Kogeneračné jednotky vyrábajú teplo a elektrinu súčasne. Vyriešia sa tak dva problémy v domácnosti. Štát presadzuje aj moderné, ekologické vykurovanie. Pre koho sa však kombinovaná tepelná a energetická jednotka oplatí? V našom sprievodcovi vysvetľujeme, ako to funguje, požiadavky na inštaláciu a náklady.
Kogeneračná jednotka ako kúrenie: najdôležitejšie veci na prvý pohľad
- Elektráreň na kombinovanú výrobu elektriny a tepla súčasne vyrába elektrinu a teplo na princípe kombinovanej výroby elektriny a tepla, po ktorom teplo z výroby elektriny prúdi do vykurovacieho okruhu. Z tohto dôvodu sa účinnosť systému pohybuje okolo 90 percent. Pre porovnanie: priemerná plynová elektráreň sa pohybuje okolo 40 percent.
- Kompaktné systémy pozostávajú z pohonu (motor, turbína alebo palivový článok), generátora a výmenníka tepla.
- Kogeneračné jednotky môžu byť prevádzkované na plyn, naftu, drevené pelety alebo uhlie, v závislosti od použitej technológie. S bioplynom alebo drevom ako palivom môžete pracovať úplne neutrálne z hľadiska CO2.
- V závislosti na veľkosti a výkone sú kombinované systémy na výrobu tepla a elektriny rozdelené na nano, mikro, mini a štandardné jednotky na kombinovanú výrobu tepla a energie. Nano kombinované elektrárne na výrobu elektriny a tepla sú tiež hospodárne pre rodiny s deťmi.
- To, či sa tepelná elektráreň blokového typu oplatí, závisí od jej využitia kapacity. Okrem dlhej doby chodu je cena elektriny prevádzkovateľa siete rozhodujúca aj na krátke amortizačné obdobie.
- Spolkový úrad pre hospodárstvo a kontrolu (BAFA) podporuje inštaláciu zariadení na kombinovanú výrobu elektriny a tepla s fixnými dotáciami a príplatkami k tarife za elektrinu. Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) a niektoré spolkové krajiny tiež ponúkajú finančné stimuly a lacné pôžičky.
Ako funguje kombinovaná tepláreň?
Kogeneračná jednotka je systém, ktorý vyrába elektrinu aj teplo. Využíva princíp kombinovanej výroby tepla a energie, podľa ktorého sa mechanická energia motora (výkon) používa na výrobu elektriny a jej horúce výfukové plyny poskytujú teplo. To znamená, že elektrárne na kombinovanú výrobu elektriny a tepla dosahujú vysokú účinnosť 90% a viac. Vyrobená energia pozostáva v priemere z jednej tretiny elektriny a dvoch tretín tepla. Tieto čísla sa však líšia v závislosti od systému a dizajnu. Technológia kombinovanej tepelnej a energetickej jednotky sa hodí do krytu, ktorý je zhruba taký veľký ako chladnička. Názov blokovej tepelnej elektrárne je odvodený od kompaktných rozmerov.
Niektoré elektrárne na uhlie a plyn tiež využívajú kombinovanú výrobu elektriny a tepla. V roku 2017 bol ich podiel na čistej výrobe elektriny v Nemecku 21 percent. Vo veľkej elektrárni však potrubie dopravuje teplo na miesto spotreby, pretože obytné oblasti a podniky sú ďaleko. Straty sú počas tejto cesty nevyhnutné. Špecialitou blokových tepelných elektrární je, že elektrina aj teplo sa vyrábajú lokálne a decentralizovane. To výrazne zvyšuje ich účinnosť v porovnaní s centralizovanými systémami.
Kvôli nízkym stratám a možnosti ich prevádzkovania s biopalivami sú tepelné elektrárne blokového typu pilierom prechodu energie. Federálna vláda presadzuje od roku 2000 vlastníkov blokových tepelných elektrární s rôznymi modelmi odmeňovania. V posledných rokoch sa zvýšil počet takzvaných nano a mikro kombinovaných tepelných a energetických jednotiek na trhu. Systémy s výkonom až 15 kilowattov sa za určitých podmienok oplatia aj pre súkromných spotrebiteľov.
Proces v skratke
Kogeneračná jednotka pracuje v nasledujúcom poradí:
- Plynový, naftový alebo parný motor poháňa generátor pomocou hriadeľa. Väčšie kogeneračné jednotky tiež namiesto motorov využívajú plynové turbíny. Plyn je stlačený a dosahuje vysoké teploty. Horúci plyn potom poháňa menšie turbíny, ktoré prenášajú mechanickú energiu do generátora.
- Generátor vyrába elektrinu. Spotrebuje sa buď v domácnosti alebo v spoločnosti alebo prúdi do verejnej elektrickej siete.
- Výmenník tepla prenáša teplo spalín na vykurovaciu vodu.
- Chladiaca voda motora a horúci motorový olej tiež prenášajú teplo na vykurovaciu vodu pomocou výmenníka tepla.
Výstavba kombinovanej teplárne
Typ vykurovania pozostáva z nasledujúcich prvkov:
- Motor
Najbežnejšími motormi pre kombinovanú výrobu elektriny a tepla sú plynové, naftové, parné a Stirlingove motory. Každý typ motora má svoje výhody aj nevýhody. Benzínové motory na benzínový pohon sa považujú za efektívne a odolné, ale vyžadujú pravidelnú údržbu. Najvyššiu účinnosť majú naftové motory, ktoré sú však nákladnejšie ako benzínové motory. V prípade Stirlingových motorov je na rozdiel od Ottových a naftových motorov dodávané teplo zvonka. Môžu byť prevádzkované s drevom alebo peletami, a preto sú obzvlášť šetrné k životnému prostrediu a vyžadujú tiež malú údržbu. Elektrická účinnosť je však nižšia ako u benzínových motorov. - Plynová turbína (ako alternatíva k motoru)
Kompresor stláča okolitý vzduch na vysoký tlak. Zmes vzduch-plyn horí v spaľovacej komore a dosahuje vysoké teploty. Horúci plyn poháňa generátor. Kvôli vysokým nákladom sa plynová turbína oplatí iba pre väčšie elektrárne na kombinovanú výrobu elektriny a tepla. - Palivový článok (ako alternatíva k motoru)
V palivových článkoch reaguje vodík a kyslík počas takzvaného studeného spaľovania. Pritom vyrábajú elektrinu a teplo. Kogeneračné jednotky s pohonom na palivové články predstavujú relatívne novú technológiu, pretože fungujú neutrálne z hľadiska CO2, čoraz viac sa rozširujú najmä v nano a mikro kombinovaných elektrárňach. - Generátor
Generátor na výrobu elektriny môže byť synchrónny aj asynchrónny. Generuje trojfázový striedavý prúd a zvyčajne je pripojený k nízkonapäťovému systému budovy. Majitelia tepelnej elektrárne blokového typu používajú elektrinu sami alebo ju napájajú do verejnej siete. V druhom prípade dostávajú odmenu od prevádzkovateľa siete a ďalší pevný príplatok podľa zákona o kombinovanej výrobe tepla a elektriny.
Ako funguje kombinovaná tepelná a energetická jednotka poháňaná motorom.
- Výmenník tepla
Úlohou výmenníka tepla je odovzdávať teplo z výfukových plynov, chladiacej vody motora a motorového oleja do úžitkovej vody vo vykurovacom okruhu. Medzi najčastejšie používané výmenníky tepla patria plášťové a rúrkové výmenníky tepla a doskové výmenníky tepla. - Regulácia
Regulácia umožňuje operátorom kombinovanej teplárne konfigurovať rôzne parametre. Okrem iného ním nastavujete prevádzkový režim. Moderné elektrárne na kombinovanú výrobu elektriny a tepla je možné ovládať prostredníctvom aplikácie v notebooku alebo dokonca v smartfóne. - Kotol so
špičkovým zaťažením Kotol so špičkovým zaťažením nepatrí do blokovej tepelnej elektrárne. Ak je to však potrebné, prevádzka prebieha paralelne, aby sa pokrylo špičkové zaťaženie v spotrebe tepla. Dimenzovanie blokovej tepelnej elektrárne podľa špičkových zaťažení nemá ekonomický zmysel, pretože počet prevádzkových hodín by zostal príliš nízky. Kombinovaná elektráreň na výrobu elektriny a tepla, ktorá pokrýva základné zaťaženie, je oveľa efektívnejšia. Ako doplnok k jednotke kombinovanej výroby elektriny a tepla sú vhodné všetky typy kotlov, ako sú plynové a olejové kondenzačné kotly. - Akumulačný
zásobník Akumulačný zásobník nie je povinný v zariadeniach na kombinovanú výrobu elektriny a tepla, ale má ekonomický zmysel, najmä pre súkromných spotrebiteľov, pretože spotreba teplej vody počas dňa výrazne kolíše. Nádoba obsahuje vykurovaciu vodu a slúži na akumuláciu prebytočného tepla. Ak systém nedokáže uspokojiť dopyt počas špičkových zaťažení, horúca voda prúdi do vykurovacieho okruhu. Pre jednotku kombinovanej výroby elektriny a tepla s výkonom 50 kilowattov je vyrovnávací zásobník ideálne 3 000 litrov, pre nano kombinovanú jednotku výroby a dodávky tepla v rodinnom dome postačuje zvyčajne 1 000 litrov.
Palivo na kúrenie
V blokovej tepelnej elektrárni sa v závislosti od technológie pohonu používajú tieto palivá:
- Zemný plyn vrátane skvapalneného plynu
- Bioplyn z fariem
- Vykurovací olej
- Rastlinný olej, ako je repkový alebo palmový olej (iba pre niektoré naftové motory)
- Drevené pelety (iba pre Stirlingove a parné stroje)
- Drevná štiepka / drevný plyn (iba pre veľké elektrárne na kombinovanú výrobu elektriny a tepla)
- Čierne uhlie alebo lignit
Drevené pelety sú ekologickým spôsobom prevádzky zariadení na kombinovanú výrobu elektriny a tepla.
Klasifikácia zariadení na kombinovanú výrobu elektriny a tepla podľa výkonu
Nasledujúca tabuľka poskytuje prehľad typov kombinovaných tepelných a energetických jednotiek:
|
označenie |
moc |
použitie |
technológie |
|---|---|---|---|
|
Nano |
Až okolo 2,5 |
Rodinné domy |
Stirlingov motor, parný stroj, |
|
Mikroblokové tepelné |
2,5 až 15 |
Bytové domy |
Stirlingov |
|
Mini |
15 až 50 |
Malé výrobné spoločnosti, |
Plynový motor, parný motor, |
|
Kogeneračné jednotky |
50 až 250 |
Veľké výrobné závody, |
Plynové turbíny, naftové a |
tlmočenie
Kogeneračné jednotky je možné navrhnúť na elektrinu alebo teplo. V prvom variante je rozhodujúca výroba elektriny. Pretože však systémy vyrábajú viac tepla ako elektriny a chýba dostatok tepla, veľká časť tepla zostáva nevyužitá. Preto je väčšina kombinovaných teplární dimenzovaná podľa potreby tepla.
Distribúcia a budúcnosť kombinovanej výroby elektriny a tepla
Väčšina komponentov kogeneračnej jednotky nie je novým vynálezom. Stirlingov motor existuje od roku 1816. Generátory tiež vyrábajú elektrickú energiu od druhej polovice 19. storočia. Princíp kombinovanej výroby tepla a elektriny je tiež známy už dlho. Už v roku 1902 vyrábali parné turbíny elektrinu v teplárni Beelitz-Heilstätten, zatiaľ čo teplo z pary ohrievalo budovu.
Po dlhú dobu však neexistoval spôsob, ako túto technológiu zmenšiť, aby sa kompaktné systémy pre súkromnú výrobu energie vyplatili. Prvé zariadenia na kombinovanú výrobu tepla a elektriny prišli na trh v polovici 80. rokov. V roku 2000 vstúpila do platnosti prvá verzia zákona o kombinovanej výrobe tepla a elektrickej energie. Prvýkrát poskytlo granty pre majiteľov kombinovaných tepelných a energetických jednotiek. Úpravy sa vykonali v rokoch 2009 a 2016.
Dánsko hrá vedúcu úlohu pri inštalácii elektrární na kombinovanú výrobu elektriny a tepla v celej Európe. Už v roku 2005 pochádzalo 50 percent vyrobenej energie z elektrární na kombinovanú výrobu elektriny a tepla.
Aj v Nemecku sa za posledné roky zvýšil počet kogeneračných jednotiek na súkromné použitie. Tento typ vykurovania však stále nepatrí medzi najbežnejšie. Existujú väčšinou historické dôvody. Najmä decentralizovaná výroba energie nabrala na obrátkach až na prelome tisícročí vďaka zákonu o obnoviteľných zdrojoch energie. V súvislosti s prechodom na energiu budú pravdepodobne tiež čoraz dôležitejšiu úlohu zohrávať elektrárne na kombinovanú výrobu tepla a elektriny.
Požiadavky na inštaláciu kúrenia
- Ak chcete inštalovať kombinovanú jednotku na výrobu elektriny a tepla, teplota spiatočky vášho vykurovacieho systému by mala byť menej ako 70 stupňov Celzia. Ak je vyššia, výmenník tepla už nemôže úplne odvádzať teplo z motora. V takom prípade systém funguje nehospodárne. Ak je motor príliš horúci, systém sa tiež sám vypne.
- Ďalšou požiadavkou je pripojenie k miestnemu plynovodu, ak generátor poháňa plynový motor. Niektoré blokové tepelné elektrárne však možno prevádzkovať aj na skvapalnený plyn.
- Pri inštalácii kombinovanej výroby elektriny a tepla sú potrebné ďalšie dva elektromery. Zatiaľ čo prvý meria vyrobenú elektrinu, druhý zaznamenáva podiel, ktorý prúdi do verejnej siete. Je to dôležité okrem iného aj preto, aby ste od operátora siete dostali tarifu výkupného.
O ďalšie elektromery pre svoju kombinovanú jednotku na výrobu tepla a energie môžete požiadať u svojho sieťového operátora.
Účinnosť a oblasti použitia kombinovanej výroby elektriny a tepla
Kogeneračné jednotky sa používajú v rodinných a viacgeneračných domoch, podnikoch a verejných zariadeniach, ako sú školy a bazény. Pretože čas amortizácie klesá s veľkosťou systému, sú v mnohých nemocniciach, kancelárskych budovách a školách inštalované systémy s výkonom 50 kilowattov alebo viac.
V zásade platí, že kombinovaná výroba elektriny a tepla dosahuje kombináciu výroby tepla a elektriny vyšší stupeň účinnosti ako všetky ostatné typy vykurovania. Ak sa pozriete iba na výrobu energie, elektrická účinnosť sa pohybuje medzi 25 a 40 percentami. Elektráreň na kombinovanú výrobu elektriny a tepla však na výrobu elektriny využíva iba časť energie. Karty údajov a štatistické údaje preto poukazujú na celkovú efektívnosť.
Kogeneračné jednotky vyrábajú elektrinu oveľa efektívnejšie ako konvenčné elektrárne na uhlie alebo plyn. Priemerná tepelná elektráreň dosahuje účinnosť 45 až 50 percent. Ako teplo sa stratí 50 až 55 percent energie. Ďalšie energetické straty 3 až 6 percent vznikajú pri preprave elektriny.
Uhoľné a plynové elektrárne s kombinovanou výrobou tepla a elektriny dosahujú celkovú účinnosť 86% a viac. V dlhých potrubiach sa však stratí 10 až 15 percent rekuperovaného tepla.
Obrázok nižšie ukazuje, prečo je kombinácia výroby elektriny a tepla taká efektívna. So 100 jednotkami energie získate v príklade 36 jednotiek elektriny a 51 jednotiek tepla blokovej tepelnej elektrárne. Na rovnaké množstvo elektriny by ste museli počítať 80 energetických jednotiek s klasickou elektrárňou s účinnosťou 45 percent. Decentralizovaný plynový vykurovací systém s účinnosťou 84 percent vyžaduje na teplo ďalších 60 energetických jednotiek. Spolu je to 140 energetických jednotiek. Vďaka kogeneračnej jednotke ušetríte v tomto príklade 40 percent energie.
Kogeneračná jednotka využíva energiu optimálne s minimálnymi stratami.
Z ekologického hľadiska je možné blokovú tepelnú elektráreň prevádzkovať úplne CO2 neutrálne alebo s nízkymi emisiami CO2, ak sa používajú palivá ako bionafta, bioplyn alebo drevené pelety. Aj keď je kogeneračná jednotka prevádzkovaná na fosílne palivá, je z dôvodu vysokej účinnosti efektívna z hľadiska životného prostredia.
Kedy sa oplatí kombinovaná tepláreň? Porovnanie s inými ohrievačmi
Pokiaľ ide o bežné vykurovacie systémy, ako je plynové kúrenie, účinnosť kombinovanej tepelnej a energetickej jednotky je na prvý pohľad len o niečo vyššia. Moderné kotly dosahujú účinnosť 90 percent a viac. Pokiaľ ide iba o vykurovanie, kombinovaná výroba elektriny a tepla nie je nevyhnutne účinnejšia. Výhodou je, že súčasne vyrábajú aj lacnú elektrinu. Majitelia šetria náklady používaním lacnejšej elektrickej siete.
To, či sa vám nákup oplatí alebo nie, závisí od vašej spotreby tepla a elektriny. Kvôli vyšším obstarávacím nákladom v porovnaní s klasickým kotlom sú blokové tepelné elektrárne zvlášť užitočné pre domácnosti a zariadenia, ktoré majú po celý rok stálu potrebu tepla. Mikro alebo mini blok typu tepelnej elektrárne by mal byť v prevádzke najmenej 5 000 hodín ročne, aby fungoval efektívne.
Ďalšími faktormi, ktoré ovplyvňujú efektívnosť kombinovanej výroby elektriny a tepla, sú investičné náklady, technológia, súčasné ceny sieťovej elektriny a palív a zmeny v dotačných programoch. Ak chcete inštalovať kombinovanú jednotku na výrobu elektriny a tepla, odporúčame vám nezávislé a profesionálne poradenstvo. Energetický poradca s vami navrhne porovnávací výpočet, ktorý zohľadní všetky parametre.
Tip: Porovnajte účinnosť a náklady kombinovanej jednotky na výrobu tepla a energie s inými typmi vykurovania v našom prehľade kompaktného vykurovania.
Náklady na kombinovanú výrobu elektriny a tepla
Náklady na blokovú tepelnú elektráreň sa líšia v závislosti od veľkosti systému a nainštalovanej technológie. Pre nano kombinovanú výrobu elektriny a elektriny sa začínajú na 15 000 eurách. Pri mikrokogeneračnej jednotke by ste mali očakávať 20 000 až 25 000 eur. Rozhodujúca nie je iba kúpna cena. Niekoľko tisíc eur stálo aj pripojenie na plynovú a elektrickú sieť a príslušenstvo, ako napríklad vyrovnávací zásobník.
Pri výpočte ziskovosti kombinovanej tepelnej a energetickej jednotky by ste okrem investičných nákladov mali brať do úvahy aj náklady na údržbu. V prípade nano a mikroblokovaných tepelných elektrární sa jedná o 500 až 1 000 eur alebo 3 centy za kilowatthodinu vyrobenej elektriny za rok. Výrobcovia zariadení na kombinovanú výrobu elektriny a tepla často ponúkajú zmluvy o úplnej údržbe.
Prevádzkové náklady kombinovanej výroby elektriny a tepla závisia od paliva. S nano kombinovanou tepelnou a energetickou jednotkou na zemný plyn je spotreba podobná spotrebe bežného plynového vykurovacieho systému, podľa vašich potrieb. K tomu sa pripočítajú prevádzkové náklady kotla so špičkovým zaťažením.
Právne predpisy a financovanie
Súčasná verzia zákona o kombinovanej výrobe elektriny a elektriny z roku 2016 upravuje propagáciu zariadení na kombinovanú výrobu elektriny a tepla. Zahŕňa to fixné granty na inštaláciu, ako aj odmenu za elektrinu vyrobenú vykurovaním.
Malé blokové tepelné elektrárne s výkonom do 20 kilowattov (elektrický výkon) dostávajú od BAFA odstupňovanú dotáciu. Napríklad 10 kilowattový systém stojí 3 400 eur. Obzvlášť efektívne elektrárne na kombinovanú výrobu tepla a elektriny s druhým výmenníkom tepla na spaliny na využitie výhrevnosti dostávajú ďalších 25 percent základnej dotácie. Štát odmeňuje systémy s vysokou elektrickou účinnosťou 60 percentami základnej dotácie.
Tip:Odošlite žiadosť o financovanie vašej kombinovanej jednotky na výrobu elektriny a tepla do 31. decembra 2020, pretože tento program financovania vyprší na konci roka!
Kreditanstalt für Wiederaufbau podporuje aj nákup zariadení na kombinovanú výrobu elektriny a tepla. Vďaka programom 271 a 281 pre veľké blokové tepelné elektrárne a 270 pre malé systémy poskytuje pôžičky s nízkymi úrokovými sadzbami a rokmi bez splácania, ktoré môžu pokryť aj úplné obstarávacie náklady. Program 433 je možné použiť pre minisystémy s pohonom na palivové články. Na jeden palivový článok je dotácia až 28 200 eur.
Okrem jednorazových platieb a pôžičiek s nízkym úrokom pri nákupe zákon o kombinovanej výrobe elektriny a energie poskytuje aj granty počas celej doby prevádzkovania jednotky kombinovanej výroby elektriny a tepla. Okrem odmeny prevádzkovateľa siete dostávajú majitelia ďalší bonus za elektrinu dodávanú do verejnej siete. V závislosti na elektrickom výkone systému sa pohybuje od 8 centov za kilowatthodinu pre systémy s kapacitou do 50 kilowattov do 4,4 centov za kilowatthodinu pre veľké elektrárne s kombinovanou výrobou tepla a elektriny s výkonom nad 250 kilowattov. Grant je obmedzený na určité obdobie. Pri mini kogeneračných jednotkách do 50 kilowattov je to 60 000 celých hodín používania.
