Současné moderní technologie k zabezpečení KVET a výhled do budoucnosti

Ing. Jiří Štochl, technický ředitel, TEDOM-VKS s.r.o.

29. 11. 2005

Co je KVET?

Kombinovaná výroba elektrické energie a tepla (KVET) je jedním z označení pro energetickou disciplínu, známou také jako kogenerace či teplárenství. V praxi se jedná o zefektivnění výroby elektrické energie využitím tepla vznikajícího při její výrobě.

Efektivita výroby el. energie - celosvětově

Využití prim. energie…………………..32,7%Ztrátové teplo při výrobě…………….64,0%Ztrátové teplo při přenosu…………….3,3%Ztráty představují cca 11kWh energie na

člověka a den.

Efektivita výroby el. energie prostřednictvím KVET

Zdroje KVET využívají primární energii v úrovni 80-90%. Kromě úspory primárních zdrojů při výrobě el. energie odpadají při použití KVET ztráty distribucí elektrické energie. Přínosem KVET je také snižování produkce skleníkových plynů (CO2).

Rozdělení KVET

podle velikosti vyráběného elektrického výkonu:

mikrokogenerace …… výkon do 50kW malá kogenerace ……. výkon do 1MW velká kogenerace ….. výkon nad 1MW

Rozdělení KVET

podle použitých paliv:

plynná, kapalná a pevná paliva alternativní paliva (bioplyny,

biomasa) ostatní paliva (pyrolýzní plyny…)

Rozdělení KVETpodle pohonné jednotky: s mikroturbínou s palivovým článkem se stirlingovým motorem s parním strojem se spalovacím motorem se spalovací turbínou s parní turbínou paroplynové cykly ORC

Porovnání různých druhů KVET podle pohonné jednotky

druh KVET poměr výkonů elektr./ tepelný

účinnost elektrická

el. výkon KVET

- % MW mikroturbína 0,25 - 0,33 20 - 30 0,03 - 0,1 palivový článek 0,33 - 0,8 20 - 35 0,001 - 0,5 stirlingův motor 0,12 - 0,33 12 - 30 0,001 - 0,1 spalovací motor 0,7 - 1,0 32 - 42 0,001 - 10 spalovací turbína 0,5 - 0,8 23 - 38 2 - 100 parní turbína 0,24 - 0,34 12 - 15 0,15 - 100 paroplyn 0,5 - 1,5 35 - 44 5 - 200 a více ORC 0,15 - 0,2 15 - 18 0,4 - 1,5 parní stroj 0,16 - 0,25 8 - 12 0,1 - 2,0

Znaky moderních zařízení pro KVET

vysoké účinnosti nízké provozní náklady (servisní

intervaly, ceny servisu) automatický bezobslužný provoz dálkový monitoring, napojení na

dispečink servisu

Mikrokogenerace přímá náhrada kotle v malých bytových

nebo domovních kotelnách výkony v rozsahu do 50kW vysoké celkové účinnosti (90-95%) nenáročá instalace, obsluha a údržba dlouhé servisními intervaly nízká hlučnost nízké emise škodlivin

Pohonné jednotky pro mikrokogeneraci

spalovací motory stirlingovy motory mikroturbíny palivové články

Mikrokogenerace

Malá kogenerace

výkony v rozsahu do 1MW zemní plyn, bioplyn (ČOV, skládky)

… spalovací motory, mikroturbíny,

palivové články, ORC

Malá kogenerace

Spalovací motor tradiční pohonná jednotka schopnost spalovat většinu běžně dostupných

kapalných a plynných paliv dobrá elektrická účinnost neomezená startovatelnost rychlé dosažení výkonu snadná regulovatelnost výkonu vyšší emise škodlivin vyšší hlučnost nepříliš dlouhé servisní intervaly

Stirlingův motor motor s vnějším spalováním univerzální použití z pohledu paliv

(plynných, kapalných, pevných paliv či biomasy)

jednoduchost konstrukce a nízká cena při sériové výrobě

nižší elektrická účinnost nízké emise škodlivin nízké provozní náklady dané dlouhými

servisními intervaly

Mikroturbína

spalovací turbína s výkonem do cca 100kW

kapalná i plynná paliva vč. bioplynů. dlouhé servisními intervaly nízkými emise škodlivin nižší účinnosti vyšší investiční náklady

Palivový článek opačný princip elektrolýzy, vodík je

spolu s kyslíkem přiváděn mezi dvě elektrody, kde reakcí vzniká elektrické napětí a voda

téměř nehlučný provoz téměř žádné škodliviny nutnost použití jako paliva vodík, jeho

výroba např. ze zemního plynu snižuje efektivitu použití palivového článku

vysoké investičními náklady omezují využívání tohoto pohonu

ORC (Organic Rankine Cycle) technologie výroby el.energie a tepla za

pomocí turbíny při použití media o nízké teplotě a nízkém tlaku

pro pohon turbiny se nepoužívá pára, ale organické uhlovodíky, které vykazují v Rankinově diagramu lepší vlastnosti

pro odpaření tohoto média se používá termoolej, ohřívaný na teplotu cca 300°C v kotli na biomasu

teplo nevyužité v turbíně se předává do teplovodního okruhu

Zařízení pro KVET a výhled do budoucnosti

Podmínky: náklady na pořízení a instalaci zařízení ceny energií a paliv provozní náklady (účinnosti, servisní

náklady) podpora určitých kategorií

(biopaliva...) různá omezení (emise škodlivin...)

Zařízení pro KVET a výhled do budoucnosti

Současné tendence k decentralizaci energetických zdrojů, k úspoře energií a ke snižování emisí dávají předpoklady k rozvoji mikrokogenerace. Zde může dojít k masovějšímu využívání stirlingova motoru, podaří-li se snížit jeho výrobní náklady a tím i cenu konečného zařízení pro KVET.

Zařízení pro KVET a výhled do budoucnosti

Je zřejmé, že spalovací motor při použití pro KVET, a to především pro malou kogeneraci, bude mít i nadále výsadní postavení. Vyplývá to ze zřejmé snahy výrobců spalovacích motorů o odstraňování negativních rozdílů mezi spalovacími motory a ostatními technologiemi. Jedná se především o snižování provozních nákladů prodlužováním servisních intervalů a snižování emisí škodlivých látek.

Zařízení pro KVET a výhled do budoucnosti

Velkým konkurentem pro spalovací motory může být palivový článek. Na odborných výstavách je již mnoho let věnována prezentaci využití palivových článků velká pozornost. Skutečnému využití pro KVET však stále zatím brání vysoké pořizovací náklady.