Cieľom modelového príkladu je ukázať ekonomický výpočet inštalácie kogeneračnej jednotky využívajúcej spa­ľovacie motory s palivom zemný plyn s celkovým tepelným inštalovaným výkonom do 2,4 MW a jej návratnosť, berúc do úvahy investičné a prevádzkové náklady. Okrem vyrobeného tepla sa v kogeneračnej jednotke vyrobí elektrina, pričom odberateľ má zabezpečené pripojenie do elektrickej distribučnej sústavy a odbyt vyrobenej elektriny.

 

1. POPIS ZDROJA A TECHNICKÁ CHARAKTERISTIKA PROJEKTU

Pre odberateľa z potravinárskeho priemyslu je potrebné zabezpečiť teplo. Požadovaná potreba tepla je na základe analýzy z minulých rokov je 2,4 MWt. Zariadenie má využívať v čo najväčšej miere obnoviteľné resp. vysokoúčinné zdroje energie.

 

Princíp kogeneračnej jednotky

Hlavný dôvod pre použitie kogeneračných jednotiek, t.j. zariadení pre kombinovanú výrobu tepla a elektrickej energie, je vyššia účinnosť premeny energie (v palive) na inú formu energie, v tomto prípade na tepelnú a elektrickú. Pri kombinovanom spôsobe výroby energie dochádza k šetreniu primárnej energie (obrázok č. 1), v porovnaní s oddelenou výrobou tepla a elektriny, až o 40%. Priamym dôsledkom šetrenia primárneho paliva je pokles emisií, ktoré vznikajú pri horení. Moderné spôsoby odstraňovania škodlivín (zo spalín) držia emisie ako NOx, CO, CO2, SO2 na veľmi nízkych úrovniach. To je možné docieliť (spaľovací motor) sériovo zapojeným trojcestným katalyzátorom s Lambda sondou. Plynom poháňané kogeneračné jednotky s katalyzátorom, v porovnaní s uhoľnými elektrárňami, resp. s elektrárňami, v ktorých sa spaľuje vykurovací olej, a výroba tepla v spaľovacích kotloch, vyprodukujú napr. minimálne o 25% menej NOx.

 

Obr.1: Porovnanie – oddelená a kombinovaná výroba elektriny a tepla

V súvislosti s kogeneráciou sa hovorí o technických systémoch – plynové motory, plynové turbíny, parné a plynové turbíny, a to na základe spaľovania zemného plynu (resp. iného fosílneho paliva). Ďalší možný systém (pri určitých okrajových podmienkach) je previazanie plynovej turbíny na parnú kondenzačnú turbínu – a to tam, kde je prvoradá výroba elektrickej energie. Kogeneračné jednotky je teda možné navrhovať ako na potrebu tepla, tak aj elektrickej energie, vždy podľa konkrétnych podmienok.

Účinnosť výroby elektrickej energie v kogeneračných jednotkách, podľa výkonu, sa pohybuje v intervale (30 – 45)%. Moderné paroplynové cykly dosahujú účinnosť okolo 60%.

Celý systém výroby elektrickej energie v plynových motoroch je založený na princípe premeny tepelnej energie na mechanickú prácu a následne prostredníctvom generátora na elektrickú energiu. Palivo sa privedie do spaľovacieho motora, kde dôjde k jej premene na tepelnú energiu a jej časť (približne 30% – 40%) sa premení na mechanickú energiu. Generátor (synchrónny, alebo asynchrónny) vygeneruje elektrickú energiu, ktorá sa prostredníctvom transformátora ďalej využije priamo na mieste, alebo sa predá do rozvodnej elektrickej siete. Zvyšná využiteľná časť tepelnej energie (50% – 60%) sa za pomoci sústavy výmenníkov využije na ohrev vody, resp. iného technologicky vhodného média. Tepelný výkon kogeneračnej jednotky je potom súčet tepelných výkonov jednotlivých okruhov (výmenníkov tepla) – výmenník chladenia motora (primárny okruh), spalinový výmenník a kondenzačný nízkoteplotný výmenník tepla (sekundárny okruh) (obrázok č.2).

 

Obr. 2: Využitie tepla a mechanickej energie v kogeneračnej jednotke

2. ZÁKLADNÉ VSTUPY A VÝSTUPY

3. EKONOMIKA PROJEKTU

Cieľom analýzy je ekonomické zhodnotenie nasadenia kogeneračného zdroja.

 

Výsledok ekonomickej analýzy po 15 rokoch

4. ZÁVERY A ODPORÚČANIA 

V prípadoch, kedy je potreba stabilnej dodávky tepla sa ako ekonomicky výhodné riešenie potvrdzuje spojenie výroby tepla a elektrickej energie v kogeneračnej jednotke na báze zemného plynu. Vďaka zaručenej výkupnej cene elektrickej energie na obdobie 15 rokov ako aj predpokladaným stabilným cenám plynu v dlhodobom horizonte predstavuje kogenerácia na zemný plyn stabilnú a nadštandardne rentabilnú investíciu.

 

Výhody plynových kogeneračných jednotiek

  • Dodatočný finančný profit z predaja vyrobenej elektrickej energie na obdobie 15 rokov,
  • Nezávislý zdroj výroby elektriny.

 

Nevýhody plynových kogeneračných jednotiek

  • Výsledná ekonomika projektu závislá od ceny plynu, reálneho využitia tepla (vyrobeného k spotrebovanému),
  • Meniaca sa legislatíva, t.j. každoročná zmena (zníženie) výkupnej ceny elektriny zo strany ÚRSO.

 

Zdroj: Prevádzkovateľ Internetových stránok