Centralizirani toplinski sustav

Parno grijanje se uglavnom koristi za daljinsko grijanje.

Otvorena parna turbina tvrtke MAN SE.

TE-TO Zagreb (Termoelektrana-toplana Zagreb).

Sigurnosni ventil kod parnog kotla.

Toplovodni sustav:
1: Vodovodna mreža,
2: Sabirni ili izlazni cjevovod iz dodatnog (pasivnog) izvora topline; na primjer od toplinske pumpe ili toplovodnog Sunčevog kolektora,
3: Ulazni cjevovod iz dodatnog (pasivnog) izvora topline,
4: Crpka (pumpa),
5: Glavni grijač vode (peć ili električni bojler),
6: Spremnik ili rezervoar tople vode,
7: Topla voda za kućanske aparate.

Datoteka:F.Centrifugalna sisaljka 1.png

Dijelovi centrifugalne sisaljke.

Primjer ekspanzijske posude.

Grijala ili radijatori.

Izolirane cijevi za daljinsko grijanje u Tübingenu, Njemačka.

Sunčev toplovodni sustav s prisilnim kruženjem vode se sastoji uglavnom od sunčevih toplovodnih kolektora, sunčevog spremnika topline, pomoćnog grijača, toplovodnih cijevi, te pumpe i regulacijskog sklopa koji njome upravlja.

Daljinsko grijanje ostvaruje se u postrojenju koje se sastoji od: centralne kotlovnice s kotlovima, skladištem goriva, crpkama (sisaljkama ili pumpama), ekspanzijskim posudama pod tlakom, uređajima za mjerenje, pripremu vode i s ostalim uređajima, cjevovodne mreže ili cjevovoda za dovođenje topline (s pomoću tople vode, vrele vode ili vodene pare) do pojedinih objekata, predajnih postaja, u kojima se dovedena toplina iz cjevovodne mreže predaje kućnom uređaju za grijanje.

Vodena para za daljinsko grijanje može se proizvoditi i u toplani. To je postrojenje u kojem se istodobno proizvodi para potrebna za daljinsko grijanje i električna energija. Za grijanje se upotrebljava para koja je djelomice ekspandirala u parnoj turbini, pa se tako postiže znatno povoljniji stupanj iskoristivosti. Mana je toplane što proizvodnja električne energije ovisi o pari potrebnoj za grijanje i tehnološke procese, pa su takva postrojenja to isplatljivija (ekonomičnija) što je potrošnja pare ravnomjernija tijekom dana i godine. Računa se, naime, da svu tako proizvedenu električnu energiju može preuzeti elektroenergetski sustav. Danas se nastoji potrebna para proizvesti u toplanama radi smanjenja potroška goriva, ali to je opravdano kada je potrošnja pare koncentrirana na manjem području (veći gradovi, veće industrije). 

Razlikuju se niskotlačno i visokotlačno daljinsko grijanje. Niskotlačno daljinsko grijanje može opskrbiti toplinom područje do 1 km². Tu se kao prijenosnik topline obično upotrebljava vodena para pod tlakom do 200 kPa (parno grijanje), ili topla voda temperature do 110 °C (toplovodno grijanje). Veličina je područja visokotlačnoga daljinskoga grijanja do 74 km². Kao prijenosnik topline uzima se para pod tlakom do 1 MPa ili tlačna vrela voda temperature od 110 do 180 °C.

Prednosti su daljinskoga grijanja: nema prijevoza (transporta) goriva i pepela u pojedinim zgradama, isplatljivije iskorištavanje goriva u središnjoj kotlovnici, mogućnost uporabe jeftinijih goriva, velika pogonska sigurnost i manje onečišćenje okoliša plinovima izgaranja.

Grijanje na daljinu

Postrojenja za daljinsko grijanje jesu postrojenja koja iz jednog centralnog mjesta opskrbljuju toplinom više zgrada, odnosno pojedine dijelove zgrada. Ispravnije je ovaj sustav označiti kao prijenos topline na daljinu, jer je često grijanje prostorija samo jedan od zadataka takvog postrojenja. Tako je, na primjer, u bolnicama, hotelima, tvornicama i slično, potrebna toplina, osim za grijanje prostorija, za pripremu tople vode i pare različitog tlaka za kuhinje, praonice rublja i različite tehnološke procese u tvornicama. Zato je korisnije da se voda ili para različitih temperatura ne proizvode u zajedničkoj kotlovnici i odvojeno dovode do potrošačkih mjesta, već da se toplina dovodi pomoću jedinstvenog prijenosnika pojedinim objektima, i da se tek tamo proizvodi para potrebnog tlaka i topla voda potrebne temperature pomoću izmjenjivača topline.

Daljinsko grijanje niskog tlaka

Daljinsko grijanje niskog tlaka može opskrbiti toplinom područje do 1 km². Tu se kao prijenosnik topline obično upotrebljava vodena para do 2 bara tlaka, ili topla voda ispod 110 °C.

Daljinsko grijanje visokog tlaka

Veličina je područja visokotlačnog daljinskog grijanja do 74 km². Kao prijenosnik topline uzima se para do 12 bara, odnosno tlačna vrela voda od 110 do 180 °C.

Vođenje topline na daljinu pomoću tople vode

Podrobniji članak o temi: Toplovodno grijanje

Tlak vode za grijanje može biti praktički jednak ili veći od atmosferskog tlaka. O tlaku ovisi maksimalna temperatura vode, pa se obično razlikuje grijanje vodom do temperature od 110 °C i grijanje vodom više temperature.

Uređaji za grijanje toplom vodom do 110 °C

Izvedba takvog uređaja, u načelu, odgovara običnom toplovodnom grijanju s crpkama. Temperatura u dovodnom vodu povisuje se do 110 °C, dok u povratnom vodu iznosi 70 °C. U predajnoj stanici pojedinih objekata snizuje se temperatura na 90 °C miješanjem povratne vode, odnosno na nižu temperaturu ovisno o vanjskoj temperaturi. Zbog povećanja razlike temperature, i do 40 °C, smanjuje se protočna količina vode, a time i dimenzija cjevovoda.

Za optok vode u cjevovodu ugrađuju se centrifugalne crpke, i to dvije crpke: jedna za puni učin, a druga za 50% učina. Crpke se ugrađuju u dovodnom ili u povratnom vodu, odnosno u oba voda. To ovisi o razgranatosti cjevovoda i otporima u cjevovodnoj mreži. Potrebni tlak crpke iznosi prosječno 0,1 bar (0,01 MPa) za svakih 100 m duljine cjevovoda. Taj se sustav upotrebljava u stambenim i uredskim zgradama, bolnicama i slično, ako pojedine zgrade nisu međusobno previše udaljene. Sustav je isplativ kad je toplinski učin od 6 MW do najviše 10 MW.

Akumulacijom topline mogu se svladati kratkotrajna vršna opterećenja. Akumulator topline puni se posebnom crpkom kojoj dotječe vrela voda iz donjeg dijela akumulatora i koja je tlači kroz kotao u gornji dio akumulatora. Kad se akumulator prazni, isključena je crpka za punjenje, a crpka uređaja za grijanje tlači akumuliranu toplu vodu u mrežu. Akumulacijska sposobnost bit će to veća što je veća temperatura razlika (obično od 110 do 80 °C).

Uređaji za grijanje vrelom vodom višom od 110 °C

Uređaj za grijanje tlačnom vodom zatvoreni je sustav pod tlakom koji odgovara temperaturi vode. Takvi uređaji imaju sve prednosti i toplovodnih sustava i razdiobe s parom. Dovodna je temperatura obično između 110 °C i 150 °C, a kad se postavljaju posebni zahtjevi i do 180 °C. Temperatura je vode u povratnom vodu od 70 do 90 °C.

Prednosti su vrelovodnog grijanja prema daljinskom grijanju parom: otpada uređaj za povrat kondenzata sa sabirnicama i crpnim stanicama i s time povezani gubici, jednostavnije je vođenje cjevovoda, povećava se sposobnost prijenosa topline kroz cijevnu mrežu zbog velike temperaturne razlike sustava, može se postići dobra centralna i lokalna regulacija, jednostavno se održavaju uređaji, jednostavna je akumulacija topline, dug je vijek trajanja postrojenja. Nedostaci su povećani troškovi za izmjenjivače topline u postanicama objekata i stalni potrošak struje za pogon crpki.

Taj se sustav primjenjuje za daljinska grijanja na većem području, za grijanje gradskih kvartova, odnosno cijelog gradskog područja. U uređaju treba održavati viši statički tlak kako bi se pogon mogao odvijati pri višim temperaturama vode. U tablici su navedene temperature isparivanja vode za različite tlakove. Dovodne temperature vode treba odabrati za 8 do 10 °C niže od graničnih vrijednosti u tablici.

Tlačna vrela voda može se proizvesti u parnim kotlovima ili u posebnim kotlovima za vrelu vodu. Tablica: temperature isparivanja ili vrelišta pri različitim tlakovima:

Apsolutni tlak (bar)	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Temperatura isparivanja (°C)	99,64	120,2	133,5	143,6	151,8	158,8	164,9	170,4	175,4

Proizvodnja vrele vode u parnim kotlovima

Za proizvodnju vrele vode postoje 3 mogućnosti.

Vrela voda iz običnog parnog kotla može se upotrijebiti za grijanje. Optočna crpka za daljinsko grijanje siše vrelu vodu ispod najnižeg vodostaja kotla te tlači kroz sustav potrošača topline i vraća u vodeni prostor kotla. Ako treba svladati veliki pad tlaka u cjevovodnoj mreži, ugrađuje se crpka u dovodnom i povratnom vodu. Rastezanje vode zbog zagrijavanja kompenzira se u parnom prostoru kotla.

U parnom kotlu proizvedena para ili para koja je djelomično ekspandirala u turbini miješa se u kaskadnom izmjenjivaču topline neposredno s optočnom vodom sustava grijanja. Pri tom para kondenzira, a voda se grije. Općenito, kaskadni su izmjenjivači topline veliki spremnici u obliku valjka, koji su do polovice napunjeni vodom. Para i povratna voda ulaze u gornji dio spremnika. Voda se raspršava i miješa s parom prolazom kroz nekoliko perforiranih pregrada, koje su smještene jedna iznad druge. Tako se postiže dobar prijenos topline s pare na vodu. Iz donjeg dijela crpka siše vrelu vodu i tlači je u mrežu. Konstantni vodostaj u izmjenjivaču topline održava se pomoću posebnog plovka. Višak vode otječe u sabirnu posudu kondenzata, a odatle se pomoću pojne crpke vraća u kotao. Kaskadni izmjenjivač služi ujedno i kao ekspanzijska posuda. Nedostatak je takvog načina grijanja vode gubitak kondenzata i miješanje vode u kotlu s vodom iz mreže.

U kotlu proizvedena para dovodi se u površinski izmjenjivač topline (rekuperator) gdje se predaje toplina optočnoj vodi sustava grijanja. Tu je para potpuno odvojena od vode. U kružnom toku vode potrebno je predvidjeti posebnu zatvorenu ekspanzijsku posudu sa sigurnosnim ventilom. Održavanje tlaka u posudi postizava se pomoću pare iz kotla ili pomoću nekog neutralnog plina. Zbog potrebne razlike temperatura pare i vode u izmjenjivaču topline treba predvidjeti kotao na viši tlak.

Proizvodnja vrele vode u kotlovima za vodu

U posebnim kotlovima neposredno se proizvodi tlačna voda određene temperature i tlaka. Za rastezanje vode treba predvidjeti posebnu ekspanzijsku posudu. Održavanje tlaka postiže se pomoću neutralnog plina. Obično se upotrebljava dušik iz tlačnih boca ili se tlači kompresor. Konstantni tlak održava se automatskom regulacijom. Tlak u sustavu može se održavati i posebnom crpkom. Tu se pomoću crpke stalno tlači u cijevnu mrežu neka manja količina vode, dok se približno ista količina vode preko prestrujnog ventila odvodi iz mreže u ekspanzijsku posudu.

Razdioba vrele vode

Razdioba vrele vode može se provesti dvocijevnim i trocijevnim sustavom. Najviše se primjenjuje dvocijevni sustav sa jednim dovodnim i jednim povratnim vodom.

U trocijevnom sustavu jedan dovodni vod s konstantnom temperaturom služi za dovod topline potrebne za procese u industriji, drugi dovodni vod s promjenjivom temperaturom služi za grijanje, a treći je vod zajednički povratni vod.

Kućne podstanice mogu se priključiti na daljinsku mrežu neposredno ili posredno.

Neposredni je priključak moguć ako grijala u objektima mogu podnijeti prekoračenje tlaka. Tako je pri grijanju tvorničkih hala gdje se upotrebljavaju cijevna grijala, konvektori i slično, koji mogu izdržati visoke tlakove.

Posredni priključak izvodi se pomoću izmjenjivača topline. Oni se mogu upotrijebiti kad se grije toplom vodom ili parom. Prednost je odvajanje kućne od daljinske mreže, ali je nedostatak gubitak prouzrokovan sniženjem temperature u izmjenjivaču topline.

Vođenje topline na daljinu pomoću pare

Vodena para se proizvodi u posebnim kotlovima (svježa para) ili se upotrebljava para koja se oduzima između pojedinih stepena parnih turbina. Tlak pare na ulazu u daljinsku mrežu iznosi u malim uređajima od 2 do 3 bara, dok u velikim najviše 12 bara. Kondenzat koji se sakuplja u podstanicama objekata vraća se pomoću crpki u kotlovnicu. Danas se, zbog prednosti upotrebe tlačne vrele vode, rijetko upotrebljava parno daljinsko grijanje, osim za dovođenje topline u industrijskim pogonima. Prednosti su upotrebe pare prema vrelovodnom grijanju: mogućnost vođenja na velike udaljenosti bez crpki (ali uz pad tlaka pare), manji troškovi za parni cjevovod, jednostavna pretvorba visokotlačne u niskotlačnu paru, odnosno u toplu vodu, jednostavno mjerenje količine topline, jednostavna upotreba pare iz toplana. Nedostaci su: poteškoće i problemi pri povratu kondenzata, korozija u kondenzatnim vodovima, nije moguća centralna regulacija temperature, veliki toplinski gubici. Vođenje topline na daljinu pomoću pare upotrebljava se redovito samo za industrijske pogone kad su potrebne velike količine pare.

Parna cijevna mreža, za razliku od toplovodne mreže, nema sposobnost akumulacije topline, stoga treba za pokriće vršnih opterećenja predvidjeti posebne akumulatore topline. Cjevovodi za paru uvijek se polažu s padom, kako bi se mogao odvesti kondenzat koji se stvara hlađenjem parnog voda. Odvodnjava se na najnižem mjestu voda pomoću posebnih uređaja za odvod kondenzata.

Kondenzat koji nastaje u različitim napravama kod potrošača i u parnim vodovima sakuplja se u posebne spremnike te se pomoću crpki vraća u kotlove u toplani. Ako zbog izvedbenih poteškoća i različitih prepreka nije moguće kondenzat vratiti u toplanu, može se upotrijebiti za predgrijavanje potrošne vode ili zraka u objektima, a zatim odvesti u najbližu kanalizaciju. Minimalni obujam sabirnog spremnika mora biti dovoljan da primi kondenzat koji nastaje u jednom satu. Crpka se uklapa, odnosno isklapa pomoću plovka. Učin crpke obično je dvostruko veći od satne količine kondenzata.

Vođenje i polaganje cjevovoda daljinskog grijanja

Način polaganja cjevovoda ovisi o mnogim okolnostima, a naročito o vrstama objekata i terenu, načinu izvedbe cesta, križanjima, zakonskim propisima, te o drugim instalacijama (vodovi za plin, električnu struju, vodu, kanalizaciju i slično). Uvijek treba posebno odrediti najpovoljniju izvedbu, jer su najvažniji utjecaji, kao što su gubici topline, korozija, propusnost zemljišta, vodostaj podzemne vode i drugo, obično veoma različiti. Najvažniji su zahtjevi: sigurnost pogona, besprijekorni rad i isplativost izvedbe. Stoga u svim izvedbama treba osigurati dobru zaštitu od prodiranja vlage i povoljnu toplinsku izolaciju cijevi.

Slobodno vođenje cjevovoda

Cjevovodi su položeni na stupove ili na posebne cijevne nosače. Upotrebljavaju se uglavnom za vođenje cijevi između tvorničkih zgrada, ili na području gdje estetski izgled nije važan.

Prohodni podzemni kanali

Troškovi izvedbe kanala veoma su visoki. Primjenjuju se samo izuzetno za vođenje cijevnih instalacija koje se moraju stalno nadzirati (na primjer u visokotlačnim parnim sustavima radi nadzora odvodnjavanja i u crpnim stanicama za povrat kondenzata.

Neprohodni podzemni kanali ili profilni kanali

To je uobičajena izvedba podzemnih kanala za vođenje cjevovoda. Tako se obično izvode cjevovodi za toplu i vrelu vodu. Izrađuju se od betonskih profilnih elemenata. Ti se kanali sastoje od podložne betonske ploče s konzolama i pričvrsnicama za cijevi te od pokrova različitih oblika.

Polaganje cijevi u zemlju bez kanala

U novije se vrijeme istražuje mogućnost polaganja cijevi neposredno u zemlju bez zidanih kanala kako bi se smanjili troškovi vođenja cjevovoda. Za takvo polaganje cijevi traži se veoma precizna izvedba, jer se kasnije ne može lako pronaći mjesto greške u ugradnji (montaži). Za različite, do sada predložene izvedbe ne postoji još dovoljno praktičnih iskustava, pa se ne mogu ni točno ocijeniti stvarne prednosti. Moguće je na primjer prethodno izolirane cijevi omotati zaštitnim plaštem od PVC folije i zaliti bitumenskim betonom. Mogu se, osim toga, cijevi u rovu položene na konzole ili ovješene na vješalice, zaliti specijalnom masom koja istodobno služi kao toplinska izolacija i kao zaštita od vlage.

Često se vodovi polažu u zaštitne cijevi od betona, cementa i slično.

Razdjelna mreža

Razdjelna mreža dalekovoda veoma je različitog oblika, već prema vrsti i položaju trošila i mogućnosti polaganja cijevi.

Jednostavna mreža se upotrebljava pri manjim udaljenostima. Stvara poteškoće pri popravcima ili lomu cijevi.

Kružna mreža se obično izvodi kad se traži velika sigurnost pogona.

Razgranjena kružna mreža primjenjuje se za grijanje cijelog gradskog područja, kad se obično grade dvije kotlovnice ili dvije toplane. Tako se postiže veća pogonska sigurnost. Do svakog trošila može se dovesti medij za grijanje najmanje sa dvije strane.

Centralizirani toplinski sustav

Centralizirani toplinski sustav ili CTS je sustav u kojemu se određeni broj zgrada grije iz centralnog izvora. Sastoji od mreže izoliranih cijevi koje se koriste za dobavu topline u zgrade gdje se ta toplina iskorištava za grijanje vode, grijanje prostora ili u nekim slučajevima čak i hlađenje prostora.

Toplina se dovodi od mjesta nastanka do korisnika a centralizirani toplinski sustav služi kao sredstvo za učinkoviti transport topline. Osnovna posebnost ovih sustava je da koriste toplinu koja bi u suprotnom bila izgubljena. Višak topline proizveden u tvornicama, velikim farmama i mrežama javnog prijevoza usmjeren je u centralizirani toplinski sustav pa samim tim se novac štedi, smanjuje se emisija ugljikovog dioksida i potreba za dodatnom potrošnjom goriva se smanjuje. Prema nekim istraživanjima centralizirani toplinski sustav zajedno s toplinom i snagom je najjeftinija metoda smanjenja emisije ugljikovog dioksida.

Centralizirani toplinski sustav se može podijeliti na tri osnovna dijela :

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

Glavne značajke centraliziranih toplinskih sustava su:

• jednostavna upotreba, transport, skladištenje i zaštita od opasnih goriva;
• mogućnost iskorištavanja odbačene topline iz velikog broja različitih izvora;
• visoki stupnjevi djelovanja proizvodnje ogrjevne topline (učinkovitije korištene energije uz manje nepovoljne utjecaje na okoliš) pogotovo uz kogeneracijsku proizvodnju;
• značajno smanjenje prostora za kućanske ogrjevne uređaje;
• visoki komfor stanovanja i opća jednostavnost i ugodnost upotrebe topline.

Izvori topline

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

Kogeneracijska postrojenja i izgaranje

Središnji element puno centraliziranih toplinskih sustava je bojler samo za toplinu. Često dodajemo kogeneracijska postrojenja uz bojlere. Njima je zajedničko to što su tipično utemeljeni na izgaranju primarnih energetskih izvora. Razlika je da kogeneracijsko postrojenje proizvodi istovremeno toplinu i električnu struju a bojleri proizvode samo toplinu.

U slučaju kogeneracijskih postrojenja koja su pogonjena na fosilna goriva, izlazna toplina bi trebala biti iznosa kao pola vršnog opterećenja i tijekom godine pokrivati 90% toplinske potrošnje. Kapacitet bojlera moći će pokriti cijelu potražnju topline bez potpomaganja i može pokriti kvar kogeneracijskog postrojenja. Nije ekonomično napraviti kogeneracijsko postrojenje koje samo može pokriti puno toplinsko opterećenje.
Kombinacija kogeneracije i centraliziranih toplinskih sustava je veoma energetski učinkovito. Jednostavna termoelektrana može biti od 20 do 30% učinkovitija no napredno postrojenje koje može regenerirati toplinu iz otpada može postići potpunu energetsku učinkovitost od 80%.

Sunčeva energija

Podrobniji članak o temi: Sunčev toplovodni sustav

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

Direktno i indirektno povezani izvori topline

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

Distribucijski sustav

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

Toplinske pumpe

Podrobniji članak o temi: Toplinske pumpe

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

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

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

Pohrana topline

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

Mjerenje topline

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

Veličina sustava

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

Prednosti i nedostaci sustava

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

Podjela tehnologije CTSa

Centralizirani toplinski sustavi se dijele na:

1. Termoelektrane
2. Nuklearna elektrana

Termoelektrane

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

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

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

Nuklearne elektrane

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

Zaključak

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

Stanje primjene CTS u Hrvatskoj

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

Termoelektrane u Hrvatskoj

Zagreb

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

TE-TO Zagreb

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

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

EL-TO Zagreb

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

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

Osijek

TE-TO Osijek

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

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

Sisak

TE-TO Sisak

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

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

Vrste proizvoda: električna energija, tehnološka para

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

Rijeka

TE Rijeka

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

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

Izvori

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