KOGENERACNE JEDNOTKY
F. SLANINKA - E. BEDI
CECH PODNIKATELOV V ENERGETIKE SLOVENSKA
rok 1995
PREDSLOV
Zijeme v etape rozvinutej priemyselnej vyroby, technickeho pokroku, ktory by mal prinasat ludstvu vysoky standart zivotnej urovne, zdravie, ciste zivotne prostredie. By mal. Ale pri nasej velkej snahe za blahobytom sme pozabudli na to ciste zivotne prostredie. Vysoka energeticka spotreba nasho zivota, automobilizmus, chemizacia sposobuju nadmerne znecistovanie ovzdusia, vod, devastovanie pody, odumieranie lesov.
Je ten pravy cas urobit stop nasmu nespravnemu vztahu k prirode, k sebe. Jednou z ciest je aj intenzivne vyuzivanie obnovitelnych a druhotnych energetickych zdrojov (OEZ, DEZ).
K tomu by nas mala nutit aj skutocnost, ze klasicke fosilne paliva coskoro ludstvo vycerpa. Na Slovensku je situacia vaznejsia o to viac, ze vyse 85% spotreby energie pokryvame z dovezenych paliv.
Tato publikacia ma za ciel oboznamit citatelov s principom, technikou a ekonomikou kogeneracnych jednotiek, ktore mozu podstatne prispiet k vyuzivaniu uvedenych OEZ a DEZ.
1. Preco potrebujeme kogeneracne jednotky na Slovensku ?
Existuju minimalne dva zavazne dovody. Prvym je znizenie emisii zatazujucich zivotne prostredie, ktore vyraznou mierou ovplyvnuju zdravotny stav obyvatelstva ale I nasich lesov (kysle dazde sposobene emisiami kyslicnika siriciteho) a druhym dovodom je znizenie spotreby paliv, ktore v pripade kogeneracie predstavuje az 40% v porovnani s klasickym osobitnym sposom vyroby elektriny a tepla.
1.1. OCHRANA ZIVOTNEHO PROSTREDIA
V roku 1993 predstavovala spotreba uhlia na Slovensku spolu 88,5 PJ, pricom na vyrobu elektriny sa spotrebovalo 63,5 PJ a v centralizovanych systemoch zasobovania teplom 25 PJ. Emisie ktore boli sposobene spalovanim uhlia predstavovali v pripade kyslicnika siriciteho dosiahli 48 700 ton a v pripade NOx to bolo zhruba 26 000 ton . Vyuzivanim kogeneracnych jednotiek spalujucich zemny plyn by bolo mozne uplne odstranit uvedene emisie siry a na polovicu znizit emisie kyslicnikov dusika. Okrem zlepsenia stavu zivotneho prostredia u nas by tento krok znamenal aj naplnenie medzinarodnych zavazkov ku ktorym sa Slovensko prihlasilo ato znizenie emisi siry o 30% a sklenikovych plynov o 20%.
Emisie v tonach na 1 PJ spotrebovanie energie
SO2 NOx CO2
uhlie 550 200-480 100 000
plyn 0 50-500 57 000
1.2. USPORA PALIV
Sucasna situacia v spotrebe paliv a energie na Slovensku je charakterizovana hlavne :
Rocny objem dovozu paliv a energii na Slovensko dosahuje cca 40 miliard Sk , co za dovozom strojov a zariadeni predstavuje druhu najvacsiu polozku v obchodnej bilancii SR (vid nasledujucu tabulku.
SLOVENSKY DOVOZ
1. POLROK 1994
Stroje a zariadenia 25,8 mld. Sk
Paliva a energia 19,8 mld. Sk
Spotrebny tovar 16,5 mld. Sk
Chemikalie 12,9 mld. Sk
Priemyselny tovar 9,2 mld. Sk
Potraviny 6,6 mld. Sk
1.3 SPOTREBA ENERGIE V BUDUCNOSTI
Predpokladany rast hrubeho domaceho produktu (HDP) sa u nas casto spaja s nevyhnutnym rastom spotreby energii v buducnosti (vid obr. z Energetickej koncepcie pre SR do roku 2005.
Prioritnym cielom energetickej politiky by vsak malo byt udrzanie spotreby primarnych energetickych zdrojov na sucasnej urovni aj v buducnosti pri sucasnom zabezpeceni rastu HDP.
Je tento ciel realizovatelny ?
Energeticka politika, zamerana na efektivnu podporu alternativnych energetickych zdrojov (obnovitelne zdroje, uspory a zvysovanie energetickej ucinnosti) , moze prispiet k rieseniu ekologickych i ekonomickych problemov a sucasne moze vyraznym sposobom napomoct socialnemu rozvoju na Slovensku. Tvorba novych domacich pracovnych prilezitosti, angazovanost miest a obci na rieseni energetickej politiky na komunalnej resp. regionalnej urovni spojena s tvorbou novych financnych zdrojov su najdolezitejsimi vystupmi , ktore je mozne pri sirsom rozvoji alternativnych zdrojov energii u nas ocakavat.
Kogeneracna vyroba elektriny a tepla je prikladom ako je mozne uvedeny ciel realizovat aj v nasich podmienkach a takto dosiahnut cistejsie zivotne prostredie (nahradzovanim tradicnych uholnych kotolni kogeneracnymi jednotkymi na plyn), zvysit ucinnost vyuzivania primarnych zdrojov energie (uspory energie) a sucasne polozit zaklady tzv. regionalnej energetickej politiky.
Osobitna vyroba elektriny v elektrarnach a vyroba tepla v teplarnach su vzhladom na vysoke straty vo forme odpadoveho tepla z elektrarni maximalne neekonomicke. Kogeneracia umoznuje vyuzit prave odpadove teplo, ktore tvori az 70 % vstupnej energie v pripade vyroby elektriny. Vysoku ucinnost kogeneracie v porovnani s klasickym osobitnym sposom vyroby elektriny a tepla dokumentuje nasledujuci obrazok.
2. CO JE KOGENERACIA ?
Kogeneraciou nazyvame subeznu vyrobu tepla a elektriny v specialnych jednotkach. V nich sa zemny plyn, bioplyn namiesto klasickych kotlov na vyrobu tepla spaluje v upravenych benzinovych alebo naftovych motoroch (u vacsich jednotiek v plynovych trubinach). Teplom z vyfukovych plynov, chladenia motora a mazacieho oleja v rekuperatore ohrievame vodu pre vykurovanie, pripravu teplej uzitkovej vody (TUV), technologicke ucely. Mechanicku energiu motora (turbiny) vyuzivame na pohon elektrickeho generatora - na vyrobu elektriny pre spotrebu alebo dodavku do verejnej elektrickej siete.
3. KOGENERACNE JEDNOTKY
Casto zamiename kogeneracne jednotky (KJ) so zariadenim paroplynoveho cyklu (PPC), pri ktorom plynne alebo kvapalne palivo spalujeme v turbine, ktora pohana elektricky generator. Avsak vyfukove plyny idu do parneho kotla, z neho para ide do parnej turbiny a tato pohana dalsi elektricky generator.
Menej, ale predsa KJ zamiename s teplarnami (T), v ktorych sa vyraba para v kotloch na fosilne palivo (najlacnejsie uhlie, teraz i jadrove palivo). Para pohana turbinu a ta elektricky generator. Ale oproti kondenzacnym elektrarñam (KE) teplaren odpracovanu paru za turbinou vyuziva na zasobovanie teplom sidlisk, zavodov, atd. V tomto pripade odpadavaju chladiace veze. Casto sa vyskytuju tzv. teplarne s odberovymi turbinamu, kde sa cast pary o potrebnom tlaku odobera s koncoveho stupna (stupnov) turbiny.
Preco pouzivame zlozitejsie KJ, PPC, T a nie kotolne (K) (vyhrevne) a klasicke kondenzacne elektrarne? Samozrejme z ekonomickych hladisk. V KE velke mnozstvo energie sa 'mari' v chladiacich veziach. Ucinnost premeny paliva na elektrinu je cca 32%. V KJ sa maximalne vyuzije energia paliva na vyrobu tepla a sucasne na najuslachtilejsi druh energie - elektrinu pri vysokej ucinnosti vyse 80%.
Schema cinnosti kogeneracnej jednotky je na nasledujucom obrazku.
Ochladene vyfukove plyny Verejna elektricka siet
Vyfuk z motora
Privod plynu (bioplynu)
Meranie
zasobovanie teplom
Chladenie motora
Chladenie mazacieho oleja
Ako bolo uvedene, palivo pre KJ moze byt zemny plyn (svietiplyn) alebo bioplyn. Bioplyn moze byt z mastalneho (kravskeho hnoja), z hnojovice, z exkrementov osipanych, slepacieho trusu, z bioplynu skladok tuheho komunalneho odpadu (TKO) tzv. skladkoveho plynu, z bioplynu cistiarni odpadovych vod (COV) tzv. kaloveho plynu. Bioplyn pre KJ sa da ziskat aj cestou splynovania TKO v specialnych reaktoroch a tiez z dreva - drevneho odpadu (drevny plyn). Avsak pri vyuzivjani drevneho plynu v KJ su problemy s dechtovanim. Drevo pre splynovanie (alebo priame spalovanie) sa da ziskat aj cestou vysadby tzv. rychlorastucich drevin, ktore su vyslachtene aj pre podmienky SR.
4. PREDNOSTI A PROBLEMY KOGENERACNYCH JEDNOTIEK
Co nam prekaza vyuzivat taketo efektivne zdroje energie? Nedostatok takychto jednotiek na trhu? Legislativa? Cenova politika? Alebo nieco ine? Ukazuje sa , ze zo vsetkeho trochu, ale hlavne nedostatocna propagacia takehoto zariadenia, slaba informovanost obcanov, podnikatelov, organizacii, riadiacich organov a zotrvacnost v mysleni, snaha zdravo riskovat pri zavadzani technickych noviniek. Jednoducho nie sme vychovani k racionalnemu vyuzivaniu energie, nemame trhove hospodarstvo, ktore by nutilo v konkurencnom prostredi hladat cesty k maximalnej efektivnosti vyroby aj racionalizaciou spotreby energie.
KJ ma aj 'nedostatky'. Je to predovsetkym fakt, ze vyroba elektriny je viazana na spotrebu tepla. A teplo potrebujeme predovsetkym v zime a jeho spotreba nie je rovnomerna (jesen, zima, jar). Vykupna cena elektriny z malych zdrojov je v porovnani s cenou spotrebovaneho zemneho plynu neunosne, neumerne nizka.
Dolezite je poznat kladne i zaporne stranky KJ pre rozhodnutie o ich efektivnom vyuzivani. Vyuzivanie nie za kazdu cenu, ale len pri technicko-ekonomickej vyhodnosti. Predovsetkym tam, kde mame rozvod plynu, moznost vyroby bioplynu, celorocnu, podla moznosti, rovnomernu spotrebu tepla a zaroveñ spotrebu elektriny. Taketo pripady su nemocnice, vyrobne prevadzky s vacsim poctom zamestnancov alebo celorocnou spotrebou tepla pre technologiu (vinarske, potravinarske prevadzky, bitunky atd). KJ pokryva celu cast spotreby elektriny a teplo v lete. V zimnom obdobi moze pracovast paralelne s kotolnou, ktora pokryva spotrebu tepla na vykurovanie. Vyhoda je v tom, ze kotolna nemusi byt v prevadzke v lete (uspora pracovnej sily), cast tepla ziskame ako 'druhotny' produkt pri vyrobe elektriny a hlavne vyrobime lacnu elektricku elektrinu: okolo 1 - 1,20 Sk za 1 kWh. A podla dohodnuteho tarifu (C1, C2, C3), podnikatelia platia za spotrebovanu 1 kWh pri napojeni zo siete nn suhlasne 4,40 Sk (+10 Sk staly mesacny poplatok), 2,97 + 70 Sk, 2,05 + 3.400 Sk! A v pripade, keby sme nemali vlastnu spotrebu elektriny a dodavali by sme ju do siete energetiky predanu za 1 kWh by sme utàzili 0,90 - 0,95 Sk! (podla Rozvodneho energetickeho podniku - REP).
Samozrejme je mozne vybrat taku velku KJ, aby sumarna vyroba elektriny za odpocitavacie (fakturacne) obdobie nepresiahla sumarnu spotrebu danej prevadzky. Pritom cez noc, soboty, nedele by bola dodavka elektriny do siete, v pracovne dni vo dne by spotreba elektriny prevadzkou prevysovala vyrobu KJ. Za predpokladu, ze teplo potrebujeme nepretrzite kazdy den, nevylucuje sa vyroba chladu v absorbcnych chladnickach z tepla KJ v lete.
5. VYROBCOVIA A TECHNICKE PARAMETRE KJ
Zo zapadnych statov mame moznost kupit prakticky neobmedzene mnozstvo KJ vsetkych pozadovanych vykonov. Vyuzivaju ich uz mnoho rokov, su vysokej kvality a spolahlivosti. V Ceskej republike sa vyroba KJ rozbehla aj na vyvoz. V Slovenskej republike mame tiez vyrobu KJ do 100 kWt.
Pripravuje sa kooperacia vyroby KJ: NEDALO - DANUBIUS ELEKTRIK Bratislava. KJ NUTEC 400 sme mali moznost vidiet na vystave RACIOENERGIA ´95 v Bratislave.
Vybrane technicke a cenove parametre KJ vyrobcov CR a SR su v tabulke.
VYROBCA TYP KJ VYKON SPOTREBA UCINNO CENA
kWe m3/h ST (1995)
kWt ZP tis. Kc
BP
MOTORY 4N245GK 44 26 9,3 81
sro 4P315GK 52 31 10,7 82 7-18.000
Komenske 6N445GK 77 46 16,1 82 Sk
ho 10 6P485GK 89 52 17,9 83 na 1 kWt
03601 6P585GK 100 58 19,0 84
MARTIN
tel:0842
/602
fax:
33024
NEDALO NUTEC 88 30,6 84,3
DANUBIUS 85 140 56,1 86,5
ELECT. NUTEC 165 72,6 87,2
Raciansk 165 261 94,9 89,3
a 22, NUTEC 223 126,3 89,6
832 41 230 318,4 190,2 89,1
BRATISLA NUTEC 300 253,5 89,6
VA 300 415,3
tel:07/6 NUTEC 400
6151 400 560,1
fax: NUTEC 600
214784 600 823,7
NUTEC 800
800 1118,7
TEDOM MT 22 43 22 8,6 80 229,5
sro MT 30 47 30 10,0 81,5 469,2
Mikulask MT 45 68 45 14,5 82,6 630,0
ova529 MT 55 83 55 17,8 82,5 763,0
67401 MT 71 118 71 23,1 84,8 1225,0
TREBIC MT 83 142 83 27,6 86,3 1347,0
tel,fax: MT 140 210 142 44,0 85,0 1566,0
0618/286 MT 200 310 100 65,0 85,0 2280,0
05
CKD a.s. GEB 50 40 22,5 13,75 89 462,0
26839 120 73,5 96 52,5 32,1 91 915,2
HOROVICE 160 161 128 67,8 41,4 91 956,8
tel: 250 215 200 104 64 84 1606,8
0316/341 500 300 400 128 85 3038,5
1-14 600 960 208
fax:
3387
SKODA 960
DIESEL 1800
CKD 1330
HRADEC 2000
KRALOVE 2000
3000
6. EKONOMICKE ZHODNOTENIE KJ
6.1. CELOROCNA PREVADZKA
Vstupne udaje:
Naklady za rok Sk
PLYN 8640 * 8,6 * 3,49 259.321,-
PREVADZKOVE NAKLADY 8640 * 22 * 0,2 38.016,-
POISTNE NAKLADY 8640 x 22 x 0,3 57.024,-
NAKLADY SPOLU 354.361,-
Prijem za rok Sk
ELEKTRINA 8640 * 22 * 2,97 564.537,-
TEPLO 8640 * 6,6 * 3,49 199.013,-
PRIJEM SPOLU 763.550,-
ROCNY ZISK 763.550-354.361 409.189,-
Pozn. *6,6 m3/h je hodinova spotreba plynu kotla, ktory by musel vyrobit teplo namiesto KJ.
Cena KJ MT 22 je cca 230 tis. Kc. S pripocitanim DPH, cla a prevodu Kc na Sk vo vypocte uvazujeme cenu 250.000,- Sk.
Investicne naklady KJ MT 22 250.000,- Sk Stavebne naklady 50.000,- Sk Spolu 300.000,- Sk
Navratnost investicie do jedneho roka.
Samozrejme tento priklad je zidealizovany, neuplny. Zo zisku je nutne odpocitat odpisy, ktore u takehoto zariadenia sa urcuju zo zivotnosti 15 rokov, nebola brana do uvahy pozicka na zariadenie so splatkami a urokmi atd.
6.2. OBMEDZENA PREVADZKA
Vstupne udaje:
V pripade, ze agregat pracuje len cez vykurovaciu sezonu a nie je zabezpeceny vlastny odber elektriny a cela vyroba sa predava energetike za 0,92 Sk/kWh, naklady sa nemenia (spotreba plynu), ale rocny prijem je len 170.720,- Sk a zisk 10.320,- Sk. Investicne naklady su tiez rovnake, potom navratnost je 29 rokov (!), cize v takomto pripade (do zvysenia vykupnej ceny elektriny), instalacia KJ je nemyslitelna.
V pripade, ze vykupna cena sa zvysi na 2,- Sk/kWh pri rovnakej cene plynu, navratnost sa znizi na 2,8 r., co je uplne prijatelne. Ina cesta znizenia navratnosti je vlastna vyroba bioplynu z odpadu, z hnoja atd za nizsiu cenu, ako je cena zemneho plynu.
7. ZAVER
Problematicke je planovat KJ napriklad do rodinneho domu s malou spotrebou elektriny a spotrebou tepla len na vykurovanie do casu zvysenia vykupnej ceny elektriny minimalne na 1,8 - 2,- Sk/kWh, alebo pokial nie je mozne vyrabat bioplyn z miestnych, lacnejsich zdrojov, aby jeho cena bola nizsia ako cena zemneho plynu. Samozrejme pri nemennych cenach KJ.
Na Slovensku uz mame jednu pracujucu KJ na kalovy plyn (COV D.Kubin), ktora ma odpracovanych okolo 5 000 motohodin (Mh) bez akejkolvek vaznej poruchy. Je od vyrobcu MOTORY, s.r.o. Martin. Cech podnikatelov ma informaciu o projekte KJ v mestskej kotolni pre nahradenie vyroby tepla v klasickom uholnom kotle. Predaj vyrobenej elektriny sa uvazuje blizkemu podniku cez siet energetiky, co nie je zatial legislativne doriesene. Navratnost investicie KJ v tomto pripade je do 5 rokov. Uvazuje sa s ciastocnou dotaciou z Fondu zivotneho prostredia a uverom z banky s vyuzitim programu statnej podpory projektov na usporu energie ( 70% uveru hradi stat). Uvazuje sa s instalaciou KJ v jednom meste o celkovom vykone 5 MWt.
KJ sa tiez planuje v jednej nemocnici, kde je celorocna spotreba tepla (kuchyna, upratovanie, TUV) a aj spotreba elektriny. Verim, ze sa o KJ budu zaujimat dalsie nemocnice, skoly a polnohospodarske organizacie, ktore mozu vyuzit dalsie podporne fondy investicii na usporu energie.
Tato publikacia si kladie za ciel informovat obcanov, energetikov, vedenia podnikov, sukromnych podnikatelov o principe, technickom zabezpeceni, ekonomickej efektivnosti a nevyriesenych otazkach (vykupne ceny elektriny, atd) pri uplatneni KJ v SR. Verim, ze neostane bez odozvy.
Na zaklade firemnej literatury spracoval: Ing. F. Slaninka, predseda CECH-u podnikatelov v energetike Slovenska.
CECH PODNIKATELOV V ENERGETIKE SLOVENSKA
Je slobodnym, dobrovolnym, neziskovym zdruzenim sukromnych podnikatelov. Jeho hlavnym cielom je obhajovat opravnene, zakonne, spolocne zaujmy svojich clenov, vsestranne napomahat rozvoju sukromneho podnikania v energetike Slovenska a zabezpecovat technicke, ekonomicke a legislativne informacie pre svojich clenov.
Cech ma zaregistrovane na MV SR Stanovy.
Zapisne do CPE je jednotne - 100,- Sk. Rocny clensky prispevok pre podnikatelov - fyzicke osoby je 600,- Sk, pre podnikatelske spolocnosti 1.200,- Sk.
CECH vydava 10 krat za rok INFOMATOR. Publikuje v nom aktualne otazky zo zivota CPE, nove zakony, vyhlasky, informuje o vystavach, konferenciach, normach, novych progresivnych vyrobkoch i moznostiach ziskania vyhodnych uverov a pod.
Ocakavame vstup dalsich podnikatelov do CPE.
Adresa pre pisomny styk:
Publikacia vysla za podpory The Swedish Secretariat on Acid Rain a Fondu pre alternativne energie
KOGENERACNE JEDNOTKY
F. SLANINKA - E. BEDI
CECH PODNIKATELOV V ENERGETIKE SLOVENSKA