Pripojenie nových objektov do účinného systému CZT v Moldave nad Bodvou

Energetický audit zameraný na vyhodnotenie výhodnosti pripojenia nových objektov do existujúceho účinného systému CZT (centralizovaného zásobovania teplom) v Moldave nad Bodvou bol zrealizovaný v roku 2017. Jeho cieľom bolo posúdiť energetické, ekonomické a ekologické výhody navrhovaného riešenia. Výsledky auditu potvrdili opodstatnenosť navrhovanej rekonštrukcie, ktorá bola následne zrealizovaná a úspešne ukončená spoločnosťou Tepelné hospodárstvo Moldava (TEHO Moldava), členom Skupiny ENGIE, v prvej polovici roku 2018.

Cieľom projektu, ktorý bol zrealizovaný v súlade s odporúčaniami z energetického auditu, bolo pripojiť objekty polikliniky (Ulica československej armády 35) a budovu Úradu práce, sociálnych vecí a rodiny SR k účinnému systému CZT v Moldave nad Bodvou. CZT je klasifikovaný ako účinný, pretože sa v rámci neho vyrába viac ako 50 % tepla z obnoviteľných zdrojov, v tomto prípade z biomasy (spaľovaním drevnej štiepky).

Okrem toho TEHO nakupuje plyn z externej bioplynovej stanice a v jednej zo svojich kotolní (K-3) prevádzkuje kogeneračnú jednotku, ktorej teplo sa takisto využíva v rámci CZT. Plynové kotly, ktoré sú umiestnené v kotolniach TEHO Moldava slúžia iba ako doplnkový zdroj.

Vykurovanie a dodávka teplej vody pre objekty polikliniky a úradu práce sa pred rekonštrukciou zabezpečovali zo samostatne stojacej plynovej kotolne, v ktorej sa nachádzali zariadenia za hranicou technickej životnosti. Plynová kotolňa, na ktorú sa oba objekty plánovali pripojiť, nebola v majetku Tepelného hospodárstva Moldava, na rozdiel od systému CZT.

Po pripojení oboch objektov do systému CZT sa plynová kotolňa zrušila. Druhou, menšou časťou projektu, ktorá sa v rámci auditu tiež posudzovala, bola zmena spôsobu pripojenia bytových domov G-12 a H-20. Na existujúci primárny rozvod CZT sa v rámci rekonštrukcie pripojili nové trasy. Pre každý z pripojených objektov sa navrhla samostatná domová odovzdávacia stanica tepla (DOST).

Technológie

Tepelné hospodárstvo v Moldave nad Bodvou prevádzkuje tri kotolne (K-3, K-4 a K-6), ktoré pripravujú teplo na účely ÚK a ohrevu TV spaľovaním biomasy a zemného plynu. Kotolne sú medzi sebou prepojené primárnym rozvodom.

Teplo do systému ÚK a na ohrev TV sa pripravuje v tlakovo nezávislých OST 2, OST 3, OST 4, OST 5, OST 6 a 9 DOST. V tepelnom hospodárstve sa prioritne využíva drevná štiepka zo zdroja K-6, z ktorého sa teplo dodáva do primárneho rozvodu. V prípade výpadku K-6 alebo špičkových odberov v zimných mesiacoch možno do primárneho rozvodu dodávať teplo z K-3 a K-4.

CZT TEHO Moldava – kotolňa K-3

Nízkotlaková teplovodná plynová kotolňa K-3 sa nachádza na Bartalošovej 14 v Moldave nad Bodvou a slúži na prípravu teplej vody a ako zdroj tepla pre objekty v okruhu kotolne K-3 (A, B, C, D), odovzdávacie stanice tepla OST 2 a DOST 10, pre okruh ohrevu TV a samotného objektu kotolne cez okruhy I. až III. Okruh kotolne K-3 je prepojený cez kotolňu K-4 pomocou primárneho rozvodu CZT Moldava až do K-6.

V súčasnosti sa prevádzkuje celé tepelné hospodárstvo s maximálnym možným využitím drevnej štiepky z K-6. V takomto zapojení sú lokálne kotolne ako K-4 a K-3 použité len v prípade potreby krytia špičkových odberov a celé zásobovanie sa zabezpečuje z K-6. Primárny okruh CZT je zaústený do primárneho rozdeľovača v kotolni.

V kotolni sú cirkulačné okruhy delené na primárne a sekundárne.

Primárne okruhy:

• teplotný spád 110/70 °C; 0,4 MPa
• kotlový okruh
• okruh kogeneračnej jednotky
• prípojka z K-6 (reverzibilný rozvod)
• okruh z a do OST 2 (reverzibilný rozvod)
• okruh na ohrev TV a ÚK v OST 3

Sekundárne okruhy:

• teplotný spád 92,5/67,5 °C; 0, 2 MPa
• okruh ÚK pre vetvu A – objekty A20, H20, G12, G12,F1-3, B1-4, MŠ, BP
• okruh ÚK pre vetvu B – objekt ZŠ
• okruh ÚK pre vetvu C – objekt detskej nemocnice
• okruh ÚK pre vetvu D – objekty A, B, C, D, E, F, G24, P24
• okruh ÚK pre vetvu Kotolňa I – ÚK kotolne
• okruh ÚK pre vetvu Kotolňa II – VZT kotolne
• okruh ÚK pre vetvu Kotolňa III – ÚK riadiaca miestnosť
• okruh ÚK pre K-4
• okruh TV pre K-3

Teplovodné kotly sú umiestnené v samostatnej časti objektu kotolne s ľahkým stropom a s ľahko vybúrateľnou stenou, ktorej umiestnenie a vyhotovenie zodpovedá požiadavkám STN 07 0703. Od každého kotla vedie samostatne dymovod, ktorý ústi za obvodovou stenou do murovaného komínového telesa s komínovými vložkami s výškou 14 m od podlahy kotolne.

Na komínových telesách sú kontrolné otvory a namontované odvodnenia kondenzátu. Komínové telesá sú odolné proti pôsobeniu kondenzátu zo spalín. Na meranie ťahu komína a teploty spalín sú na dymovodoch nainštalované otvory a nátrubky na napojenie meracích zariadení.

Potrebu vzduchu na spaľovanie a trojnásobnú výmenu vzduchu v kotolni zabezpečuje prirodzené vetranie, pričom otvory na prívod vzduchu sú umiestnené pri podlahe kotolne a otvory na odvod vzduchu sú pod stropom na protiľahlej strane za kotlami.

V samostatnej miestnosti kotolne je umiestnená plynová kogeneračná jednotka na výrobu tepla a elektriny TEDOM, typ Cento T150 SP. Teplo z KGJ je zaústené do primárneho okruhu. Kogeneračná jednotka je napojená na prívod zemného plynu cez samostatný plynomer.

Hospodárnosť prevádzky zabezpečuje automatické riadenie chodu horákov v závislosti od potreby dodávky tepla pre OST. Riadenie je riešené ako ekvitermické, pomocou regulátorov TAC Xenta 700 a 400 umiestnených v rozvádzači MaR.

Regulačný systém zabezpečuje prenos požiadaviek na množstvo tepla z OST na výkonové prvky riadenia chodu horákov, elektronických uzáverov a trojcestných ventilov Schneider M800 s elektropohonom, čo umožňuje poskytovať iba občasnú obsluhu zabezpečením regulácie výkonu horákov kotlov, regulácie tlaku v systéme, poruchovej signalizácie a regulácie automatického dopĺňania vody.

Ako palivo je použitý zemný plyn. Zmes plynu a vzduchu sa do spaľovacieho priestoru privádza cez automatické plynové horáky APH 25 PZ. Na požadovanú hodnotu prevádzkového tlaku 15 kPa pred vstupom do horákov sa plyn upravuje v regulačnej stanici zemného plynu a v doreguľovacom rade, ktorý je súčasťou každého horáka.

Regulačný rad obsahuje filter, plynomer, združený regulačný ventil a manostat tlaku plynu. Cez automatiku horákov AP 1.1 alebo BASPELIN MA-2P je spolu so signálom z manostatov tlaku vody v kotle a manostatu tlaku vzduchu v spaľovacej komore zapojený na bezpečnostné prvky v kotolni.

Bezpečnosť pri úniku zemného plynu alebo pri vzniku nedokonalého spaľovania zabezpečuje detekčný systém GABA s uzatváraním membránového uzáveru BAP na prívode zemného plynu. Kotolňa je vzhľadom na celkový tepelný výkon kotlov 5,1 MW riešená v zmysle STN 07 0703 ako kotolňa prvej kategórie.

CZT TEHO Moldava – kotolňa K-4

Nízkotlaková teplovodná plynová kotolňa K-4, nachádzajúca sa na Námestí mieru 21 v Moldave nad Bodvou, je napojená na primárny rozvod z K-6 a slúži na prípravu teplej vody a ako zdroj tepla pre objekty v okruhu kotolne K-4, objekt na Námestí mieru a pre odovzdávacie stanice tepla OST 2, OST 5 a OST 6.

Primárny okruh kotolne K-4 možno prepojiť cez klapky DN 125 s elektrickým pohonom Schneider MF 40-230 F s kotolňou K-3, čo zabezpečuje nepretržitú dodávku tepla aj pri výpadku (poruche) jednej z kotolní. Kotolňa zabezpečuje tiež prípravu TV cez kompaktnú odovzdávaciu stanicu tepla DECON DLW 540-Z s doskovými výmenníkmi Alfa Laval a zásobníkom TV.

V kotolni sú dva cirkulačné okruhy:

• primárny: prevádzkový pretlak 300 kPa, teplotný spád 90 °C/70 °C,
• sekundárny: prevádzkový pretlak 370 kPa, teplotný spád 80 °C/60 °C.

Sekundárny okruh zásobuje teplou vodou ÚK objektu na Námestí mieru. Okruhy sú oddelené dvomi doskovými výmenníkmi Alfa Laval M3-FG a hydraulickým vyrovnávačom tlakov. Teplovodné kotly sú umiestnené v samostatnej časti objektu kotolne s ľahkým stropom a s ľahko vybúrateľnou stenou, ktorej umiestnenie a vyhotovenie zodpovedá požiadavkám STN 07 0703.

CZT TEHO Moldava – kotolňa K-6

Nízkotlaková teplovodná kotolňa K-6 sa nachádza na Severnej ulici 26 v Moldave nad Bodvou a slúži ako prioritný zdroj tepla pre ÚK a ohrev TV. V lete a počas prechodného obdobia vyrába teplo pre OST 6, OST 5, OST 4, OST 3 a DOST.

Súčasne dodáva teplo aj pre OST 5 na Námestí Ľ. Štúra 17 a v prechodnom a letnom období nahrádza aj zdroje tepla plynovej kotolne K-4 na Námestí mieru 21 a plynovej kotolne K-3 na Bartalošovej 14 cez primárny okruh – prepoj K-4 – OST 5 – K-6.

Technologickú časť teplovodnej kotolne K-6 s diaľkovým prenosom dát tvorí zostava kotlov 2x R-H-H 3000 s menovitým výkonom 2 × 2 500 kW, systém dopravy paliva a výhrabu popola. Toto technologické zariadenie pracuje ako plnoautomatický systém s občasnou obsluhou. Riadenie technológie je autonómne s vizualizáciou v priestoroch dispečingu objektu a s diaľkovým prenosom na centrálny dispečing.

V kotolni sú tieto cirkulačné okruhy:

• primárny: max. prevádzkový pretlak 0,4 MPa, teplotný spád 90 °C/70 °C,
• sekundárny ÚK: max. prevádzkový pretlak 0,4 MPa, teplotný spád 80 °C/60 °C,
• sekundárny ohrev TV: prevádzkový pretlak 0,6 MPa.

Plynová kotolňa, areál polikliniky

Zdrojom tepla pre areál, v ktorom sa nachádzajú objekty polikliniky a Úradu práce sociálnych vecí a rodiny SR, je centrálna plynová kotolňa, umiestnená v samostatnom objekte. Prevažná časť technologických zariadení kotolne je za hranicou technickej životnosti a vyžadujú komplexnú rekonštrukciu vrátane silnoprúdových rozvodov, merania a regulácie.

Potrubný rozvod z kotolne je štvorrúrkový (2 × vykurovanie, 2 × TV), do objektov vedie podzemným teplovodným kanálom. Z dôvodu viacnásobného vytopenia teplovodného kanála sú rozvodné potrubia a tepelné izolácie značne poškodené a vyžadujú si rekonštrukciu. Celková dĺžka vonkajšieho teplovodného kanála je 77 m.

Energetická bilancia

V rámci auditu sa na základe nameraných reálnych spotrieb paliva na jednotlivých zdrojoch tepla spracovala energetická bilancia. V tab. 1 možno vidieť hodnoty energie v palive rozdelené podľa jednotlivých typov paliva.

V rámci plynu je celková spotreba zložená zo spotreby kogeneračnej jednotky a spotrieb na plynových kotloch, ktoré v prípade potreby dopĺňajú špičkové odbery v sústave. Teplo z bioplynovej stanice sa odoberá na základe zmluvy. V tab. 2 je vyčíslená spotreba tepelnej energie v rámci jednotlivých okruhov OST.

Súčasťou energetického auditu bola aj bilancia účinnosti zdroja a rozvodov tepla pred rekonštrukciou. V tab. 3 je zobrazený normatívny výpočet potreby tepla pre CZT pred rekonštrukciou. Jednotlivé zdroje a rozvody majú priradenú účinnosť a podľa nej je prepočítaná potreba primárneho paliva pre danú časť. Tab. 3 slúži ako podklad na záverečnú bilanciu prínosu opatrení v rámci rekonštrukcie.

Opis riešenia

Pre CZT spoločnosti Tepelné hospodárstvo Moldava boli navrhnuté dve opatrenia, ktoré zabezpečia zefektívnenie výroby a distribúcie tepla a zároveň úsporu spotreby energií a zníženie emisií v rámci celkovej bilancie TH.

Jedným z nich bolo napojenie objektov úradu práce a polikliniky na teplovodný rozvod z kotolne K-6, kde bolo nevyhnutné vybudovať na trase odbočnú šachtu (roh ulíc Bartalošova a Školská) a viesť nový teplovodný rozvod pozdĺž Školskej ulice.

Požadovaná dimenzia prípojky teplovodného rozvodu bola max. DN 125. Tepelný rozvod sa realizoval z izolovaných oceľových potrubí vhodných na uloženie do výkopu. Celková dĺžka prípojky bola 280 m. Na napojenie objektu polikliniky a úradu práce sa DN 100 odsadila na dĺžke 21 m a následne DN 80 na dĺžke 35 m.

Teplovodná prípojka bola navrhnutá bezkanálovým systémom v zemnom vyhotovení s ukončením v daných objektoch s prepojením na DOST, ktorá bude slúžiť na dodávku tepla a prípravu TV. Pre objekt polikliniky bola navrhnutá DOST s modulmi s výkonom 460 kW na ÚK a 260 kW na prípravu TV, pre objekt úradu práce to bolo s výkonom 120 kW na ÚK a 50 kW na prípravu TV.

Druhým riešením bolo pripojenie bytových domov G-12 a H-20 na primárny okruh, čím sa znížia straty, pretože odpadne medzistupeň sekundárneho rozvodu, čo je však z hľadiska rozsahu projektu a odberov v daných DOST minimálna zmena na strane primárnej energie.

Energetické bilancie a dosiahnuté úspory

Z výsledkov zrealizovaného energetického auditu (porovnanie IRR s diskontnou sadzbou vyjadruje, či projekt generuje dostatočné príjmy na to, aby bol ziskový; ak je IRR vyššia ako diskontná sadzba, projekt prináša zisk) je zrejmé, že projekt pripojenia nových objektov do CZT v Moldave nad Bodvou je zistkový (tab. 4).

Vyčíslené energetické vyjadrenie zmeny vynútenej rekonštrukciou a rozšírením existujúceho CZT sa nachádza v tab. 5. Okrem iného zobrazuje vplyv pripojenia dvoch objektov na spotrebu odoberanú z CZT. V rámci OST 3 je viditeľný nárast spotreby, ktorá sa odzrkadlí na rozložení spotrieb v primárnom palive v plyne, štiepke a v nakúpenom teple. Ich podiel bude rásť v prospech štiepky.

Ekologické vyhodnotenie

Navrhovaná rekonštrukcia mala pozitívny vplyv nielen na zefektívnenie výroby tepla a teplej vody, ale aj na životné prostredie. Tab. 6 opisuje ekologické vyhodnotenie stavu pred rekonštrukciou a stavu dosiahnuteľnom po zrealizovaní navrhovaných opatrení.

Záver

Výsledky zrealizovaného energetického auditu jednoznačne potvrdili opodstatnenosť rekonštrukcie a výhodnosť priradenia nových objektov do už existujúceho účinného CZT v Moldave nad Bodvou. Oba objekty boli pred rekonštrukciou zásobované teplom zo samostatnej plynovej kotolne.

Stav rozvodov z danej kotolne bol v nevyhovujúcom stave a účinnosť samotného zdroja bola 80 %. Vzhľadom na výšku odhadovanej investície je jej návratnosť kalkulovaná na viac ako osem rokov, pričom jej environmentálnym prínosom je zníženie CO₂ o 366 t za rok.

Okrem predchádzajúcich spomenutých argumentov, hovoriacich v prospech zrealizovania rekonštrukcie TH v Moldave, je potrebné dodať, že zavádzanie a rozširovanie výroby obnoviteľných zdrojov energie ako alternatívnych palív zvyšuje energetickú bezpečnosť zásobovania teplom.