Kombinovaná výroba elektriny a tepla: Efektívna cesta k energetickej nezávislosti a ochrane klímy

Kombinovaná výroba elektriny a tepla (KVET), takisto označovaná ako kogenerácia, je efektívny, spoľahlivý a predovšetkým ekologicky šetrný spôsob výroby elektriny, pri ktorom dochádza súčasne k dodávke tepla.

Pri výrobe elektriny vzniká aj teplo. V centrálnych elektrárňach sa toto teplo stráca ako odpadové teplo a zvyčajne sa musí aj chladiť ďalšou energiou. Na druhej strane, pri princípe kombinovanej výroby elektriny a tepla sa odpadové teplo využíva na vykurovanie a prípravu teplej vody. Preto je ich celková účinnosť oveľa vyššia, ako keď sa elektrina a teplo vyrábajú oddelene.

Kým konvenčná metóda produkcie elektriny a využiteľného tepla typicky dosahuje efektivitu okolo 45%, ak sa tieto dva systémy spoja, energetické straty sú podstatne nižšie. Klasické zdroje elektriny (kondenzačné elektrárne) dosahujú pri výrobe elektriny účinnosti okolo 30-40 %, zatiaľ čo celková účinnosť výroby energie sa u moderných kogeneračných zdrojov pohybuje vďaka dodávke tepla často aj nad hranicou 90 %.

Vyrobené teplo sa používa na zásobovanie vykurovacieho systému a na prípravu teplej vody v samostatnom okruhu. Elektrická energia z kombinovanej výroby sa spotrebúva priamo v rodinných domoch. V porovnaní s bežnými generátormi energie sa využíva aj vzniknuté teplo, čím sa dosahuje vyšší stupeň účinnosti. Tým sa znižujú náklady na energiu a emisie CO2.

Princíp fungovania KVET

Pojem kogenerácia znamená kombinovanú výrobu elektrickej energie a tepla. Elektrická energia vzniká vo všetkých elektrárňach roztočením elektrického generátora pomocou turbíny. Teplo nutné na výrobu pary, ktorá turbínu poháňa, sa väčšinou získava spaľovaním uhlia, alebo štiepením jadra uránu. Veľká časť tepla nie je využitá a je bez úžitku vypúšťaná do ovzdušia. Účinnosť výroby v tepelných elektrárňach sa pohybuje okolo 30% .

Pri kogenerácii sa elektrina vyrába spaľovaním alebo fyzikálnymi reakciami. Odpadové teplo vznikajúce pri tomto procese sa prostredníctvom výmenníka tepla odovzdáva do akumulačnej nádrže a vykurovacej vody. V kogeneračnej jednotke vzniká elektrická energia rovnakým spôsobom ako v iných elektrárenských zariadeniach - roztočením elektrického generátora, a to pomocou piestového spaľovacieho motora.

Historický vývoj KVET

Prvý systém kombinovanej výroby elektriny a tepla (KVET) vznikol v New Yorku v roku 1882. Koncept prepojenia výroby tepla a elektriny bol prvýkrát využitý v roku 1882 v Pearl Street Station Thomasa Edisona. Pearl Street Station poskytovala elektrinu a paru pre časť centra New Yorku.

Po tom, čo spotreba elektriny začala v 20. storočí prudko narastať, elektrárne museli rýchlo zvyšovať produkciu a opúšťali mestá. Schválenie regulačného zákon a v roku 1978 (Public Utility Regulatory Policies Act) začalo modernú éru KVET v Spojených štátoch. Súčasťou zákona bolo ustanovenie, ktoré legalizovalo predaj tzv. non-utility-generated elektriny (t.j. elektriny, ktorá nie je primárnym produktom výroby) do siete.

KVET zažila v Amerike boom najmä v 90. rokoch, no v najbližších rokoch má prísť opäť rast.

Výhody kombinovanej výroby elektriny a tepla

• Vysoká účinnosť: Vďaka využitiu tepla, ktoré je pri výrobe elektriny v konvenčných elektrárňach bez úžitku vypúšťané do okolného prostredia, sa výrazne zvyšuje celková účinnosť využitia energie v palive.
• Zníženie emisií CO₂: So systémom kombinovanej výroby tepla a elektrickej energie výrazne znížite emisie CO₂, a tým významne prispejete k ochrane klímy.
• Úspora energie: So systémom kombinovanej výroby tepla a elektrickej energie ušetríte až 40 percent energie.
• Decentralizovaná výroba: Elektrina sa vyrába tam a vtedy, keď je skutočne potrebná, čím sa znižuje tlak na rozvodné siete a nevznikajú žiadne straty pri prenose energie.
• Väčšia nezávislosť: Ďalšou výhodou, ktorá vyplýva z používania tejto inovatívnej technológie, je väčšia nezávislosť od energetických podnikov a ich rastúcich cien elektrickej energie.
• Flexibilita: Systémy s kombinovanou výrobou tepla a elektriny sú dôležitými stavebnými prvkami na dosiahnutie úspešnej energetickej transformácie, pretože v prípade nedostatku kolísavej výroby elektrickej energie môžu významne prispieť k pokrytiu dopytu.

Ak vyrobenú energiu spotrebujete, bude vás stáť len približne tretinu bežnej sadzby za elektrinu.

Aplikácie a typy systémov KVET

Kombinovaná výroba elektriny a tepla (KVET) využíva teplo, ktoré by sa inak premrhalo pri výrobe elektriny, rôznymi produktívnymi spôsobmi. Môže ísť o mikrokogeneračné systémy, ktoré vyrábajú elektrinu aj teplo pre jednu budovu, až po väčšie zariadenia, ktoré zabezpečujú diaľkové vykurovanie pre celé regióny súčasne.

Plynová kogeneračná jednotka vyrába súčasne teplo a elektrickú energiu. V závislosti od výkonu je vhodná pre väčšie obytné budovy a obytné komplexy, ako aj pre komerčné podniky a komunálne projekty. Keďže výkon sa navrhuje podľa základného zaťaženia, teda priemernej potreby tepla počas roka, kogeneračná jednotka v obytných budovách sa často kombinuje s kotlom na špičkové zaťaženie. Tým sa zabezpečí dostatok tepla aj v zime.

Kompaktné zariadenia Vitobloc 200 sú navrhnuté ako decentralizované kogeneračné jednotky s orientáciou na vykurovanie. Tieto relatívne malé jednotky vyrábajú elektrickú energiu na princípe kombinovanej výroby tepla a elektrickej energie na spotrebu na mieste. Teplo, ktoré sa týmto procesom vyrába, sa súčasne takmer bez strát využíva na vykurovanie. Všetka nepotrebná energia sa exportuje do verejnej siete a dodávateľ elektrickej energie za ňu poskytuje príslušnú odmenu.

Okrem toho sú systémy k dispozícii v rôznych verziách a veľkostiach výkonu. Viessmann má viac ako 25 rokov skúseností v oblasti účinných plynových kogeneračných systémov. Popri štandardných produktoch vyrába aj kogeneračné jednotky špeciálne prispôsobené individuálnym potrebám zákazníkov. V závislosti od typu ich možno bez problémov prevádzkovať na zemný a/alebo kvapalný plyn.

Ďalšie využitie elektrickej energie

Podstatnú časť elektrickej energie predávame obchodníkom s elektrickou energiou. V obmedzenom množstve zabezpečujeme dodávku elektrickej energie aj koncovým odberateľom.

Príklady ďalších systémov výroby elektrickej energie:

• Výroba v malej vodnej elektrárni (MHTH Zvolen): Využíva sa prietok vody a spád vytvorený hrádzou vodného diela Môťová. Dodávka elektriny je efektívna za regulovanú cenu. Po obmedzeniach v dôsledku rekonštrukčných prác na vodnom diele v predchádzajúcich rokoch dosiahla výroba obvyklý objem na úrovni 2 000 MWh.
• Fotovoltika (MHTH Košice): Výroba elektrickej energie pomocou solárnych panelov, ktoré premieňajú energiu zo slnka na elektrinu. Fotóny slnečného žiarenia dopadajú na P-N prechod a svojou energiou vyrážajú elektróny. Takto vzniknuté voľné elektróny sa pomocou elektród odvedú k striedaču, ktorý ich prevedie na striedavé napätie s veľkosťou a frekvenciou zhodnou s distribučnou sústavou.

Podporné služby

Poskytujeme nasledujúce podporné služby:

• FCR - Frequency Containment Reserve (rezervy na zachovanie frekvencie): Je to rezerva činného výkonu na zachovanie frekvencie pri výskyte nerovnováhy v bilancii medzi výrobou a spotrebou v regulačnej oblasti.
• aFRR (v kladnom aj zápornom smere) - sekundárna regulácia činného výkonu a frekvencie (automatic Frequency Restoration Reserve): Je to rezerva činného výkonu na automatické obnovenie frekvencie pri výskyte nerovnováhy v bilancii medzi výrobou a spotrebou v regulačnej oblasti.
• mFRR (v kladnom aj zápornom smere) - terciárna regulácia činného výkonu (manual Frequency Restoration Reserve).

Legislatívny rámec a podpora KVET

Vyhláška Úradu pre reguláciu sieťových odvetví č. 275/2012 Z. z. stanovuje štandardy kvality prenosu elektriny. Regulovaným subjektom ukladá povinnosť vyhodnotiť štandardy kvality sumárne za kalendárny rok. Zároveň stanovuje obsah a formu akou sa majú jednotlivé štandardy kvality vyhodnocovať a zverejniť na internetovej stránke regulovaného subjektu v termíne do 28. februára.

Zákon č. 309/2009 Z. z. o Podpore obnoviteľných zdrojov energie a vysoko účinnej kombinovanej výroby v zmysle §4 odsek 5) ukladá výrobcovi elektriny kombinovanou výrobou podľa písmena c) povinnosť zverejniť každoročne do 28. februára.

Na úrovni Európskej únie vychádza podpora vysokoúčinnej kogeneračnej výroby zo Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2012/27/EU o energetickej účinnosti (EED - Energy Efficiency Directive) a nadväzujúcich predpisov.

Podpora KVET v Českej republike

Kogenerácia nie je v Českej republike žiadnou novinkou. Už po desaťročia je prevádzkovaná v teplárňach, ktoré zásobujú teplom v rámci sústavy zásobovania teplom lokality rozlohou od skupiny budov, cez sídliská, až po celé mestá. Podľa Teplárenského sdružení České republiky pokrýva KVET takmer 2/3 dodávok tepla v spomínaných sústavách.

Elektrina vyrobená v KVET pokrýva podľa pravidelne vydávaných Ročných správ o prevádzke elektrizačnej sústavy ČR, ktoré spracováva Energetický regulačný úrad, viac ako 15 % netto spotreby elektriny v ČR.

Vývoj výroby elektriny z vysokoúčinnej KVET v ČR

Nasledujúca tabuľka zobrazuje vývoj výroby elektriny z vysokoúčinnej KVET v rokoch 2007 - 2013 (elektrina podporená zeleným bonusom).

Zdroj dát: Teplárenské sdružení ČR

Pri pohľade na tabuľku je zrejmý rastúci trend podporovanej výroby malých kogeneračných jednotiek a od roku 2010 klesajúci trend podporovanej výroby z veľkých zdrojov.

Kogeneračné jednotky s inštalovaným elektrickým výkonom do 5 MWe, ktoré sú využívané najmä pri tzv. decentralizovanej výrobe elektriny a tepla, teda výrobe blízko alebo priamo v ťažisku spotreby energií, sú vďaka výhodám spojeným s vysokou účinnosťou premeny energie uloženej v palive a ďalej výhodám plynúcich z obmedzenia strát pri prenose a distribúcii elektriny zvýhodňované vyplácaním prevádzkovej podpory na vyrobenú elektrinu. Podporované sú aj zdroje s inštalovaným výkonom nad 5 MWe, ale podpora týchto zdrojov je znateľne nižšia.

Vývoj prevádzkovej podpory elektriny z vysokoúčinnej KVET

Podpora elektriny formou zelených bonusov na vyrobenú elektrinu je výrazne vyššia pre zdroje s inštalovaným elektrickým výkonom do 5 MWe. Táto skutočnosť zohľadňuje vyššie spomínané výhody malých decentralizovaných zdrojov. Vývoj priemernej hodnoty vyplácaných zelených bonusov pre sledované kategórie výroben je uvedený v tabuľke nižšie.

Zdroj dát: Teplárenské sdružení ČR

Zelené bonusy sú zložené z dvoch sadzieb - základnej a doplnkovej. Výrobne majúce nárok na doplnkovú sadzbu sú uvedené v príslušnom cenovom rozhodnutí ERÚ. Je vidieť podstatný rozdiel medzi bonusom pre elektrinu z malých kogeneračných jednotiek a z veľkých kogeneračných zdrojov.

Nasledujúca tabuľka zobrazuje vývoj celkovej vyplatenej podpory formou zelených bonusov pre zdroje KVET v Českej republike v členení na zdroje s inštalovaným elektrickým výkonom pod 5 MWe a nad 5 MWe.

Zdroj dát: Teplárenské sdružení České republiky

Ďalej je uvedená celková poskytnutá podpora pre výrobne elektriny z vysokoúčinnej KVET a objem podporenej elektriny v rokoch 2013 až 2016.

Zdroj: OTE

Aktuálny stav prevádzkovej podpory KVET v ČR

Hoci je podpora elektriny z vysokoúčinnej KVET zakotvená v českej i európskej legislatíve, ERÚ odmietal pre rok 2016 a následne aj pre rok 2017 podporu pre tieto výrobne vypísať. Dôvodom bolo chýbajúce notifikačné rozhodnutie Európskej komisie pre toto schéma podpory.

Podpora pre vysokoúčinnú KVET na rok 2016 bola v roku 2015 vypísaná až na základe nariadenia vlády na konci roka, a to iba pre existujúce zdroje uvedené do prevádzky do konca roku 2015. V roku 2017 bola podpora vypísaná iba pre výrobne uvedené do prevádzky do konca roku 2012 a ďalej pre výrobne uvedené do prevádzky po 1. januári 2016.

Aktuálne (ku koncu augusta 2017) stále čakajú na notifikačné rozhodnutie Európskej komisie výrobne elektriny z vysokoúčinnej KVET uvedené do prevádzky medzi rokmi 2013 až 2015. ERÚ v odôvodnení návrhu cenového rozhodnutia 23. augusta uviedol, že ak tieto výrobne nezískajú potrebné notifikačné rozhodnutie do 30. októbra, ich podpora nemusí byť poskytnutá.

Výmenníky tepla a ich úloha v KVET

Výmenníky tepla používané v systéme KVET sú rozhodujúcim faktorom pri dosahovaní maximálnej účinnosti. Spoločnosť Alfa Laval ponúka široký sortiment účinných doskových výmenníkov tepla vrátane veľmi kompaktných variantov, ktoré sú ideálne pre kompletné kontajnerové riešenia.

Medené spájkované doskové výmenníky tepla predstavujú kompaktné, účinné a bezúdržbové riešenie na vykurovanie, chladenie, odparovanie a kondenzáciu v mnohých aplikáciách. Od extrémne vysokých teplôt až po médiá s extrémne asymetrickým prietokom - portfólio výmenníkov tepla plyn-kvapalina od spoločnosti Alfa Laval zvládne viac ako iné doskové výmenníky tepla.

Priemyselný sortiment doskových výmenníkov tepla je vhodný na širokú škálu aplikácií od vykurovania, chladenia a spätného získavania tepla až po kondenzáciu a odparovanie. Takmer vždy existuje priestor na ďalšie zníženie spotreby energie a súvisiacich nákladov spätným získavaním energie stratenej ako teplo zo spalín. Alfa Laval Micro je kompaktný spalinový výmenník tepla špeciálne navrhnutý na tento účel.

Pokiaľ ide o kogeneráciu, spoločnosť Alfa Laval vyvinula rad výmenníkov tepla navrhnutých tak, aby poskytovali energeticky najefektívnejšie riešenie.

tags: #kombinovana #vyroba #kvet

Populárne príspevky:

• Kompletný sprievodca výsadbou rododendronov a azaliek
• ako pestovať rastliny v growboxe
• Pestovanie a produkcia v Nitrianskom kraji
• ako pestovať kukuricu na východe Slovenska
• Kompletný sprievodca pestovaním špargle