A távhőrendszer változatai

A távhőrendszerek felépítése változatos képet mutat. Egyrészt részhalmazainak és elemeinek több változatát alkalmazhatjuk, másrészt a részhalmazok hierarchikus felépítése az ellátandó hőigény nagyságától, a hőellátási körzet elhelyezkedésétől, a hőszállítást megvalósító hálózat topológiájától függően is igen sokféle lehet.

A távhőtermelés (HT) részhalmaza

A távhőtermelés gyakorlatilag alkalmazható változatait a 2.4.3.1.ábrán tekinthetjük át. Afelosztás lényegét akkor találhatjuk meg, ha a villamosenergia-átalakítás (VE) és a hőellátás (HE) halmazaiból indulunk ki. A VE halmazt – most figyelmen kívül hagyva a villamosenergia-átvitelt – a villamosenergia-termelés (VET) és villamosenergia-felhasználás (VEF) halmazok uniójának tekintjük, azaz

A hőellátás halmaz pedig a távhőellátás (HT) és az egyedi hőtermelés (KH a közvetlen hőtermelés alapján) halmazainak uniója

A villamosenergia- és a hőellátás együttes halmaza pedig

A VE és HE halmazok metszete jeleníti meg a kapcsolt energiatermelést, és annak részhalmazait, azaz

2.4.3.1. ábra

A VE és HE halmazok metszetének részhalmazai közül szűkebb (szigorúbb) értelemben vett kapcsolt hő- és villamosenergia-termelést (kogeneráció, ill, újabban trigeneráció) a fűtőerőművek (FE) valósítják meg, halmazuk a távhőtermelés és a villamosenergia-termelés metszeteként definiálható:

Az egyedi és távhőellátásba egyaránt bevonható hőszivattyúk, ill. hűtőgépek (hűtési célú hőkiadás) (HP) halmaza alapvetően két részhalmaz uniójaként áll elő:

ahol

a távhőellátásba bevont, a központosítottan termelt hőt (távhőt) felhasználó villamos hajtású hőszivattyúk, míg

az egyedi hőigényeket kielégítő, a fogyasztás helyén rendelkezésre álló hulladékhőt használó hőszivattyúk részhalmaza. A primer energiahordozókból közvetlenül villamos energiát termelő kondenzációs erőművek halmaza a

egyenlettel definiálható, továbbá a közvetlenül hőt termelő fűtőművek halmaza a

kifejezéssel adható meg. Mindezek alapján a távhőtermelés alapvető változatainak az uniója (a 2.4.3.1.ábrán vastag vonallal határolt terület)

módon adható meg. A távhőtermelés ezen alapvető változatait még további kategóriákba sorolhatjuk be. A fűtőmű termelhet gőzt (gőzkazán, GK) vagy forró vizet (forróvíz-kazán, FK), tehát

A fűtőműben felhasznált primer energiahordozó lehet

• fosszilis tüzelőanyag (földgáz, tüzelőolaj, szén stb.),

• nukleáris energia (Magyarországon nem),

• megújuló energiahordozó (biomassza, biogáz),

• földhő (geotermális energia).

Kihasználása szempontjából lehet

• alapüzemű (alaphőforrás) vagy

• csúcsüzemű (csúcshőforrás).

A fűtőmű a fűtőerőművel, ill. bármely más hőtermelővel együttműködhet

• annak telephelyén vagy

• kihelyezetten, a távhőrendszer valamely pontján.

A magyarországi távhőrendszerekben mindkét megoldás előfordul, de a telephelyi kooperáció lényegesen gyakoribb.

A fűtőerőműveket (FE) igen sok szempont szerint lehet csoportosítani, így például munkaközeg alapján

• gőzkörfolyamatú,

• gázkörfolyamatú,

• gáz-gőz kombinált körfolyamatú típusokba sorolva.

Ugyanakkor az energetikai és gazdasági megítélés szempontjából sokkal kedvezőbb az elsődleges energiatermelési (létesítési) cél alapján csoportokba sorolni ezeket a létesítményeket. Ennek megfelelően megkülönböztetünk olyan kapcsolt energiatermelő erőműveket, amik

• elsősorban hőellátásra létesítünk vagy üzemeltetünk, s amik a hőkiadás mellett villamos energiát is termelnek,

• elsődlegesen villamosenergia-ellátásra létesítünk vagy üzemeltetünk, s amik emellett még hőszolgáltatási feladatokat is ellátnak.

A távhőtermelésben hősszivattyúk, ill. a távhűtésben hűtőgépek többféle típusát is alkalmazhatjuk. A hőszivattyúk és hűtőgépek elsődleges csoportosítási szempontja a működési mód, ami alapján

• kompresszoros és

• abszorpciós hűtőgépről, ill. hőszivattyúról beszélhetünk.

Ezeken a csoportokon belül a hajtás módja alapján megkülönböztethető

• villamos hajtású berendezés (HP1-V), aminek az egyedi hőellátásban van nagyobb jelentősége,

• gázmotorhajtású berendezés (HP1-C), amiknek esetében lehetőség nyílik a hulladékhő hasznosítására, valamint

• gőzturbinahajtású berendezés (HP1-T), amikor a gőzturbina és a hűtő-, hőszivattyú együttesen termeli az igényelt hőt.

A távhőtermelésben alkalmazható hőszivattyúk halmaza a

kifejezéssel adható meg. Bizonyos esetekben szükséges lehet annak ismerete, hogy a hőszivattyú, ill.

abszorpciós hűtőgép milyen környezeti vagy egyéb forrásból származó hőt hasznosít.

A távhőszállítás (HSZ) részhalmaza

A távhőszálítás (HSZ) változatait elsősorban a hőszállítás hierarchikus szintjei alapján adhatjuk meg, amiket a 2.4.3.2.ábra szemléltet. A legegyszerűbb hierarchiaszintet az a) változat képviseli, amelyben a hőtermelő és hőfogyasztó között csak az elosztóhálózat jelenik meg. Igen sok magyarországi „kis” távhőrendszerre ez a felépítés a jellemző. Ebben az esetben

Ennél magasabb szintet szemléltet a 2.4.3.2./b.ábra, amiben az elosztóhálózaton kívül több termelőt, vagy termelőt és fogyasztói csoportot összekötő gerincvezeték (GH) is megjelenik:

A legmagasabb szintet, a leginkább összetett távhőrendszert a c) változat reprezentálja. Ebben az esetben, amely a távolsági (territoriális) hőszállítást képezi le, az előbb említett hálózati szakaszokon kívül megjelenik a tranzitvezeték (TRV) is, azaz ebben az esetben a hőszállítás halmaza a

kifejezéssel válik leírhatóvá.

A távhőszállítás halmaz többféle elemet foglal magába, úgymint vezetékek, szivattyúk, nyomástartó berendezések, hőcserélők, hőtárolók stb. A felhasznált elemek felépítése és jellemzői igen változatos képet mutatnak, ezért a további csoportosítás lényegi többletinformációt, ill. segítséget már nem ad, ezért ettől eltekintünk.

2.4.3.2. ábra

A hőfogyasztás (HF) részhalmaza

A távhőfelhasználás (hőfogyasztás) részhalmazának felépítését elsősorban az ellátandó hőigény nagysága és jellege határozza meg, ezen részhalmaz jelentős mértékben befolyásolja a távhőrendszer egészének felépítését és üzemét. A távhőfelhasználás részhalmazai az ellátandó hőigények jellege szerint építhetők fel. Ennek megfelelően beszélhetünk

• a helységfűtés és -hűtés halmazáról (HFH-F), ami azokat a berendezéseket foglalja magába, amik a lakossági, kommunális és ipari felhasználóknál ellátják a külső levegő hőmérsékletétől és az egyedi fogyasztói igényektől (ha ezt a szabályozás lehetővé teszi) függően a fűtési és hűtési hőigényeket, rendszerint változó hőmérsékletű rendszerekben;

• a használatimelegvíz-termelés halmazáról (HMV-F), amibe a fogyasztók közel állandó és alacsony hőmérsékletű melegvíz-igényeit kielégítő berendezések tartoznak;

• az ipari folyamatok hőellátásának halmazáról (G-F), amibe a rendszerint fogyasztói gőzigényeket (esetenként forróvíz-igényeket) kiszolgáló berendezések együttese tartozik.

Vizsgáljuk meg a leírtak bemutatása céljából a leggyakrabban alkalmazott helységfűtési és használatimelegvíz-termelési célokat együttesen ellátó hőfogyasztás részhalmazát! Ez a részhalmaz a 2.4.3.3.ábrának megfelelően további részekre bontható.

2.4.3.3. ábra

A 2.4.3.3. ábra jelöléseivel a hőfogyasztási alrendszer a fűtési és a melegvíz-termelési célú részrendszerek uniója, azaz

A fogyasztói hőközpont

módon adható meg. Az ábrán feltüntetett további részrendszereknek a vizsgálat célkitűzései szempontjából már nincs jelentőségük. A hőfogyasztás részhalmaza a következő elemekből (berendezésekből) épülhet fel:

hőcserélők, szivattyúk, hőtárolók, mérőberendezések stb.