CONTRIBUŢII PRIVIND MODERNIZAREA SISTEMELOR CENTRALIZATE DE ALIMENTARE CU ENERGIE TERMICĂ (S.A.C.E.T.) DE MICĂ ŞI MEDIE CAPACITATE

Transcript

1 UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCŢII BUCUREŞTI Facultatea de Instalaţii Domeniul: INGINERIE CIVILĂ Specialitatea: Instalaţii pentru Construcţii CONTRIBUŢII PRIVIND MODERNIZAREA SISTEMELOR CENTRALIZATE DE ALIMENTARE CU ENERGIE TERMICĂ (S.A.C.E.T.) DE MICĂ ŞI MEDIE CAPACITATE Teză de Doctorat Doctorand: ing. Mihai Marian Ionescu Conducator de doctorat: prof. dr. ing. Florin Iordache

2 Contribuţii privind modernizarea sistemelor centralizate de alimentare cu energie termică (S.A.C.E.T.) de mică şi medie capacitate Cap. 1. Prezentarea, clasificarea, analiza şi dezvoltarea în timp a sistemelor de alimentare centralizată cu energie termică 1.1. Prezentarea şi avantajele S.A.C.E.T Clasificarea S.A.C.E.T Analiza comparată a tipurilor de S.A.C.E.T Dezvoltarea S.A.C.E.T. în lume Cap. 2. Dezvoltarea şi situaţia S.A.C.E.T. în România Cap. 3. Modernizarea S.A.C.E.T de mică şi medie capacitate în sistem clasic (numai cu producere de energie termică) 3.1. Modernizarea S.A.C.E.T. Combustibili folosiţi 3.2. Modernizarea surselor S.A.C.E.T Modernizarea reţelelor S.A.C.E.T. 3.4 Modernizarea instalaţiilor consumatorilor Cap. 4. Cogenerarea, o soluţie importantă pentru creşterea eficienţei sistemelor de alimentare centralizată cu energie termică 4.1. Definiţia cogenerării. Avantaje. Scurt istoric şi dezvoltare 4.2. Indicatori de performanţă utilizaţi în studiul instalaţiilor de cogenerare 4.3. Asocierea cogenerare-s.a.c.e.t Încadrarea instalaţiei de cogenerare în centrală. Modul de dimensionare al capacităţii de cogenerare 4.5. Definirea noţiunii de cogenerare de înaltă eficienţă în contextul legislaţiei UE 4.6. Prezentarea şi analiza comparativă din punct de vedere termodinamic a tehnologiilor de cogenerare cel mai des utilizate 4.7. Aspecte economice legate de instalaţiile de cogenerare 2

3 Cap. 5. Analiza eficienţei tehnico-economice a modernizării unor S.A.C.E.T. de capacitate mică 5.1 Prezentare generală 5.2 Descrierea operaţiilor de modernizare a SACET cu centrală termică de cvartal. Împărtirea sectorului de CT în grupe caracteristice 5.3 Structura procentuală a preţului energiei termice produse şi distribuite prin SACET cu CT de cvartal (combustibil gaze naturale) 5.4 Indicatori tehnico-economici utilizaţi la analiza performanţelor tehnico-economice a grupelor de CT 5.5 Analiza tehnico-economică a efectului modernizării asupra S.A.C.E.T. 5.6 Concluzii şi recomandări Cap. 6. Analiza funcţionării unui S.A.C.E.T. la sarcini variabile. Modelarea matematică a funcţionării unei reţele termice. 6.1 Sursa de căldură (centrala termică) 6.2 Punctele termice 6.3 Modelarea matematică a unei reţele termice 6.4 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 şi efectele acestei schimbări 7.2 Ordinea modernizării componentelor S.A.C.E.T. 7.3 Condiţiile de succes în implementarea cogenerării 7.4 Menţinerea atractivităţii încălzirii centralizate pentru consumatori 7.5 Concluzii Cap. 8. Concluzii generale, contribuţii originale şi direcţii de cercetare 3

4 Capitolul 1 PREZENTAREA, CLASIFICAREA, ANALIZA ŞI DEZVOLTAREA ÎN TIMP A SISTEMELOR DE ALIMENTARE CENTRALIZATĂ CU ENERGIE TERMICĂ 1.1. Prezentarea şi avantajele S.A.C.E.T. Pe plan mondial, energia reprezintă un produs cu o importantă valoare economică, socială, politică şi strategică. În cadrul sectorului energetic, un rol important îl are alimentarea cu căldură. Încălzirea urbană centralizată, în care sursa de căldură este, de regulă, exterioară clădirilor pe care le alimentează cu energie termică, reprezintă, aşa cum se va demonstra în această lucrare, modalitatea cea mai civilizată, nepoluantă, sigură şi eficientă de alimentare cu căldură a zonelor cu densitate mare de populaţie. Aceste sisteme le vom denumi în continuare Sisteme de alimentare centralizată cu energie termică sau prescurtat S.A.C.E.T. Deci S.A.C.E.T. se defineşte ca ansamblul construcţiilor, instalaţiilor tehnologice şi echipamentelor destinate producerii, transportului, distribuţiei şi utilizării energiei termice, legate printr-un proces tehnologic funcţional şi comun, realizat în scopul alimentării utilizatorilor cu agent termic pentru diverse utilizări, în special pentru încălzire şi apă caldă de consum. În comparaţie cu sistemele locale de încălzire, S.A.C.E.T. prezintă următoarele avantaje majore: Posibilitatea utilizării unor tehnologii a producerii energiei din surse, cu eficienţă energetică şi economică foarte ridicate (de exemplu cogenerarea). 4

5 Evitarea utilizării combustibililor şi a instalaţiilor de ardere de către masele largi, care nu au o pregătire de specialitate. Amplasarea surselor de căldură cu foc deschis (implicit a surselor de incendiu), în afara clădirilor de locuit, evitând în acest fel riscurile de explozii şi incendii şi reducând considerabil poluarea în aglomerările urbane. Se reduce şi se concentrează numărul gurilor de foc care în acest fel sunt mult mai bine exploatate şi supravegheate; în acelaşi timp se reduce poluarea prin posibilitatea instalării echipamentelor de filtrare şi neutralizare a gazelor de ardere. Achiziţionarea combustibililor se face la preţuri mai avantajoase, fiind cumpărate în cantităţi foarte mari. Posibilitatea utilizării unei game largi şi diversificate de combustibili (de exemplu: deşeuri menajere, biomasă etc.). Aşa cum se arată în Strategia naţională privind alimentarea cu energie termică a localităţilor aprobată prin H.G. 882/2004: Pentru zonele urbane aglomerate, cu densitate mare de locuire, toate studiile realizate la nivel naţional şi internaţional au condus la concluzia că din punct de vedere al eficienţei energetice şi al protecţiei mediului, sistemele centralizate de alimentare cu energie termică sunt avantajoase. astfel: 1.2. Clasificarea S.A.C.E.T. Sistemele de alimentare centralizată cu energie termică se pot clasifica A. S.A.C.E.T. de capacitate mare (Fig. 1.1.) Acestea au puteri instalate de peste 100 MWt, şi se compun din: 1 Sursa de căldură, care de regulă este echipată cu instalaţii de cogenerare care funcţionează în regim de bază şi cazane de apă fierbinte (CAF) care sunt 5

6 folosite ca instalaţii de semibază şi de vârf, sursele producând agent termic apă fierbinte şi mai rar abur tehnologic. Instalaţiile de cogenerare sunt cu turbine de abur cu condensaţie şi prize reglabile şi mai rar cu turbine de abur în contrapresiune. 2 Reţele termice de transport, bifilare, pentru transportul apei fierbinţi (150/70 0 C şi 16 bar) la punctele termice. Lungimea acestor reţele bifilare poate fi de ordinul kilometrilor. 3 Punctele termice, sau staţiile de transformare termică, unde prin intermediul schimbătoarelor de căldură, se prepară agenţii termici secundari şi anume: - apa caldă pentru încălzire (95/75 0 C, şi 6 bar) - apa caldă de consum (a.c.c.) (50, 60 0 C) 4 Reţele termice de distribuţie (cu 4 fire: 2 pt. încălzire, 1 alimentare cu a.c.c. şi 1 reciclare a.c.c.) care distribuie agenţii termici secundari la consumatori 5 instalaţiile consumatorilor B. S.A.C.E.T. de capacitate medie Aceste sisteme centralizate au aceeaşi alcătuire ca şi S.A.C.E.T. de capacitate mare, dar au puteri instalate cuprinse între MWt, deci sunt la scară mai redusă, dar cuprind acelaşi număr de componente ale lanţului tehnologic. Sursele de căldură echipate în general cu cazane de apă fierbinte şi mai rar cu instalaţii de cogenerare cu turbine în contrapresiune, care bineînţeles funcţionează în regim de bază. Acestea sunt, în limbaj curent, sistemele centralizate ale centralelor termice de zonă. 6

7 1 Sursa de căldură 5 conducta de alimentare cu 2 Reţeaua de transport apă caldă de consum (circuit primar) (150/70 0 C; 16 bar) 6 conducta de recirculare a apei 3 Staţia de transformare termică sau calde de consum punctul termic (P.T.) 7 consumatorul de căldură 4 Conducte de încălzire apă caldă (95/75 0 C; 6 bar) C. S.A.C.E.T. de capacitate mică (Fig. 1.2.) Acestea au puteri termice instalate de până la 20 MWt, fiind alcătuite din: 1 Sursa de căldură (centrala termică de cvartal), care este echipată cu cazane care produc agent termic apă caldă, cu temperaturi pe tur de până la 95 0 C şi presiune maximă 6 bar, cu ajutorul căruia asigură încălzirea şi cu care se produce apa caldă de consum în schimbătoarele de căldură din centrala termică. 2 Reţelele termice de distribuţie alcătuite din 4 conducte 3 Instalaţiile consumatorilor de căldură şi apă caldă de consum. 7

8 În limbajul curent, aceste S.A.C.E.T. sunt sistemele de încălzire centralizată ale centralelor termice de cvartal. 1 sursa de căldură 2 conducta de încălzire (apă caldă) (95/75 0 C; 6 bar) 3 Conducta de alimentare cu apa caldă de consum 4 Conducta de recirculare a apei calde de consum 5 Consumatorul de căldură După cum se poate observa, S.A.C.E.T. de capacitate mare şi medie, pe lângă faptul că au puterea termică instalată mult mai mare decât a celor de capacitate mică, au 5 componente (verigi) în lanţul tehnologic, şi anume: sursa, reţeaua de transport (circuit primar) punctele termice, reţeaua de distribuţie (circuitele secundare) şi instalaţiile consumatorilor. S.A.C.E.T. de capacitate mică are numai 3 componente tehnologice: sursa, reţeaua de distribuţie şi instalaţiile consumatorilor. 8

9 1.3. Analiza comparată a tipurilor de S.A.C.E.T. Aprecierea performanţelor unui S.A.C.E.T. se poate face în baza unor indicatori care vizează performanţele acestora. Aceşti indicatori sunt: a) Randamentul global de alimentare cu energie termică (sau randamentul global termic). Acest indicator se calculează prin produsul randamentelor corespunzătoare fiecărei verigi tehnologice din lanţul S.A.C.E.T. În cazul S.A.C.E.T. de capacitate mare şi medie, sunt cinci verigi, randamentul global având forma: 5 gl = ηi =ηs ηtr * ηpt * ηd * i= 1 η * η unde: η s - randamentul sursei η tr η PT η d η c c - randamentul de transport al apei fierbinţi - randamentul punctelor termice - randamentul de distribuţie (al reţelei secundare) - randamentul instalaţiilor consumatorilor În cazul S.A.C.E.T. de capacitate mică există numai 3 verigi tehnologice ale sistemului, deci: 3 gl = ηi =ηs ηd * i= 1 η * η c În cazul când consumul de combustibil este exprimat în valori energetice, se defineşte consumul specific de combustibil global (la nivelul întregului S.A.C.E.T) C sp E = E utila int rata 1 = η gl 9

10 Comparând cele 3 tipuri de sisteme centralizate, se observă că η gl este mai mare în cazul S.A.C.E.T. de capacitate mică, acesta scăzând odată cu creşterea dimensiunilor sistemului centralizat. b) Consumul specific de energie electrică reprezintă cantitatea de energie electrică consumată pentru producerea, transportul şi distribuţia unei unităţi de energie termică (Gcal, MWht) până la consumatorul final El W C sp = kwh el kwhel Q sau fact Gcal MWh t unde: W[kWh el ] reprezintă consumul total de energie electrică al S.A.C.E.T. într-un interval de timp Qfact [Gcal sau MWh t ] reprezintă cantitatea de căldură facturată la consumatorul final Analizând acest indicator, se observă că el are valori mai scăzute la S.A.C.E.T. de capacitate mică, acesta crescând odată cu creşterea dimensiunii S.A.C.E.T. Astfel, la S.A.C.E.T. de mare capacitate, se consumă energie electrică în surse (C.E.T.) pentru vehicularea, tratarea şi completarea pierderilor masive ale agentului termic primar, şi în punctele termice pentru agentul termic secundar. c) Lungimea specifică a reţelelor termice Acest indicator este exprimat prin raportul dintre lungimea totală a reţelelor termice L [km], circuit primar (dacă este auzul) şi a reţelelor de circuit secundar, şi puterea termică instalată a sistemului centralizat de alimentare cu căldură [Gcal/h sau MWt]. Inversul acestui indicator reprezintă densitatea specifică de căldură şi se defineşte cu relaţia: Q instalat ρ Q = Gcal L h * km MWh sau t km 10

11 Este evident că, cu cât lungimea specifică a reţelei termice a unui S.A.C.E.T. este mai mică, cu atât se reduc: - costurile de investiţie, pierderile de căldură (prin transfer termic şi prin pierderi de agent termic), consumul electric de pompare, costurile de mentenanţă. În consecinţă un S.A.C.E.T. este cu atât mai performant, cu cât lungimea specifică a reţelelor termice este mai redusă, respectiv densitatea specifică de căldură este mai mare. d) Debitul de apă de adaus, reprezintă debitul de apă, la un sistem hidraulic închis (circuit primar sau secundar pentru încălzire), 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 menţine presiunea nominală în aceste circuite, necesară unei funcţionări normale. În normele de proiectare uzuale, valorile admise pentru debitul de adaus reprezintă 1% din debitul nominal de agent termic vehiculat; în realitate, la S.A.C.E.T. din ţara noastră valorile reale ale acestuia sunt cu mult mai mari. Trebuie remarcat că pierderile de agent termic, pe lângă pierderile masice înregistrează şi pierderi însemnate de căldură, proporţionale cu temperaturile agentului termic utilizat. Pierderile de agent termic, respectiv valoarea debitului de adaus este în relaţie de inversă proporţionalitate cu anvergura sistemului centralizat. e) Calitatea apei din S.A.C.E.T. În principal, agentul termic trebuie să respecte următoarele condiţii: Duritatea totală a apei, respectiv concentraţia de săruri de Calciu şi Magneziu se recomandă să fie sub valoarea de 0,05 mval/l. O duritate mai mare creează în timp depuneri de săruri pe suprafeţele interioare ale instalaţiilor, în 11

12 special pe suprafeţele calde (cazane, schimbătoare de căldură), cu implicaţii negative asupra eficienţei şi a duratei de viaţă a acestor echipamente. Concentraţia de oxigen din agentul termic, care în mod normal nu trebuie să depăşească 0,1 mg O 2 /litru. Valorile mai ridicate duc la amplificarea fenomenului de coroziune deosebit de mare pentru funcţionarea instalaţiilor. Lipsa impurităţilor şi a diverselor corpuri insolubile din agentul termic reprezintă o condiţie importantă de calitate a acestuia. Aceste corpuri solide produc efecte negative pronunţate instalaţiilor: distrug rotorul pompelor, afectează capacitatea de etanşare a armăturilor (în special a vanelor cu obturator sferic), afectează siguranţa în exploatare a cazanelor prin obturarea unor secţiuni pe traseul de apă şi în acest fel reduc posibilitatea de răcire a suprafeţelor fierbinţi ale acestora. Şi la acest indicator de performanţă putem aprecia că în cazul sistemelor centralizate de capacitate mică, menţinerea calităţii apei în limitele prevăzute este mai uşor de realizat. Pe măsură ce creşte anvergura sistemului, datorită creşterii numărului de surse prin care se poate impurifica agentul termic (în special prin neetanşeităţile din schimbătoarele de căldură pentru preparat apă caldă de consum) calitatea este mai greu de menţinut. Din analiza de mai sus se desprind următoarele concluzii: S.A.C.E.T. de capacitate mică şi medie au randamente globale mai bune şi sunt mai uşor de realizat din punct de vedere al volumului de investiţie şi al volumului de lucrări. În acelaşi timp exploatarea lor este mai uşoară, cu posibilitatea de urmărire şi respectare a indicatorilor de performanţă mai facilă. De asemenea, posibilitatea previzionării consumurilor de energie, în vederea dimensionării corecte a tuturor componentelor sistemului este mai mare, cu cât scara S.A.C.E.T. este mai redusă. 12

13 1.4. Dezvoltarea S.A.C.E.T. în lume Se consideră că primul sistem centralizat de alimentare cu energie termică în lume a fost construit în anul 1986 în S.U.A., în localitatea Lockport din statul New York. Acesta funcţiona cu abur şi alimenta atât imobile cât şi consumatori industriali. În Europa, începând cu anul 1878 a început construirea unor S.A.C.E.T. în Germania şi Suedia, sisteme centralizate ale căror surse erau prevăzute cu instalaţii de cogenerare. Expansiunea acestor sisteme a început după anul 1900, tot în Germania, în oraşele Hamburg, Dresda, München, Berlin şi altele, sisteme care funcţionează şi în prezent. În Franţa, începând cu anul 1930, primul sistem centralizat s-a dezvoltat la Paris. În anul 1997 existau în Franţa 375 de sisteme centralizate de încălzire care deserveau 250 de aglomerări urbane. Dezvoltarea S.A.C.E.T. a cunoscut o rată mare în Ţările nordice, Danemarca, Suedia, Finlanda, care erau favorizate de clima rece, precum şi în ţările din aşa-zisul lagăr socialist, unde, după modelul din U.R.S.S., s-au dezvoltat puternice sisteme centralizate de încălzire. Un exemplu de dezvoltare al S.A.C.E.T. îl reprezintă Germania modernă, care după unificare (anul 1991) a investit 3,4 miliarde dolari în acest scop. Rezultatele acestor investiţii: s-a făcut o economie de energie de GWh/an şi o reducere a preţului încălzirii cu cca 25%, coroborat cu o reducere masivă a emisiilor de noxe (cu 33% CO 2, cu 83% SO 2 şi cu 41% NO x ) Un alt exemplu pozitiv îl reprezintă dezvoltarea S.A.C.E.T. din oraşul Viena, capitala Austriei, unde 30% din necesarul de căldură este asigurat de Fernwärme Wien (societatea care exploatează S.A.C.E.T. din Viena). Acest sistem are o reţea de apă fierbinte de 492 km şi 364 puncte termice. Din cele 9 surse ale acestui sistem centralizat, 3 sunt uzine de incinerare a deşeurilor 13

14 produse de oraşul Viena. Aceste centrale de incinerare produc 23% din necesarul de căldură al Vienei. În regim de vară, când sarcina termică scade substanţial, numai aceste surse rămân în funcţiune. Conform revistei franceze Chauffage, ventilation et climatisation dezvoltarea acestor sisteme centralizate în timp în Europa este prezentată în În tabelul 1.1. sunt prezentate cotele de piaţă ale sistemelor centralizate în diverse ţări europene la sfârşitul secolului XX. În prezent există tendinţa de menţinere în funcţiune a S.A.C.E.T., cu implementarea masivă în surse a instalaţiilor de cogenerare de înaltă eficienţă, bazate pe cererea de căldură utilă, datorită avantajelor pe care le conferă această tehnologie. În unele ţări dezvoltate, cu o tradiţie democratică puternică există legi şi hotărâri ale autorităţilor locale, prin care este reglementat sistemul de încălzire care trebuie utilizat în fiecare zonă a oraşului, sistem de încălzire care a fost stabilit în urma unor calcule riguroase tehnico-economice, ca fiind cel mai eficient energetic, cel mai ieftin şi cel mai puţin poluant. 14

15 Întreaga populaţie (fără excepţii) respectă aceste hotărâri, fără a exista prejudecata că sunt încălcate drepturile omului, aşa cum se întâmplă la noi în ţară. În acest sens, trebuie menţionat că este deosebit de important în economia unui S.A.C.E.T. să se cunoască exact sarcina termică a acestuia, precum şi estimarea corectă a evoluţiei acestui consum în timp. Debranşarea aleatorie a consumatorilor de la sistemul centralizat, generează dezechilibrări hidraulice, supradimensionări la nivelul tuturor componentelor S.A.C.E.T., cu efecte negative asupra eficienţei energetice şi perturbări de natură economică, care nu fac decât să destabilizeze din punct de vedere tehnic şi economic aceste sisteme. 15

16 Capitolul 2 DEZVOLTAREA ŞI SITUAŢIA S.A.C.E.T. ÎN ROMÂNIA Având în vedere amplasarea României în zona geografică de climă temperat continentală, cu nuanţe excesive, circa 40% din energia primară (combustibilul) consumată la nivelul ţării este utilizată pentru încălzirea locuinţelor individuale şi a spaţiilor publice şi pentru producerea apei calde de consum. Durata medie a perioadei de încălzire durează în ţara noastră între 160 şi 230 zile/an, cu un număr de grade zile cuprins între 3000 şi Toate acestea conduc la caracterizarea încălzirii ca o necesitate vitală în România, cu un impact extrem de important asupra populaţiei. Modalităţile de încălzire în România sunt: - Sisteme de încălzire urbană centralizată... 29% - Sisteme cu C.T. individuale de bloc... 8% - Încălzirea (individuală) cu sobe cu gaze naturale... 12% - Încălzirea cu sobe cu alţi combustibili... 48% - Încălzirea electrică... 1% Fără sisteme de încălzire... 2% Dezvoltarea sistemelor centralizate de alimentare cu energie termică a început în România după anul 1950, datorită necesităţii alimentării cu energie termică a primelor cartiere de blocuri (în general P+4 etaje). Acestea aveau ca sursă de căldură C.T. de cvartal, care produceau ca agent termic apă caldă, cu 16

17 temperaturi maxime de 95 0 C pe tir şi 75 0 C pe retur şi presiuni de maxim 6 bar. Agentul termic era produs în cazane de tip acvatubular, construite din ţeavă, având denumirea de cazane tip Tubal sau Metalica. Ele utilizau combustibil lichid gazos (cu precădere gazele naturale), utilizând arzătoare atmosferice tip Şeitan-Marsi. Agentul termic produs centralizat era utilizat pentru încălzire şi pentru preparat apa caldă de consum, produsă în sursă cu ajutorul schimbătoarelor de căldură cu acumulare (tip boyler) sau mai rar cu schimbătoare de căldură cu fascicule de ţevi din alamă (tip I.P.B.). Schema de principiu a unei C.T. de cvartal clasice este prezentată în Fig

18 18

19 Agenţii termici produşi în mod centralizat în C.T. de cvartal erau transportaţi (pe distanţe scurte) la blocuri (sau de distribuţie), care conţineau 4 conducte: - 2 conducte pentru vehicularea (în circuit închis) a agentului termic pentru încălzire (apa caldă); - 1 conductă pentru alimentarea (în circuit deschis) cu apă caldă de consum (produsă la 50 0 C sau 60 0 C); - 1 conductă pentru recircularea apei calde de consum. De regulă aceste conducte erau din oţel (sudate pe generatoare), izolate termic cu saltele din vată minerală (pe plasă de rabiţ) şi acoperită cu carton asfaltat (sau cu tablă). Ele erau amplasate în canale (îngropate în pământ) (în general nevizitabile, construite dintr-o placă de bază peste care se puneau bolţari. La exterior se realiza o izolaţie hidrofugă a întregii construcţii, pentru a preveni intrarea apei în aceste canale. Instalaţiile consumatorilor de căldură (conducte armături de închidere şi sisteme de echilibrare (diafragme) erau amplasate în subsolurile tehnice ale blocurilor de locuinţe. Toate acestea alcătuiau S.A.C.E.T. de capacitate mică sau sistemul centralizat de alimentare cu căldură al C.T. de cvartal. Sarcina termică a acestor sisteme o reprezenta căldura pentru încălzirea (cu caracter sezonier) şi cea pentru prepararea apei calde de consum a acestor cartiere rezidenţiale. În Bucureşti, aceste tipuri de S.A.C.E.T. au o cotă de până la 4% din necesarul total de energie termică al oraşului, dar în alte oraşe, cota lor poate ajunge la 30 40% (de exemplu în oraşul Cluj). După anul 1960, odată cu politica de industrializare intensivă a României s- au dezvoltat pe lângă marile oraşe ale ţării numeroase unităţi industriale 19

20 (platforme industriale) care au generat o deplasare masivă a populaţiei din zona rurală spre cea urbană, ca forţă de muncă pentru industrie. Tot la marginea marilor oraşe s-au dezvoltat imense cartiere de blocuri (în general cu nivel de înălţime P+10 etaje), pentru cazarea populaţiei ocupate în sectorul industrial. Necesitatea alimentării cu energie termică şi electrică a acestor platforme industriale, precum şi a blocurilor de locuinţe nou construite, a generat dezvoltarea S.A.C.E.T. de mare capacitate şi mai rar a celor de capacitate medie. În marea majoritate, sursele (denumite C.E.T.-uri, respectiv centrale electrice de termoficare) acestor sisteme centralizate erau echipate cu instalaţii de cogenerare, de regulă instalaţii cu turbine cu abur (ciclul Rankine), cu condensaţie şi prize reglabile, mai rar cu turbine de abur în contrapresiune (capacităţile mai mici). În Figura 2.2. este prezentată schema unei C.E.T. cu condensaţie şi priză reglabilă. 20

21 21

22 Puterile unitare instalate ale acestor turbine erau de 25, 50, 100, 150 MWel. Combustibilii folosiţi la aceste C.E.T.-uri erau gazele naturale, păcura şi cărbunele (lignit şi huilă). În Tabelul 2.1. este prezentată dinamica dezvoltării în timp a sistemelor centralizate şi a puterii instalate a unităţilor de cogenerare din surse. Tabelul 2.1. Dezvoltarea S.A.C.E.T. în România Anul Puterea electrică instalată în cogenerare [MWel] Căldura totală furnizată de S.A.C.E.T. 35,6 182,6 347,8 375,1 [10 15 J] Puterea electrică maximă a grupurilor [MWel] Dezvoltarea reţelei termice de transport (circuit primar) [Km reţea] 12, Trebuie remarcat faptul că cel mai mare sistem centralizat de mare capacitate din România şi unul din cele mai mari în lume, este sistemul de termoficare al municipiului Bucureşti. El asigură alimentarea cu energie termică a cca imobile, cu apartamente, reprezentând 68% din necesarul de căldură al acestui oraş. Acest sistem imens, care dispune de 514 km reţea de transport (circuit primar) şi 850 km reţea circuit secundar (de distribuţie), este alimentat din 5 centrale de cogenerare şi 3 C.T. de zonă. La începutul anului 1990, în România existau 251 de operatori de sisteme centralizate de alimentare cu energie termică din care în prezent mai funcţionează 104 operatori. 22

23 Structura consumului de căldură al acestor S.A.C.E.T. de mare şi medie capacitate era atât consumul rezidenţial (pentru încălzire şi prepararea apei calde pentru populaţie) cât şi consumul industriale tehnologic. Trebuie remarcat faptul că în cadrul consumului de căldură rezidenţial, ponderea cea mai mare (de 75-80% din consumul total) o are consumul de căldură pentru încălzire, care are un caracter sezonier (maxim 6 luni/an), şi numai consumul pentru preparat apă caldă de consum este asigurat tot timpul anului. În antiteză, consumul de căldură industrial, în scop tehnologic, are o valoare aproximativ constantă pe tot parcursul anului. S.A.C.E.T. de mare şi medie capacitate au fost dimensionate să asigure la capacitate nominală aceste consumuri (rezidenţial şi urban), unele dintre ele fiind chiar supradimensionate, în vederea posibilităţii extinderii capacităţilor industriale şi rezidenţiale. După anul 1980, odată cu decizia factorilor politici de a plăti într-un timp scurt datoria externă a României, sectorul energetic a resimţit din plin stoparea progresului tehnic şi lipsa acută de fonduri pentru întreţinerea şi mentenanţa acestor sisteme centralizate. În perioada , deşi aspectul asigurării funcţionării S.A.C.E.T. la sarcina nominală (proiectată) existau premisele realizării unei eficienţe economice a acestora, din cauza motivelor expuse anterior a început procesul de degradare a acestor instalaţii. Odată cu reducerea cotelor de combustibil alocate acestor sisteme, coroborată cu lipsa fondurilor de întreţinere şi mentenanţă, s-a produs o scădere evidentă a calităţii serviciului de alimentare cu energie termică, atât la populaţie cât şi la consumatorii industriali. Acest lucru a generat o ostilitate vădită a populaţiei faţă de S.A.C.E.T., existând percepţia că aceste sisteme sunt generatoare de risipă energetică şi disconfort. 23

24 Totuşi, înainte de anul 1990 plata facturilor la căldură şi debranşările nu reprezentau o problemă, ca în prezent. După anul 1990 s-au acordat acestor S.A.C.E.T. cotele de combustibil necesare, lipsa căldurii şi a apei calde de consum la populaţie fiind asigurate corespunzător. Dar după această dată, a început perioada debranşărilor, prin care se reduceau substanţial consumurile de căldură ale sistemelor centralizate. Prima perioadă a fost cea a debranşărilor industriale, care a început după Astfel, fie o parte din consumatorii industriali şi-au instalat echipamente proprii de producere a energiei, nemulţumiţi de calitatea serviciilor prestate de S.A.C.E.T., fie şi-au întrerupt activitatea. În acest fel, o componentă importantă a consumului S.A.C.E.T. a fost desfiinţată, cu influenţe nefaste asupra eficienţei energetice şi economice ale acestora. Debranşarea consumatorilor industriali a produs o reducere importantă a eficienţei energetice şi economice a S.A.C.E.T. de mare şi medie capacitate (care alimentau şi consumatori industriali), prin reducerea semnificativă a cantităţii de căldură vândute (deci scăderea veniturilor), respectiv prin creşterea pierderilor procentuale de energie, datorită funcţionării sistemelor centralizate la sarcini parţiale. După anul 1994 a început a 2-a etapă a debranşărilor, respectiv debranşarea consumatorilor rezidenţiali (populaţia). În apartamentele debranşate de la sistemul centralizat, locatarii au instalat C.T. murale (de apartament), alimentate de regulă cu gaze naturale. Cauzele care au produs debranşarea masivă a consumatorilor rezidenţiali, în principal, au fost: - Lipsa contorizării agenţilor termici livraţi de S.A.C.E.T. şi lipsa posibilităţii individualizării consumurilor de agenţi termici (apă caldă şi încălzire) pe principiul: consum cât vreau şi plătesc cât consum. 24

25 - Preţul extrem de scăzut al gazelor naturale (de $/1000 m 3 N- gaze), prin subvenţionare de către stat. - Marketingul agresiv al distribuitorilor de echipamente de încălzire individuală. - Interesul financiar al distribuitorilor de gaze naturale de a avea o relaţie nemijlocită cu consumatorii de apă caldă de consum şi căldură. - Lipsa unei legislaţii privind regulile de locuire în clădiri de tip condominial. - Neexplicarea populaţiei prin toate mijloacele a implicaţiilor creşterii exagerate a numărului de surse de poluare locală (C.T. de apartament) asupra sănătăţii locuitorilor din clădirile unde se folosesc sisteme individuale de încălzire. Una din principalele cauze care au generat debranşarea masivă a populaţiei de la sistemul centralizat şi instalarea de centrale termice de apartament (sau, mai rar, de bloc) a fost, pe lângă menţinerea preţului gazelor naturale la un nivel foarte scăzut (prin subvenţionarea masivă de către stat) şi lipsa diferenţierii preţului gazelor naturale între industrie şi populaţie, diferenţiere care în toate ţările dezvoltate este semnificativă. Numai după anul 2005 s-a decis începerea diferenţierii preţului gazelor naturale între industrie (unde se achiziţionează cantităţi foarte mari de gaze naturale) şi populaţie unde cantităţile cumpărate sunt cu mult mai reduse). În Figura 2.3. este prezentat raportul între preţul gazelor naturale furnizate populaţiei şi preţul pentru consumatorii industriali în anul 2007 pentru o serie de ţări din Europa. Analizând această figură, se observă că dacă în România acest raport este 1,07, ân ţări dezvoltate ca Germania este de 2,24 şi în Danemarca, unde S.A.C.E.T. sunt foarte dezvoltate, acest raport este de 5,05. 25

26 5,05 1,07 România 1,65 Republica Cehă 1,97 2,24 Polonia Germania Danemarca Fig Raportul dintre preţul gazelor naturale furnizate populaţiei şi preţul gazelor naturale furnizate consumatorilor industriali (anul 2007) În anul 2003, în România s-a atins apogeul debranşării consumatorilor rezidenţiali, înregistrându-se la nivel de ţară o reducere cu 28% a consumurilor. În Tabelul 2.2. este prezentată situaţia debranşărilor de la S.A.C.E.T. în anul Din analiza datelor din acest tabel, se observă că în unele oraşe ca Baia Mare, Satu-Mare, Slatina, Sf. Gheorghe, debranşarea s-a făcut în proporţie de 100%, fapt care a generat desfiinţarea activităţii S.A.C.E.T. din aceste zone. Trebuie remarcat că în Bucureşti, nivelul debranşărilor s-a limitat la 7%, efectul pentru sistemul centralizat fiind minor. 26

27 Tabelul 2.2. Situaţia debranşărilor de la SACET în România-anul 2003 Localitatea Nr. apartamente Nr. apartamente debranşate Procente Alba-Iulia ,5 Arad ,0 Piteşti ,4 Bacău ,0 Oradea ,2 Bistriţa Năsăud ,4 Botoşani ,0 Brăila ,3 Braşov ,4 Buzău ,4 Călăraşi ,7 Reşiţa ,2 Cluj-Napoca ,0 Constanţa ,5 Sf. Gheorghe ,0 Târgovişte ,9 Craiova ,8 Gala-i ,4 Giurgiu ,0 Tg. Jiu ,3 Miercurea-Ciuc ,7 Deva ,0 Slobozia ,9 Iaşi ,9 Dr. Tr. Severin ,3 Tg. Mureş ,9 Piatra-Neamţ ,8 Slatina ,0 Ploieşti ,1 Zalău ,6 Satu-Mare , 100,0 Sibiu Suceava ,2 Alexandria ,0 27

28 Timişoara ,0 Tulcea ,0 Râmnicu-Vâlcea ,5 Vaslui ,9 Focşani ,5 Bucureşti ,0 Baia Mare , ,8 După acest an, s-a început la multe sisteme centralizate operaţia de contorizare, coroborată cu montarea echipamentelor pentru individualizarea consumurilor de căldură, respectiv a contoarelor de apă caldă la fiecare punct de consum şi a repartitoarelor de costuri împreună cu robineţii termostatanţi la fiecare corp de încălzire. Aceste măsuri, împreună cu adoptarea unui cadru legislativ corect, care legifera ideea: un condominiu un singur sistem de încălzire a stopat fenomenul debranşărilor. Acest lucru a fost favorizat şi de creşterea preţului la gazele naturale descurajând instalarea în blocuri a C.T. individuale. De asemenea, s-a început, destul de tardiv, activitatea de reabilitare termică a blocurilor de locuinţe, cu efect direct în reducerea substanţială a facturii de căldură. În prezent, situaţia S.A.C.E.T. este într-un echilibru relativ, întârzierea activităţilor de modernizare şi eficientizare a acestora putând genera o altă criză asemănătoare celei din anul 2003, dar cu consecinţe mult mai grave pentru viitorul sistemelor centralizate de încălzire în România. În tabelul 2.2. se face o comparaţie între S.A.C.E.T. din România şi cele din Uniunea Europeană. 28

29 Tabelul 2.3. Comparaţie a caracteristicilor tehnice ale SACET din România şi cele din UE Producerea căldurii Caracteristici Probleme principale Reţele de transport şi distribuţie Caracteristici Probleme principale Consumatori Caracteristici Probleme principale ROMANIA Se utilizează cogenerare şi ca instalaţii de vârf CAP. Uneori pondere scăzută a sistemelor de cogenerare (Coeficient de cogenerare scăzut.) Sistem învechit de automatizare. Eficienţa redusă. Poluare mare. Uneori din cauza sarcinilor reduse nu se poate funcţiona în regim de cogenerare vara. Debit constant (Reglaj calitativ) Pondere redusa a conductelor preizolate Pierderi mari de apă şi căldură, izolaţie necorespunzătoare, conducte supradimensionate cu pierderi procentuale de căldură mari. Căldura necontorizată sau în curs de contorizare. Se utilizează de regulă substaţii (PT) de mare capacitate care deservesc un grup mare de blocuri (distribuţie centralizată) Consumuri specifice de căldură mari. Supraîncălziri sau subîncălziri U.E. Se utilizează cogenerarea şi CAP Ponderea cogenerării adecvată la piaţă. Sistem de automatizare şi control permanent. Creste ponderea cogenerării Poluare redusă. Debit variabil (Reglaj mixt preponderant cantitativ) Larga utilizare a conductelor preizolate cu durata lungă de viaţă. Pierderi reduse sub 10%, Conducte dimensionate corespunzător conform consumului de căldură real. Contorizare generalizată cu posibilitatea de individualizare a consumurilor de căldură. Distribuţie descentralizată utilizându-se în mod frecvent modulele termice. Eficienţă energetică şi economică ridicată. 29

30 Capitolul 3 MODERNIZAREA S.A.C.E.T DE MICĂ ŞI MEDIE CAPACITATE ÎN SISTEM CLASIC (NUMAI CU PRODUCERE DE ENERGIE TERMICĂ) 3.1 Modernizarea S.A.C.E.T. Combustibili folosiţi. Modernizarea unui S.A.C.E.T. este operaţia care constă în reconsiderarea sistemelor aplicate prin utilizarea de soluţii, echipamente şi softuri noi, cu performanţe superioare celor existente, care are drept scop final creşterea eficienţei energetice şi economice a S.A.C.E.T., în paralel cu reducerea poluării şi crearea unei dezvoltări durabile. Spre deosebire de reabilitate, care constă în efectuarea lucrărilor de reparaţii, completări sau înlocuiri de echipamente pentru readucerea S.A.C.E.T. la parametrii iniţiali proiectaţi, modernizarea este recomandată, având în vedere explozia tehnologică actuală în domeniul energetic şi ţinând cont de concurenţa acerbă ivită datorită liberalizării pieţelor de energie. Prin modernizarea unui sistem centralizat de încălzire se evită riscul de a obţine (prin reabilitare) un sistem uzat moral, cu o eficienţă energetică şi implicit economică scăzută, care să îl facă nerentabil şi inapt să facă faţă concurenţei de pe piaţa energetică. Modernizarea S.A.C.E.T. se realizează prin modernizarea fiecărei componente a acestuia, începându-se de la consumator spre sursă. În subcapitolele următoare se va analiza detaliat acest proces la nivelul fiecărei componente a sistemului. Având în vedere importanţa deosebită acordată protecţiei mediului, un rol deosebit în cadrul modernizării unor sisteme de încălzire centralizate de capacitate mică şi medie, îl are alegerea combustibilului folosit. Vom analiza în continuare tipurile principale de combustibili. Combustibilii solizi 30

31 Cărbunele, cel mai utilizat combustibil solid, este una dintre cele mai importante surse primare de energie, revenindu-i aproape 70% din energia înglobată în rezervele certe de combustibil fosili. Acesta are avantajul că se găseşte din abundenţă, este răspândit pe o scară geografică mult mai largă decât petrolul sau gazele naturale, are un preţ relativ stabil, puţin influenţat de factorii politici şi nu prezintă probleme majore de transport de la sursă la consumator. De remarcat că necesită gospodărire de combustibil la nivelul fiecărei surse. Limitările cele mai importante privind utilizarea cărbunilor sunt provocate, în special, de impactul puternic pe care îl au asupra mediului înconjurător; în principal se amintesc emisiile de pulberi, oxizi de sulf, oxizi de azot, dioxid de carbon. Pentru reducerea şi neutralizarea acestor emisii există la ora actuală tehnologicii bine puse la punct, dar foarte costisitoare din punct de vedere financiar. Din acest motiv, utilizarea cărbunilor şi recomandă numai la S.A.C.E.T. de foarte mare capacitate. Totuşi, în unele zone dezvoltate ale lumii, sunt folosiţi cărbuni superiori la alimentarea unei surse la S.A.C.E.T. de capacitate medie. Astfel, una din sursele S.A.C.E.T. din oraşul Montpellier, Franţa, modernizat după anul 2000, foloseşte cărbunele drept combustibil pentru cazanele de vârf. Combustibilii lichizi Combustibilii lichizi permit avantajul că au o posibilitate relativ uşoară de stocare, lipsa unor instalaţii speciale de preparare în vederea combustiei, fiind necesară eventual numai preîncălzirea acestora în vederea atingerii fluidităţii de pulverizare. Prezintă dezavantajele costului ridicat şi al poluării, combustibilii lichizi care conţin sulf, produc prin ardere SO 2 şi SO 3, componente puternic poluante. Spre deosebire de combustibilii lichizi mai grei, care conţin un procent ridicat de sulf, combustibilii lichizi uşori au un conţinut mult mai redus, dar prezintă dezavantajul preţului extrem de ridicat. În cazul în care combustibilul lichid 31

32 conţine, clorură de sodiu (NaCl), Plumb (Pb) şi Vanadiu (V), se produce un efect puternic de coroziune în instalaţii termice (cazane, inst. de oxigenare); utilizarea unor materiale rezistente la coroziune îndepărtează acest efect, dar scumpeşte în mod considerabil echipamentele. Necesită gospodărie de combustibil lichid la nivelul sursei. Combustibilii gazoşi Gazele naturale definite ca un amestec de hidrocarburi care sunt exploatate în stare gazoasă, a căror componentă principală este metanul, sunt pe departe cel mai utilizat combustibil în alimentarea S.A.C.E.T. de capacitate mică şi medie. Acest lucru se explică din următoarele motive: Gazele naturale sunt un combustibil relativ curat din punct de vedere ecologic, cu emisii reduse de oxizi de sulf, oxizi de azot şi pulberi. Datorită raportului carbon/hidrogen, mai scăzut decât în cazul cărbunelui şi petrolului, emisiile de CO 2 sunt simţitor mai reduse (vezi Fig. 3.1.) 32

33 ,45 0,4 0,42 0,35 0,33 0,3 0,27 0,25 0,2 0,2 0,15 Cărbune inferior Cărbune superior Păcură Gaze naturale Fig Emisia de CO 2 pentru 1 kw/h z rezultat din arderea combustibililor Nu necesită gospodării separate la nivelul fiecărei surse. Aria geografică de răspândire este mai mare decât în cazul petrolului. În România, cca 1/3 din necesarul de gaze naturale este de producţie indigenă. Transportul acestui combustibil se face prin conducte, putând fi uşor de transportat la nivelul fiecărei surse a S.A.C.E.T. Poate fi uşor de utilizat la tehnologiile de cogenerare moderne, cum ar fi cogenerarea cu turbine cu gaze sau la cea cu motoare cu ardere internă. Dezavantajul gazelor naturale este faptul că preţul lor este mult mai instabil decât în cazul cărbunelui cu tendinţă de creştere spectaculoasă. În tabelul 3.1. este prezentată participarea fiecărei forme de energie primară (combustibil) în scop energetic la nivelul anului 1997 şi prognoza pentru 2020 (la nivel mondial). 33

34 Tabel 3.1. Participarea formelor de energie primară în scop energetic, la nivel mondial Sursa de energie primară Anul 1997 (%) Anul 2020 (%) Cărbune 39,5 37,7 Petrol 9 6 Gaze naturale Combustibil nuclear 17 9 Energie hidraulică Alte surse regenerabile* 1,5 2,3 Total Eg. geotermală, solară, eoliană, a mareelor, biomasă, deşeuri industriale şi menajere În concluzie, pentru sistemele centralizate de încălzire de capacitate mică şi medie, combustibilul cel mai utilizat, ţinând seama de considerentele prezentate este gazul natural. Aşa cum este prezentat în tabelul 3.1. prognoza acestui combustibil este de creştere, ajungând (conform estimărilor) să aibă în anul 2020 o cotă de utilizare la nivel mondial de 30% Modernizarea surselor S.A.C.E.T Modernizarea surselor S.A.C.E.T. de capacitate mică Centralele termice de apă caldă care reprezintă sursele S.A.C.E.T. de capacitate mică, în sistem clasic (nemodernizate) erau utilate cu cazane acvatubulare, echipate cu arzătoare autoaspirante. Pompele erau cu turaţie constantă, sistemele de expansiune erau fie vase deschise, fie vase sub presiune cu pernă de aer, ambele realizând un contact direct între apă şi aer. Schimbătoarele de căldură (pentru preparat apă caldă de consum) erau în mare parte de tip boyler, cu acumulare şi serpentină de încălzire, fie schimbătoare de căldură tip IPB (sistem ţevi în ţeavă). 34

35 Schema de principiu era cu închiderea circuitului hidraulic prin instalaţiile consumatorilor. Automatisarea era practic inexistentă, exploatarea acestor centrale termice făcându-se manual, cu ajutorul fochiştilor. În cadrul operaţiei de modernizare s-au utilizat următoarele echipamente: Cazanele sunt de tip ignitabular, cu trei drumuri distincte ale gazelor de ardere cu spate umed şi răcit. În acest fel toate elementele cazanului care vin în contact cu flacăra şi cu gazele de ardere sunt răcite, mărind durata de viaţă a cazanului. Instalaţiile de ardere sunt în general de tip modulant, cu posibilitatea menţinerii valorii randamentului apropiat de valoarea nominală şi la sarcini parţiale. Ele sunt cu insuflaj de aer, complet automatizate cu sisteme de protecţie a cazanului (la debit scăzut, la stingerea flăcării etc.). Ele sunt concepute cu sisteme de reducere a noxelor. Instalaţiile de pompare sunt de regulă cu turaţie variabilă, realizând o funcţionare economică sub aspectul consumului de energie electrică. Schimbătoarele de căldură, sunt schimbătoare cu plăci, având un coeficient de transfer termic mult mai mare (de 4 ori) faţă de schimbătoarele tip I.P.B. Acestea mai prezintă următoarele avantaje: - întreţinere uşoară: pachetul de plăci se desface uşor, făcând posibilă o curăţire rapidă şi eficientă a suprafeţelor de schimb de căldură; - suprafaţa totală de schimb de căldură pentru acelaşi ecart tehnic este de 3-5 ori mai mică decât la schimbătoarele tubulare; acest lucru face ca şi volumul ocupat şi greutatea să fie mult mai reduse; - rata depunerilor este mai mică decât la schimbătoarele tubulare, din cauza vitezelor mai mari şi a fenomenului de autocurăţire a plăcilor; 35

36 - flexibilitate mare; prin adăugarea sau scoaterea unui număr de plăci se poate mări sau micşora capacitatea schimbătorului. La prepararea apei calde de consum se foloseşte schema cu acumulare, pentru a prelua variaţiile de consum ale apei calde. Metodele de expansiune realizează următoarele funcţii: a) Preluarea volumului de expansiune, realizat din dilatarea agentului termic. Între apă şi aer nu se creează un contact direct, separarea făcându-se prin intermediul unei membrane elastice. b) Completarea pierderilor de agent termic (în limite normale). c) Dejazarea parţială a unei cantităţi de până la 1/3 din debitul de pe returul instalaţiei. + Toate C.T. sunt echipate cu instalaţii de tratarea apei, automatizate. (dedurizare) Schema termomecanică (Fig. 3.2.) este astfel concepută pentru a separa sub aspect hidraulic circuitul intern al C.T. de circuitul extern al consumatorilor de căldură, prin intermediul buteliei de amestec. Acest lucru, împreună cu 36

37 37

38 montarea câte unei pompe de injecţie pe fiecare cazan în parte realizează o bună răcire cu apă a fiecărui cazan, mărind astfel durata de viaţă a acestora. În acelaşi scop s-a realizat schema de montaj cu recircularea unei părţi din apa caldă produsă de cazan, la intrarea în acesta, mărindu-se astfel temperatura returului (dacă este cazul) peste 60 0 C, preîntâmpinând apariţia în cazan pe traseul gazelor de ardere a condensării vaporilor de apă. În acest fel cazanele sunt menţinute în regim cald, respectiv temperatura gazelor de ardere nu scade în niciun punct sub C. Schema analizată mai prezintă avantajul că pe fiecare ramură de alimentare cu agent termic pentru încălzire se poate regla atât debitul (prin montarea pompei de circulaţie cu debit variabil) cât şi temperatura, prin reglarea cu ajutorul vanei cu trei căi a debitului de agent termic recisrculat din returul instalaţiei de încălzire. Sistemul de automatizare globală este de tip piramidal: la nivelul sistemului cazan-instalaţie de ardere, la nivelul întregii centrale termice şi la nivelul dispeceratului central, care trebuie să supervizeze funcţionarea întregului sector de C.T. de cvartal. În condiţiile existenţei unei redundanţe a buclelor de automatizare de protecţie a fiecărui sistem cazan-arzător, al existenţei unor sisteme de detecţie şi evacuare noxe şi al instalării sistemului dispecer, conform prescripţiei tehnice ISCIR PTC 11/2010, se poate obţine autorizarea de funcţionare a unei C.T. fără supraveghere permanente (sau cu supraveghere nepermanentă). Mai nou, este introdusă şi restricţia ca pentru obţinerea acestei autorizări cazanele să nu depăşească puterea instalată de 1000 kw t şi un număr de maxim 6 cazane pe C.T. În acest fel se poate realiza de către firma care exploatează sectorul de C.T. de cvartal, importante economii financiare la costurile cu munca vie (reducerea acestora cu cca 70%). 38

39 Trebuie menţionat că evacuarea condensului rezultat în cazan în urma procesului de condensare, se elimină la canalizare numai după ce acesta a fost neutralizat, având un ph neutru. Cazanele în condensaţie Cazanele în condensaţie constituie o soluţie modernă şi deosebit de eficientă energetic pentru modernizarea centralelor termice de cvartal (sursele SACET de capacitate mică). Aceste cazane pot realiza randamente energetice deosebit de ridicate, atingând în condiţia evacuării gazelor de ardere la temperaturi scăzute (sub 50 o C) valor ale acestor randamente de până la % (raportate la puterea calorică inferioară a combustibilului). Tehnica de condensare utilizată la aceste cazane este valoroasă nu numai sub aspectul economiei de combustibil, dar şi datorită faptului că reduce semnificativ emisiile de poluanţi. Brevetate în anul 1978, cazanele în condensaţie au cunoscut o importantă dezvoltare în special în ţări ca Olanda, Franţa, Germania şi mai ales Anglia. Dezvoltarea acestora reprezintă o ţintă şi pentru modernizarea surselor sistemelor de încălzire centralizată de capacitate mică, din ţările nou intrate în UE, aşa cum este România. Principalul impediment în utilizarea pe scară largă a acestora este preţul lor, cu circa 30-50% mai mare decât al cazanelor clasice. Principiul de funcţionare al cazanelor în condensaţie În urma arderii combustibililor care conţin hidrogen în compoziţie (hidrocarburi) aşa cum este gazul natural, rezultă apă sub formă de vapori. În cazul cazanelor clasice, aceşti vapori se evacuează la coş cu gazele de ardere, căldura latentă de vaporizare conţinută de aceştia fiind pierdută în mediul ambiant. 39

40 În cazul cazanelor în condensaţie, vaporii condensează parţial (în cantitate mai mică sau mai mare în funcţie de temperatura de evacuare a gazelor de ardere la coş), permiţând recuperarea unei importante cantităţi de căldură căldura latentă de vaporizare a apei (circa 2400 kj sau 670 Wh pentru fiecare kg de vapor condensat); cu cât temperatura de evacuare a gazelor de ardere scade, creşte ponderea de recuperare a căldurii de vaporizare în avantajul creşterii randamentului cazanului. În consecinţă, ca urmare a acestei recuperări şi a reducerii temperaturii de evacuare a gazelor de ardere cu mult sub 100 o C, cazanele în condensaşie au performanţe energetice mult superioare cazanelor clasice, puându-se realiza randamente de peste 100% (raportat la puterea calorică inferioară a combustibilului, aşa cum este prezentat în Fig Pentru a face posibilă recuperarea căldurii de vaporizare a apei, este necesară răcirea gazelor de ardere sub temperatura de rouă. Acest lucru este posibil tehnic numai dacă temperatura agentului termic pe retur nu depăşeşte valoarea de o C. Această valoare este şi funcţie de excesul de aer al 40

41 cazanului. În Fig.3.4. este prezentată legătura între temperatura de rouă şi coeficientul de exces de aer al cazanului. La funcţionarea cazanului în condensaţie se remarcă pe măsură ce temperatura returului scade, creşte cantitatea de vapori care condensează şi se eliberează o parte mai mare din căldura latentă de vaporizare, influenţând creşterea randamentului cazanului. Acest lucru este prezentat în Fig