i
i
“10-2-Strnad-naslov” — 2009/6/10 — 8:40 — page 1 — #1 i
i
i
i
i
i
List za mlade matematike, fizike, astronome in računalnikarje
ISSN 0351-6652
Letnik 10 (1982/1983)
Številka 2
Strani 75–79, 82–83
Janez Strnad:
OBISK V LJUBLJANSKI TOPLARNI
Ključne besede: fizika.
Elektronska verzija: http://www.presek.si/10/10-2-Strnad.pdf
c© 1982 Društvo matematikov, fizikov in astronomov Slovenije
c© 2009 DMFA – založništvo
Vse pravice pridržane. Razmnoževanje ali reproduciranje celote ali
posameznih delov brez poprejšnjega dovoljenja založnika ni dovo-
ljeno.
FIZIKA
OBI~K VLJUBLJANSKI TOPLARNI
Nekateri Ljubljančani so lahko vesel i , da imajo pozimi tople
domove, ne da bi j ih vse leto skrbelo, kako bodo dobili premog
ali olje za kurjavo. To je zas l uga Toplarne v Mostah. Obiščimo
jo in poskušajmo zvedeti kaj o prednostih toplarn.
Ob obisku v Termoelektrarni šoštanj (Presek X/1) smo ugotovili,
da mora toplotna elektrarna oddajati v okolico veliko toplote.
Ta davek drugemu zakonu termodinamike moramo plačati, če hočemo
s toplotnim strojem iz toplote, ki se sprosti pri sežigu goriv,
dobiti nekaj dela . Ali ne bi mogli te toplote izkoristiti? Tako
bi nekoliko omilili neprijetno potezo v karakteristiki toplotne-
ga stroja.
Iz želje, da bi izkoristili toploto, ki jo toplotni stroj mora
oddajati, so nastale top~arne . Toplarna odd'a j a poleg ele ktrič­
nega dela še toploto za ogrevanje. V tej zvezi govorimo o komb i -
nira n i top~oti in de ~ u ali o komb i n i rani proi zvodnji (" t o p ~ o t n e
i n e~ektri čne energije " ) ali tudi o da~jinskem ogrevanju .
Toplarna je torej nekakšen križanec med ogromnim kotlom za cen-
tralno kurjavo, ki oddaja samo toploto, in toplotno elektrarno,
pri kateri izkoriščamo samo električno delo.
Zamisel je posrečena, a ni izvedljiva brez žrtev. V običajni
toplotni elektrarni si prizadevajo, da bi z dano maso porablje-
nega goriva dobili čim več dela. Zato izberejo čim Višjo tempe-
raturo in člm visji tlak pare ob vstopu v turbino in čim nižjo
temperaturo in čim nižji tlak pare ob izhodu iz turbine. Tako
75
odda para, Ko se v turbini razs l r l, največ del a. V Konde nza tor -
j u , Kamor odt e če para i z tu rbine, je temperatu ra doka j nizka ,
denimo oKol i 300 e. S t oplot o , ki jo odd a pa ra , Ko se uteko čini
pri t olik sni tem pe r atur i, si ne moremo ni č poma ga ti . Ke r pr eh a -
ja t opl ot a s ama od se be l e s t e l e s a z viš jo tem pe ratu r o na tel o
z ni ž jo tem per at ur o, mora i me t i hla dilna voda , ki teče s kozi kon-
denz a tor , š e niž jo tem pe r at ur o , den imo ne koli ko nad 200 e. TU ka j
s mo pr i jedru pr obl ema . če že lim o t opl oto, ki j o odd aj a to plo tn i
s t ro j, upor a bi t i za og r eva nje in voditi na ve čje ra zdal je, j o
mora s troj odda t i pr i vi š ji t empera t ur i kot ob i č ajn o . Viš j a tem-
pe ra t ur a ln s tem vi šji tla k pare ob izh odu i z turbine pomeni t a
s e veda manj dela. Odločlti s e moram o gl ede na to, a li pot r e buj e -
mo več dela a l i ve č to pl ot e za ogrevanje.
Ko t za ht e va r r enos električnega dela na velike r a zda l j e vi s oko
napetost, zahteva izkori ščanje toplote in pr en os na velike raz-
dalje veliko temperaturno ra zliko. Višjo temperaturo in s tem
vi šji tl ak pare ob i zhodu i z turbine lahko dosežem o v top1arni
na dva načina . Pri p rotitZačni tu rb in i ima vsa pa ra ob i zhodu iz
turbi ne višj o tem per aturo in vi šji tlak kot pri o b ičaj n i turbini .
Ta ko lahko toplot o, ki jo odd a pa ra v kondenzacijskem greZnik u pri
viš j i tem pera tu ri kot obi č a jno , iz koristimo za og re vanj e . Pri od-
j emni turbini pa odvede mo i z s re d nj e t lač nega del a tu rb i ne ne ka j pa -
re pr i sre dnj i t empe r a t ur i .
Ta de l par e odda top lo to v konden zac i jskem gre l ni ku pri vi š ji
temperaturi kot o b ičaj no in to t oploto i z kor ist i mo za ogr eva nj e .
Pr eost a ne k pa r e se v tu r bi ni do kraja r a zš ir i i n odda v kon de n-
za to rj u pr i niz ki tem pe r at uri top loto , ki gr e v iz gub o kot v o-
b i č a j ni toplotn i el e ktr a rni ( sl .1) .
Pr ednos t t opl a rne spr o t i t lačno t ur bi no je ni žj a ce na ob grad-
nji . Njena s la bos t pa je v t em, da mora odda j at i vso pr edvi de no
t opl ot o za ogr eva nj e, č e naj oddaja električno delo . Topl a rn a z
odjem no turbino j e ob gr adnj i s ic e r dražj a zar adi dodatnih na-
prav , ve nda r lahk o oddaja ve č a l i manj to plote za ogre va nj e ,
p ač gle de na potrebe . Topl a rn a odd a sev ed a manj elektri čn e ga
del a, č e odda več t oplot e za ogrevanje, ker mora tedaj odteči
l Z s r e d n j e t l ač ne g a d ~l a turbin e v eč pare s s re dnjo temperaturo.
76
(b)
S l.1 Močno po e no s t a v l j e ne risbe običajne e l e k t r a r ne s parno
turb ino (a ) ter toplarne s protit l ač no ( b I in z o djem no tu r b i no
(c). K kot el, T tu r bin a , G di namost roj , Č č rpa lka, Ko konde nza -
tor, v kat e rem odda p a r a pri n i zki temperatur i in t laku , ko se
utekočin i , toploto h l adilni vodi z n l z k o temperatu ro, KG konden-
zatorski gre l nik za vo do v toplovodnem o mre ž j u TO.
Ljubljanska toplarna uporablja drug i način . V njej s ta dve od-
jemni turbini, ki poganjata vsa ka svoj dinamos troj . Na vhodu v
tur bino ima para pri t laku 90 barov temperaturo 5200 e. Vsak od
obeh dinamostrojev je grajen za moč 32 MW ( 1 MW, megawat t, je
milijon wattov), tako da dasta oba skupaj največ 64 MW. Iz sred -
njet lačnega dela vsake od obeh t ur bi n od ved ejo nekaj pare in s
to ind ust r ijsko pa r o oskrbujejo porabnike. Ti upora bljajo paro
pri svojih tehničnih postopkih al i za gretje (na pri mer Ve l a na ,
Julon, Klini čni center) . Obema turbinama skupa j lahko odvzamejo
na sekundo deset ki l ogr amov pare pri tempe raturi 285 0 e in t lak u
8 , 5 bara. Pri nižji temperaturi 1600 e in niž jem t laku 2,5 bara
odvedejo iz srednjet lačnega dela vsake od obeh turb in paro v
kondenzacijska gre lnika , v ka t e r i h pre vzame toplot o voda iz top -
l ovodne ga omrežja . Vod a iz toplovodnega omrežj a vsto pa vanju s
temperatur o lOoe in se segreje za 60 stopinj. Vsi štirje grel-
niki skupaj l ahko oddajo vodi za ogre vanje največ 116 MW top -
lot nega toka . Preostanek pare opravi delo še v nizkotlačnem de -
lu turbine i n se utekočini v kondenzatorju . Kondenzatorja hlad i-
j o z vodo iz Lju bljanice ( 51 . 2).
77
v, ČI------{.""""I---+--.,
S I .2 M o čn o poen os t a v l j ena r isba lj ub l jan s ke to p la r ne . K1 i n
K
2
kotla, T , i n T
2
tur bin i z vi s ok o tl a č ni m (V) , sredn jet lačni m
(S) in n i z k o t l a č ni m ( N) del om , G, i n G2 dina mostroj a, KOl i n
K0 2 ko nden zat o rj a, v ka terih odda pa ra p ri n i zk i t e mpe ratu ri in
n i zkem t la ku, ko se u t e k o č i n i , t op l o t o h l ad i l ni vo d i iz Lj ub -
l j a n i ce , KG " KG" KG 2 , KG Z kon den zat o r sk i g r e lnik i za vodo v
t o p l ovodne m omrežj u TO, I P i ndust r ijs ka pa r a , Č ~ r pa l ka , V, in
V
2
do voda sveže, p reč išče ne vo de .
Opisani del toplarne so zgradili leta 1967, načrtujejo pa podvo-
jitev zmogljivosti, tako da bodo dodali še tretj o odjemno turbi- '
no z generatorjem za 50 MW. Kot del tega nač rta so že dogradili
vršno ( k oni čn o) kotlarna , ki priskoči na pomoč v koni cah pozimi ,
ko j e potreba po toploti največja, al i ob okvarah . V njej v po-
sebnem vrelovodnem kotlu segrevajo vodo, s kate ~o napajajo top-
lovodno omrežje, in iz dveh kotlov dobivajo indu strijsko par o.
Topla rn a upo rablja premog iz ra znih sl ovenskih in jugoslovanskih
rudnikov . Vršna kotlarna pa deluj e na težk o ku rilno olje (mazut~
Delo vanja tOPlarne ne kaže opisovati podrobneje, s a j je, kar za -
deva kotel, turbino, kondenzator in dinamostroj, podobno delova-
78
nju običajne toplotne elektrarne. Najbolje pokaže posebnosti de-
lovanja ljubljanske toplarne preglednica za zimski, prehodni in
poletni mesec. Prvi stolpec navaja toploto, ki so jo mesečno do-
bili s sežigom premoga, drugi-delež te toplote, ki sta jo dina-
mostroja oddala kot ele ktrično delo, in tretji-delež te toplote,
ki jo je toplarna oddala za ogrevanje. Podatek je še razčlenjen
na to ploto vode toplovodnega omrež ja (zgoraj) in toploto indu-
strijske pare (spodaj). ~etrti stolpec kaže razmerje med oddano
toploto za ogrevanje in oddanim delom. Peti stolpec vsebuje iz-
koristek toplarne, ki ga vpeljemo kot kvocient: v števcu je vso-
ta električnega dela in izkoriščene toplote, v imenovalcu pa do-
vedena toplota. Izkoristek toplarne je kar vsota postav k. iz dru-
gega in tretjega stolpca.
razmerje I zkp- .
izkorišč. t o p l o t a : ristek
top lota delo top lar.
51 % 42 % 2,8 69 %
9
39 31 1 ,9 60
8
20 14 0,8 45
6
j an ua r 197 · t i s o č MWh 1Il %1982
apr Il 159 211982
jul ij 119 251.981
Ljubljanska toplarna v treh zn2čilnih mesecih
dovedena od teqa:
!iBt o p l o t a e l e k t'rl č no
delo
(1 MWh - megawattura- je 3,6 milijarde joulov all 3, '6'glgajoulov .)
V janua rju so pokuril i 77 500 to n premoga s povprečno sežlgno
toploto 9,15 MJ/kg, v drugih mes~clh pa ustrezno man j: aprila
63 500 ton, lanskega julija 47 200 ton.
Resnici na ljubo povejmo, da se tudi šoštanjska elektrarna neko-
liko zgleduje po toplarni . Majhen delež pare odvajajo iz sred-
njetlačnega dela njene najzmogljivejše turbine in z njo segreva-
jo vodo, ki jo uporabljajo za ogrevanje Titovega Velenja. Vendar
je v tem primeru razmerje med toploto za ogrevanje in oddanim e-
lektričnim delom tako majhno, da se zadnjič te zanimivost i ni
zdelo vredno ome n I t t v A' letu 1981 je elektarna oddala desetkrat
več dela kot toplote za ogrevanje in še celo v januarju 1981 je
bilo to razmerje 7,8: 1.
Na da ljevanje na 82 . strani 79
~im ve čji je delež t oplote, tem bol j se iz koriste k toplarn e pr i-
bl iž uje iz koris t ku kot la , deni mo 80 %. ~ i m več ji j e de le ž e l ek -
t r i čne ga dela . te m bolj s e izko r i stek top larne pr ibli ž uje i z ko-
rist ku toplotnega s t r oj a , deni mo 30 %. V prvi s krajno sti gre v
izgub o ' okoli 20 % to pl ote, v gla vnem s kozi dimni k , v drugi pa
se tem u pr idru ži š e t opl ot a, ki jo mor a top l otn i s t roj oddati .
okoli c i pr i niz ki temperaturi, se pr avi hl adiln i vodi i z Ljub-
ljanic e. Navedli smo delo , ki ga odda dinamostroj , ne da bi od-
š t e l i del o, ki ga v topl arn i s ami por abi j o črp a lk e za vodo in
pa ro i n drugo . Prav ta ko smo naved li t opl ot o , ki jo odda t oplar-
na t opl ovodnemu omrež ju in j o odnese indust rijs ka par a , ne da bi
odšteli izgube pri prenosu toplote do porabnika.
Predno st topl arne je na dl an i, če se malo poi gramo z zao kro ženi -
mi podat ki za j anua r . Topl arna j e pr e j ela 200 ti so č MWh to pl ote
ter j e oddala 36 t isoč MWh ele ktričnega dela in 102 tisoč MWh
toplote za ogrevanje in za industrijsko paro. Da bi dobili 36
t i s o č MWh ele ktričnega dela od ob i č ajne toplotne elektrarne, ki
i ma iz kor i s t ek 30 %, bi ji morali doves ti 120 t i s o č MWh t oplo te.
Da bi dobili 102 tisoč MWh toplote za ogrevanje od kot l a za cen-
tralno kurjavo , ki ima izkoristek 80 %, bi morali dovesti 128
t iso č MWh toplot e. V ce l oti bi tedaj por abi l i s kora j 250 tisoč MWh
topl ote, to rej skoraj 50 t is oč MWh več kot pr i to plarni .
Toda celo, če bi toplarna delala le kot orjaški kotel za cen-
tralno ogrevanje in ne bi oddajala nič dela, bi imela prednost.
V e č j a na prava ima bolj ši i zkoriste k kot množica majhnih peči v
s t anova nj i h; nji hov izko riste k pogo sto ne presega 75 % in pade
lahko ce l o na 50 %. Poleg tega - in to je za Ljubljano pomembno
- onesnaži ozračje en sam zelo viso k dimni k z ele ktričnimi filt-
r i mnogo man j kot mno ži ca navadnih dimni kov. Ta premisle k poka-
že, da imajo toplarne ve č prednosti in da se jih splača graditi,
čeprav niti toplarne niti toplovodna omrežja niso poceni.
Tega se zave da j o po svetu. Kaže, da uvajajo toplovodna omrežja
in topla rne tem hi tr e j e , čim mo č n ej e n a ra š čajo potre be po top-
loti za ogrevanje v strn jen ih naseljih in po ele kt ričnem delu
in čim bolj primanjkuje goriva. Pogosto najprej postopno polo-
82
Z1JO toplovodno omrezJe in ga spočetka nap ajajo s kotli. Sele
pozneje postav ijo t oplarne, ki oddajajo tudi električno delo.
Na Dan s kem krijejo četrtino potreb po toploti za ogrevanje s
toplovodnim omrežjem , od tega napaj ajo tretjino s topla rnami.
Na Sveds kem krijej o petino potreb po toploti za ogrevanje s t op-
10vodnim omrežjem, od tega nap aj ajo dve tretjini s toplarnami.
V Zahodni Nemčiji krijejo s toplo vodnim omrežjem 7 % potreb po
toploti za ogrevanje, od tega napajajo dve tretjini s toplarna-
mi . Nekoliko počasneje se uveljavljajo toplovodna omrečja in top-
larne v Franc iji, Angliji, na Fin skem. A pqvs od to vrsto gradenj
spodbujajo.
V prih odnosti bodo, tako kaže, zamenjali parne turbine s helije -
vimi turbinami. Pri teh bodo dovaja1i plinu toploto pri vi šj i
t emreraturi, kot jo danes dovajajo vodni pari. Zato bodo lahko
pri boljšem izkoristku toplotnega stroja od dana šnjega pri do-
volj vis oki temperaturi odvaja1i toploto, ki bo neposredno upo-
r abna za ogrevanje i n prenos na večje razdalje (sl.4) . V ča su
plinskih turbin bodo prišle toplarne do pr ave veljave.
i
K
SI. 3 Močno poenostavl jena
r i s b a top larne s p l i n s k o tur -
b ino , kakršne bodo gr adili v
pr i hodno st i. P lin p r i v i s o k e m
tlaku se segreje n a d kuriščem
K in vs top i v pl i nsko turb i no
T, kjer se razš i ri i n oprav i
delo. Dokončno se o h la di, ko
odda v g re l n ik u G top lo to top -
l o v o d n e mu o mrežju TO z vodo a l i vodno paro . Ohlajen i p l in pri
n i zk e m t lak u s tisne kompreso r KP, k i je na. isti os i s tu rb lno
l n d i na mos tro jem G; p l in pr i v isokem tla ku se nap o s led znova
segreje .
Za prijazno pomoč in nasvete se zahv aljujem Janezu Ruparju iz
Topla rne Ljubljana.
Janez St rnad
83