Рассмотрим (рис. 1) принципиальную схему паротурбинной установки ТЭЦ. Теплота топлива ВТЭЦ, сжигаемого в паровом котле 1, расходуется на выработку пара высокого давления, который поступает в турбину 2, соединенную с электрогенератором 3. При расширении пара в турбине вырабатывается электрическая энергия W. До того, как энергетический потенциал пара будет выработан полностью, часть его через отбор турбины поступает в конденсатор 4 отборного пара, в котором энергия Q1 передается сетевой воде системы централизованного теплоснабжения 6. Остальной пар продолжает работу в турбине 2, вырабатывая электрическую энергию. После того, как давление энергетического пара понизится, он сконденсируется в конденсаторе 5, отдавая теплоту конденсации Q2 атмосфере через градирню 7.

Если условно пренебречь тепловыми потерями в котле и в трубопроводах ТЭЦ, то
ВТЭЦ = W + Q1 + Q2.
Чем больше используется тепла в системе, тем меньше его выбрасывается в атмосферу.

Чтобы зашифрованные буквенными символами физические величины более предметно отражали суть процессов, рассмотрим условную систему централизованного теплоснабжения с присоединенными к ней системами отопления общей тепловой мощностью 100 Гкал/ч, которые при отсутствии автоматического регулирования потребляют 200 тыс. Гкал или около 840 тыс. ГДж в год.

Для дальнейшего анализа воспользуемся данными [1] о зависимости выработки электроэнергии на тепловом потреблении ТЭЦ от температуры конденсации энергетического пара. Эти данные для турбины, использующей пар с температурой 540 °С, иллюстрируются графиком, изображенным на рис. 2.

Пользуясь графиком, определено, что при температуре конденсации отборного пара ТЭЦ 70 °С на каждом ГДж тепловой энергии можно выработать 187 кВт-ч электрической энергии. Таким образом, выработка электроэнергии на тепловом потреблении составит:
840 • 103 • 187 • 10-6 = 157 ГВт-ч/год.
Расходы условного топлива на ТЭЦ, кг/ч:
BТЭЦ = bТЭЦ W + Q1 / qB,
где bТЭЦ — величина удельного расхода условного топлива, расходуемого на выработку электроэнергии на ТЭЦ. Примем [1] bТЭЦ = 0,155 кг/кВт-ч;
qB — теплотворная способность условного топлива, равная 7000 ккал/кг или 0,029 ГДж/кг.
Для нашей условной системы:
BТЭЦ = (0,155 • 157 • 106 + 840000 / 0,029) • 10-3 = 53000 т/год.

А теперь представим себе, что системы отопления регулируются, и за отопительный период потребители израсходовали тепла на 20% меньше, то есть не 840 тыс., а 672 тыс. ГДж, а часть отборного пара ушла в конденсатор, где при температуре конденсации 30 °С удельная выработка электрической энергии составляет (рис. 2) 235 кВт-ч/ГДж. Топливо на ТЭЦ при этом будет сжигаться в том же количестве, то есть 53 тысячи тонн в год, но при этом дополнительно будет выработано:
(840 – 672) • 103 • (235 – 187) •10-6 = 8 ГВт-ч/год электроэнергии, и конденсационные электростанции энергетической системы теоретически могли бы выработать на 8 ГВт-часов меньше. На этих электростанциях расходуется 0,35 кг условного топлива при выработке одного кВт-часа, а это означает,
что в результате автоматического регулирования отопительных систем, присоединенных к ТЭЦ, на других электростанциях можно было бы сократить потребление топлива на: 0,35 • 8 • 106 = 2,8 • 106 кг, или на 2800 тонн условного топлива.

Отметим, что экономия 20% тепла в зданиях, присоединенных к котельной мощностью 100 Гкал/ч, позволила бы сократить расход условного топлива примерно на 6,2 тыс. тонн в год. Таким образом, теоретически достижимый эффект экономии топлива вследствие регулирования в зданиях, присоединенных к ТЭЦ, в 2,5 раза ниже, чем в системе с районной котельной.
На самом деле, дополнительно приходится даже платить штрафы за выработку дополнительной электрической энергии в неположенное время.

Выводы

1. Теоретически возможная экономия топлива, вызванная регулированием теплового потока в зданиях, присоединенных к ТЭЦ, в 2,5 раза ниже величины экономии топлива в центральной котельной.
2. Энергетическая система в период стояния относительно теплой погоды, как правило, не нуждается в дополнительной электрической энергии, которая могла бы вырабатываться из невостребованного (в результате регулирования теплового потока в зданиях) отборного пара турбин ТЭЦ. Таким образом, тепловая энергия, сэкономленная в зданиях, будет рассеиваться в окружающую среду через градирни ТЭЦ.
3. Расходовать деньги налогоплательщиков на автоматизацию тепловых пунктов и на тепловую модернизацию зданий, присоединенных к ТЭЦ, не нужно, а государственные инвестиционные программы должны быть сосредоточены на модернизации домов, присоединенных к районным котельным.