Dup anul 1990 s-au intensificat cercetrile n domeniul energiei decogenerare. Ca urmare, pe lng ciclul cu abur, s-au perfecionat i alte

tehnologii de cogenerare, respectiv cele cu turbine cu gaze i cele cu motoare cu

ardere intern.

n ultima perioad se dezvolt din ce n ce mai mult ciclurile mixte, gaze-

abur, care au avantajul posibilitii realizrii unui randament electric de peste

50%.Paralel cu instalaiile de cogenerare de mare putere cu un grad ridicat de

centralizare, a nceput i dezvoltarea tehnologiilor de cogenerare de medie, mic

i foarte mic capacitate, aplicabiile la centralele distribuite n teritoriu

(Distributed Generation). Acestea utilizeaz n special tehnologiile de

cogenerare bazate pe motoare cu ardere intern, turbine cu gaze i microturbine

cu gaze. De asemenea sunt n curs de derulare cercetri privind dezvoltareatehnologiilor de cogenerare cu motoare Stirling i pile de combustie (Fuel

Cells).

4.2. Indicatori de performan utilizai n studiul instalaiilor de cogenerare.

Din punct de vedere energetic, randamentul global al unei centrale de

cogenerare este ridicat, fiind superior instalaiilor de producere separat a celor

dou forme de energie luate n ansamblu.

Aa cum se tie, n urma procesului de cogenerare rezult cele dou forme

de energie care prezint urmtoarele particulariti:

Energia electric este o energie ordonat cu valoare mare de intrebuinare

(cu coninut de anergie zero). Ea poate fi transportat la distane mari fa


66/146

66

de locul de producere, putndu-se valorifica pe o pia zona sau

naional. n consecin i preurile de vnzare ale acestei energii sunt mai

ridicate.

Energia termic (cldura) este o energie dezordonat cu un coninut mare

de anergie. Randamentul de producere separat a cldurii este mai mare,

dar valoarea de ntrebuinare este mai mic. Cldura nu poate fi

transportat eficient la distane mari (comparativ cu energia electric),

piaa acestui produs fiind una local. Drept urmare, preurile de vnzare

ale acestei forme de enregie sunt mai mici.

Ca urmare a acestor considerente, analiza economic a tehnologiilor de

cogenerare nu se poate face numai pe baza randamentului global.

Indicatorii de baz folosii sunt:

1) Indicele de cogenerare y este definit ca raportul dintre energia

electric i energia termic produs de ciclul (tehnologia) de cogenerare.

Q

E

B

Q

BE

COG

COG

E

EEE

Q

Ey

===

unde: QCOG energia termic produs n cogenerare

ECOG- energia electric produs n cogenerare

EE energia electric produs n ciclul de cogenerare

ET energia termic produs n ciclul de cogenerareEB energia combustibilului introdus n ciclu

EB=B x Pci

B cantitatea de combustibil introdus n ciclu

Pci puterea caloric inferioar a combustibilului


67/146

67

2) Randamentul electric - E se definete ca raportul dintre energia

electric produs de ciclul de cogenerare i energia combustibilului

introdus n ciclu.

B

EE E

E=

n concordan cu datele prezentate anterior, randamentul electric are un

rol foarte important (ca i valoarea indicelui de cogenerare) n eficiena

economic a ciclului.

3) Randamentul termic Q se definete ca raportul dintre energia termicprodus de ciclul de cogenerare i energia combustibilului introdus n

ciclu.

B

QQ E

E=

4) Randamentul global gl este definit ca raportul dintre suma dintre

energia electric i termic util obinut din ciclul de cogenerare i

energia combustibilului introdus n ciclu.

QEB

Q

B

E

B

QEgl E

E

E

E

E

EE+=+=

+= (4)

5) Gradul de recuperare a cldurii xr reprezint raportul dintre energia

termic util (recuperat din ciclu) i cantitatea total de cldur (deeu)

rezultat din procesul termodinamic (energia termic recuperabil).

Xr= cldura efectiv recuperat din ciclu/cldura rezultat din ciclu

La ciclurile cu circuit nchis (cazul ciclurilor cu instalaie cu turbin cu abur

ITA), xr=1.


68/146

68

La ciclurile cu circuit deschis (cazul ciclurilor cu instalaie cu turbin cu gaze

ITG- i instalaiilor cu motoare cu ardere intern - IMAI ), xr


69/146

69

4.3. Asocierea cogenerare-SACET

Cogenerarea are un grad ridicat de utilizare n cadrul sistemelor centralizate

de nclzire. Acest lucru se explic prin urmtoarele considerente:- SACET trebuie s concureze cu soluiile de nclzire individual, n

condiiile n care de la nceput pleac cu un handicap al pierderilor de

cldur realizate n reelele de transport i distribuie. De aici rezult

necesitatea ca tehnologiile de producere a cldurii s fie cu un grad ct

mai ridicat de eficien; cogenerarea este unul din acestea.

- n zonele locuite, n special n aglomerrile urbane, sarcina termic esteasociat cu necesarul de energie electric pentru consumatorii casnici i

industriali, necesar pe care instalaiile de cogenerare l pot acoperi la nivel

local. n acest fel se pot evita pierderile cauzate de transportul energiei

electrice la distane mari, prin reeaua naional electro-energetic, la

locul de consum. Acest concept este utilizat la SACET de mic i medie

capacitate, unde cogenerarea merge alturi de conceptukl de priduceredistribuit a energiei electrice (un concept care devine tot mai utilizat n

Europa i n lume).

Unul din motivele pentru care n perioada 1960 1980 n Romnia,

SACET de mare capacitate a avut o puternic dezvoltare, este faptul c n acea

perioad singura tehnologie de cogenerare viabil era cea bazat pe ciclul cu

abur (Rankine Hirn), n special a turbinelor cu condensaie i priz reglabil,

tehnologie care avea randamente electrice bune numai la puteri mari, de la 50

Mwel pe grup, ajungndu-se i la puteri de 330 Mwel pe grup, avnd i o

producie de energie termic la aceeai scar.

Drept urmare, sarcinile termice mari impuneau consumatori termici pe

msur, adic SACET de capacitate mare i foarte mare cu puteri instalate de

ordinul sutelor de MWt.


70/146

70

Dup anii 1995, ca urmare a activitii de cercetare deosebit de intense n

domeniul tehnologiilor de cogenerare, s-au dezvoltat noi tehnologii, din care n

prezent cele mai utilizate sunt: ciclurile de cogenerare cu motoare cu ardere

intern, turbine cu gaze i microturbine cu gaze. Alte tehnologii, cum ar fimotoarele Stirling i pilele de combustie vor intra pe scar larg n anii urmtori.

Trebuie menionat n mod deosebit dezvoltarea tehnologiilor de cogenerare

bazate pe ciclul mixt gaze-abur, care realizeaz randamente electrice de peste

50%, i chiar 60%, cu puteri instalate n general mari, de ordinul zecilor pna la

sute de MWe. Dar ultimile nouti n domeniu arat c noile cercetri au

dezvoltat i la

Cogenerare- Teza Doctorat Mihai Ionescu

Documents

Transcript of Cogenerare- Teza Doctorat Mihai Ionescu