ZIVOTNE PROSTREDIE:
Organizacie / Granty / Casopisy / Tlacove spravy / Legislativa

Z d r o j:
Nazov casopisu: Zivotne prostredie
Vydavatel: Ustav krajinnej ekologie SAV Bratislava
Rocnik: 1996, Cislo: 2

MILOSLAV HORAK

  Kogeneracne jednotky

 M. Horak: Cogeneration units. Zivot. Prostr., Vol. 30, No. 2, ..., 1996.

 Cogeneration units are equipments for a combined production of thermal and electrical energy. Cogeneration of electrical energy and heat enables an optimum output of energetical content of the primary fuel. A cogeneration unit is a "friendly technology to the environment" because it enables a significant reduction in fuel consumption and it produces less emission than appears at the separate production of heat and electrical energy. Although they are more expensive (in comparison with e. g. gas boilers), after their paying up they can be also economically interesting. In choice and projecting more conditions and parameters have to be taken into consideration and one should make a selection also on the basis of technico-economic evaluation of several congeneration units from different producers.

 Nazvom kogeneracne jednotky oznacujeme zariadenie na kombinovanu vyrobu tepla a elektrickej energie, pohanane vacsinou piestovymi spalovacimi motormi do vykonu 1,5 MW alebo spalovacimi turbinami pre vykony nad 0,5 MW. Vo vyspelych krajinach sa v oblasti malej decentralizovanej energetiky zvysuje zaujem o plynove motory, a to nielen z ekonomickych, ale aj z environmentalnych dovodov. Doteraz najvacsie uplatnenie nasli kogeneracne jednotky (KGJ) v skandinavskych krajinach a v Holandsku. Konkretne vo Finsku predstavuje ich instalovany vykon az 50 % celkoveho instalovaneho elektrickeho vykonu, v Holandsku 30 %. Na Slovensku sme v tomto smere este len v zaciatkoch: jedna KGJ firmy ZETEC je istalovana v Dolnom Kubine, niekolko mensich jednotiek Tedom od firmy Gaspower sa nachadza v nemocnici vo Velkom Krtisi, projektov je uz podstatne viac.

 Prinosy kogeneracie

Kogeneracia elektrickej energie a tepla je jednou z najdolezitejsich technologii na racionalne vyuzitie energie, pretoze umoznuje optimalny vytazok energetickeho obsahu paliva. Mozno ju povazovat za energeticky system, ktory je "priatelsky k zivotnemu prostrediu" z dvoch hladisk:

Kogeneracne systemy su vyhodne najma v tych odvetviach, kde sa vyzaduje elektricka energia a velke mnozstvo procesneho tepla zaroven, napr. v chemickom, oceliarskom, papierenskom a potravinarskom priemysle. Energeticka vyhoda kogeneracie sa meria dosiahnutym usporami energii v porovnani s oddelenou vyrobou oboch foriem energie. Elektricka energia sa obycajne dodava spotrebitelovi z elektrarne, ktora vyraba len takuto formu energie, kym tepelna energia s nizkou teplotou sa vyraba lokalne, v konvencnych kotloch. Porovnavanie ucinnosti a straty oddelenej a kogeneracnej vyroby elektriny a tepla vidno na obr. 1.

 Technologie kogeneracie

 Kogeneracne cykly mozno rozdelit do styroch zakladnych skupin:

Kogeneracna jednotka je zariadenie, ktoreho hlavnu cast tvori spalovaci motor, resp. turbina spojena so synchronnym, resp. asynchronnym generatorom vyrabajucim elektricky prud. Tento celok je pruzne ulozeny na rame a spolu so sustavou vymennikov tepla "spaliny-voda", "olej-voda" a "voda-voda" umoznuje komplexne vyuzit odpadove teplo motora. Elektricky rozvadzac okrem beznych funkcii zabezpecuje automaticke fazovanie na siet, regulaciu a automatizaciu dolezitych parametrov. Prevadzka KGJ je bud paralelna so sietou, alebo moze pracovat ako solo prevadzka, pripadne ako nahradny zdroj elektrickej energie.
V KGJ sa zo 100 % energie obsiahnutej v palive zuzitkuje 30--35 % na elektrinu a 50--55 % na teplo. Ako primarne palivo sa moze pouzit zemny plyn, bioplyn, svietiplyn, propan-butan, drevoplyn atd. Vyuzitie KGJ je siroke: v priemyselnych a polnohospodarskych podnikoch, pekarnach, cistiarnach, na bitunkoch, v pivovaroch, hoteloch, obchodnych domoch, nemocniciach, bankach, rodinnych domoch i v skolach. Konkuruju tu plynovym kotlom. Investicne su sice narocnejsie, ale navratnost investicii je 3--5 rokov, zivotnost minimalne 10 rokov, cize 5--7 rokov produkuju zisk, a nie maly.
Na Slovensku je vyrobcom kogeneracnych jednotiek ZETEC Martin. Vyrabaju sa do 100 kW so slovenskymi motormi a nad 100 kW sa pouzivaju zahranicne motory. V CR vyraba KGJ TEDOM Trebic, CKD Horovice, a. s., CKD Hradec Kralove, a. s., Skoda Diesel, a ini. Technicke parametre KGJ- slovenskeho vyrobcu ZETEC, niektorych ceskych a nemeckych firiem (Gaspower a Jenbacher) uvadza tab. 1.

 Tab. 1. Paramertre Kongeneracnych jednotiek dostupnych na slovenskom trhu
 
Typ P Q Qpal sigma Betap Betaq Etatc  Spotreba paliva  
[kWe] [kWt] [kW] [%] [%] [%] [%] mpal [Nm3.h-1]
TEDOM - - - - - - - -   
MT 22 22 43 81,2 0,512 27,0 53,0 8O,O 8,6   
MT 45 45 68 137,0 0,6617 32,9 49,7 82,6 14,5   
MT 55 55 83 167,4 0,6626 32,9 49,6 82,5 17,8   
MT 71 71 118 218,0 0,602 30,7 54,1 84,8 23,1   
MT 83 83 142 260,7 0,5845 31,8 54,5 86,3 27,6   
MT 140 142 210 414,0 0,676 34,0 51,0 85,0 44,0   
MT 200 200 310 588,0 - 34,0 51,0 85,0 65,0   
ZETEC - - - - - - - -   
4N 245 GK 26 44 86,95 0,59 29,9 5O,6 80,5 9,3   
4P 315 GK 31 52 100,0 O,596 31,O 52,083,010,7       
6N 445 GK 46 77 150,5 O,597 30,5 52 0 82,5 16,1 
6P 485 GK 52 89 167,36 0,584 31,0 53,2 84,2 17,9   
6P 585 GK 58 100 177,65 0,58 32,6 56,3 88,9 19,0   
CKD - - - - - - - -   
6-27,5 A2 G 388 670 1275,3 0,579 30,4 52,5 82,96 134,4   
6-27,5 B8 G 1000 1680 3224,6 0,595 31,0 52,1 83,1 339,83   
Gaspover - - - - - - 90,25 -   
GP 12,5 12,5 30/25 47,09 0,42/0,5 26,54 63,70 79,63 5,2   
GP 20,0 20 50/40 77,87 0,40/0,5 25,68 64,20 89,89 8,6   
- - - - - - - 77,05 -   
GP30,0 30 65/60 105,04 0,46/0,5 28,57 61,88 90,93 11,6   
- - - - - - - 85,68 -   
GP 45,0 45 79 136,74 0,57 32,91 57,77 90,68 15,1   
GP 65,0 65 119 204,65 0,55 31,76 58,14 89,90 22,6   
GP 100 100 164 308,79 0,61 32,38 53,11 85,49 34,1   
GP 132,0 132 211 404,78 0,63 32,61 52,12 84,73 44,7   
GP 141T 141 229 430,14 0,62 32 78 53,24 86,01 47,5 
MAN - - - - - - - -   
E28 66 EM 72 136 248 - 29,0 54,9 83,9 -   
E28 42 EM 137 252 442 - 31,0 57,0 88,O -   
E60 38 LE 404 676 1200 - 33,7 56,3 90,0 -   
JANBACHER - - - - - - - -   
JMS 216 G-NC 308 527 919 - 33,5,57,4 91,0 -     
JMS 316 G-NCL 361 618 1078 - 33,5 57,3 90,8 -   
JMS 316 GS-NLC 544 772 1490 0,7 36,6 51,6 88,2 -   
JMS 616 GS-NLC 1293 1791 3531 - 36,6 50,7 87,3 -   

Spotrebu paliva udava firma GASPOWER v prepocte na zemny plyn s
vyhrevnostou 32,6 MJ.Nm-3, ostatne firmy v prepocte na zemny plyn s
vyhrevnostou 33,5 MJ.Nm-3

P -- elektricky vykon KGJ
Q -- tepelny vykon KGJ
Qpal -- primarna energia paliva
sigma -- teplarensky modul
betaP -- elektricka ucinnost
betaQ -- tepelna ucinnost
etatc -- celkova ucinnost vyuzitia zdroja

Investicne a prevadzkove naklady, servis a udrzba kongregacnych jednotiek

Pribliznu predstavu o prevadzkovych nakladoch, vzhladom na elektricky a tepelny vykon KGJ, si mozno urobit na priklade konkretneho zariadenia. Servisne naklady samozrejme zavisia od prevadzky a kvality servisu. Naklady na servis motora s vykonom 300 kWe, ktory urobi kvalifikovana firma, su 0,20 Sk na 1 kWhe. Naklady na prevadzkovu spotrebu a vymenu olejovych naplni predstavuju dalsich asi 0,075 Sk na 1 kWhe. Pri vacsich motoroch naklady klesaju. Generalne opravy (GO) sa robia po 20 000, resp. 40 000 hodinach. Zivotnost jednotky je az 100 000 hodin a naklady na GO su 30 % ceny novej jednotky. Cenove relacie kogeneracnych jednotiek zavisia od elektrickeho vykonu a zivotnosti a pohybuju sa od 14 000 do 42 000 Sk na 1 kWe. Z hladiska zivotnosti su vyhodnejsie KGJ s originalnymi plynovymi motormi ako s komercne vyrabanymi motormi na spalovnie benzinu, resp. nafty, a potom dodatocne upravovanymi na spalovanie plynu.

Hlavnym problemom v lete je vyuzit teplo z prevadzky kogeneracnej jednotky. V letnom obdobi sa okrem pripravy teplej uzitkovej vody komplexne vyuzije teplo az v systeme so sorpcnymi chladiacimi jednotkami na vyrobu chladu.

Sorpcne chladiace systemy pozname adsopcne-- "silikagel--voda" a absorpcne "Lithiumbromid--voda". Chladiace jednotky pracujuce na principe absorpcie "lithiumbromid--voda" vyrabaju Carrier, YORK International a TRANE. Vyrabaju sa na vykon od niekolko desiatok kW az po 6000 kW.

Taketo systemy kombinovanej vyroby elektriny, tepla a chladu sa uz vo svete osvedcili, napr. v bankach, hoteloch a obchodnych domoch. V zime sa teplo z KGJ vyuziva na vykurovanie a v lete absorbcna chladiaca jednotka (odoberajuca teplo z KGJ) zasobuje klimatizaciu chladnou vodou. Chladiaci COP (coeficient of performance -- vykonove cislo) absorbcnej chladiacej jednotky byva 0,6--0,7.

Vyber kogeneracnej jednotky

Aby sa mohla kogeneracna jednotka vyuzivat co najdlhsi cas, instaluje sa iba na 50--60 % maximalneho tepelneho vykonu, na zvysok sa pouziva spickovy kotol. Prevadzka spickoveho kotla pocas vykurovacej sezony predstavuje vsak len asi 6 % celkovej prevadzkovej doby. Moze sa realizovat i kaskadove zapojenie dvoch i viacerych KGJ s rovnakym alebo rozdielnym tepelnym vykonom. Podmienky a parametre, ktore treba pri vybere najvhodnejsieho energetickeho zariadenia a jeho projektovani zvazit:

Pre ekonomicku efektivnost KGJ je rozhodujuca vyjasnenost vztahov so zavodom na rozvod elektrickeho prudu, predajna cena a podmienky odberu elektrickeho prudu do siete. Rozhodujucim ukazovatelom vhodnosti KGJ je ekonomicka efektivnost, ktoru najlepsie vidno z penaznych hotovostnych tokov (jednoduchych, resp. diskontnych), pocas predpokladanej zivotnosti, ktore ukazu dobu navratnosti i prepokladane zisky v Sk po splateni investicii (obr. 4). Pri vybere KGJ moze nastat i taka situacia, ze diskontny penazny tok nedosiahne bod obratu pocas doby zivotnosti, to znamena, ze takato KGJ nie je pre dany pripad vhodna, pocas zivotnosti by sa ani nesplatila.

 Environmentalne aspekty

 Legislativa SR prevzala hodnoty emisnych limitov skodlivin pre spalovacie motory (Ottove i Dieselove) kogeneracnych jednotiek z TA-Luft (SRN). Vyrobcovia kogeneracnych jednotiek vsak montuju uz do motorov trojcestne katalyzatory, a tym s velkou rezervou splnaju nase i zahranicne emisne limity sledovanych skodlivin (NOx, CO a CxHy).
Pri pouziti riadeneho i neriadeneho katalyzatora emisie niekolkokrat poklesnu (obr. 5). Kvoli znizeniu hlucnosti su KGJ zakapotovane a odhlucnene. Standardne dosahuju hlucnost 65-- 70 dB(A), no mozu ju na ziadost zakaznika znizit i na 50 dB(A).

 Literatura

Texty k obrazkom:

 

Z d r o j:
Nazov casopisu: Zivotne prostredie
Vydavatel: Ustav krajinnej ekologie SAV Bratislava
Rocnik: 1996, Cislo: 2 
ZIVOTNE PROSTREDIE:
Organizacie / Granty / Casopisy / Tlacove spravy / Legislativa