Barion Pixel

VGF&HKL szaklap

Kapcsolt termelés II.

2012/11. lapszám | Chiovini György |  2976 |

Az alábbi tartalom archív, 9 éve frissült utoljára. A cikkben szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

A kapcsolt áram- és hőtermelés közismert előnye, hogy a két termék együttes előállítása kevesebb tüzelőanyaggal történik,  mint ha azt két külön folyamatban végeznénk. Más megfogal- mazásban a nem kapcsoltan termelt áram előállításánál  veszteségbe menő hő hasznosul, így lesz ez a technológia gazda- ságosabb. Vagyis a hőhasznosítás a kapcsolt termelés kulcsa.

Kapcsolt termelés

A kapcsolt áram- és hőtermelés közismert előnye, hogy a két termék együttes előállítása kevesebb tüzelőanyaggal történik,  mint ha azt két külön folyamatban végeznénk. Más megfogal- mazásban a nem kapcsoltan termelt áram előállításánál  veszteségbe menő hő hasznosul, így lesz ez a technológia gazda- ságosabb. Vagyis a hőhasznosítás a kapcsolt termelés kulcsa.

De ez azt is jelenti, hogy a hőhasznosítás nem lehetőség, hanem gazdasági kényszer. Ha a kapcsolt termelés úgy történik, hogy a közben keletkező hő végül hasznosítatlan marad, az előny megszűnik. Kapcsolt termelő üzemeltetése ott és akkor indokolt, ahol és amikor egyidejűleg mindkét termékre valós igény van.  Lakóépületeinkre igaz, hogy áramot is használunk, fűtésre és használativíz-melegítésre hőenergiára is szükség van. A villamosenergia-igény gyakorlatilag folyamatos, azonban ingadozó. Az egyes háztartások között nagy különbségek vannak, de néhány villamos fogyasztó berendezés mindig működik. Ez az alapterhelés azonban szinte sehol sem nagyobb néhány száz wattnál. A csúcs ennek tíz-hússzorosa. Kapcsolt termelésnél a megoldás kézenfekvő: teljesítményfeleslegnél hálózatra táplálás, hiánynál vételezés onnan (1. ábra).

1. ábra Kapcsolt termelésnél: teljesítményfeleslegnél hálózatra táplálás, hiánynál vételezés onnan. 1. hőenergia-igény; 2. hőtároló; 3. kazán; 4. kapcsolt energiatermelő; 5. villamosenergia-igény; 6. villamos hálózat

Hőenergiára alapvetően a fűtéshez és a használati meleg víz előállításához van szükség. Villamos energiára egész évben szükség van, a fűtés azonban időjárás-, azaz évszakfüggő. A fűtési hőigény napi ingadozása viszont lényegesen kisebb a villamos igény napi ingadozásához képest. A HMV hőigénye hasonló a villamos igényhez: az egyes hónapok között nincs nagy eltérés, de egy napon belül nagy az ingadozás. Olyan hálózati kapcsolat, mint az áramnál, nincsen. A megtermelt hőt helyben kell elfogyasztani, a hiány külső forrásból nem pótolható. Ellenben a megtermelt hő helyben gazdaságosabban tárolható. A háztartási méretű kapcsolt termelők elengedhetetlen tartozéka egy hőtároló (puffertartály). Családi háznál a mérettartomány: 300-1000 liter.   Méretezés  monovalens rendszer

Akár meglévő épületről, akár új építésről van szó, dönteni kell a telepítendő kapcsolt termelő teljesítményéről. Két értékről van szó: hőteljesítmény, villamos teljesítmény. Tervezhetünk monovalens vagy bivalens rendszert. Monovalens rendszernél a kapcsolt termelő hőtelj

esítményének fedeznie kell a lakás teljes hőenergia-igényét (fűtés + HMV). A számításba jövő termékek névleges hőteljesítményének ezzel azonosnak vagy ennél nagyobbnak kell lenni.

A villamos teljesítmény kérdése nem ilyen egyszerű. Az egyes technológiák (gáz-, gőz-, Stirling-motor) között jellegzetes különbség van a hő- és villamos teljesítmény arányát tekintve (2. ábra). Egységnyi tüzelőanyagból a gázmotoros gépek állítják elő a legtöbb villamos energiát. A Stirling- és gőzmotoros gépeknél a villamos energia részaránya kisebb. (Az üzemanyagcellás technológia monovalens üzemre nem alkalmas.)

2. ábra Az egyes technológiák (gáz-, gőz-, Stirling-motor) között jellegzetes különbség van a hő- és villamos teljesítmény arányát tekintve.

A számunkra legkedvezőbb technológia kiválasztását számos körülmény befolyásolja. Az egyik a várható villamosenergia-hozam. Az eredendően jó, ha sok áramot tudunk termelni, hiszen végül is a kapcsolt termelés éppen ezáltal lehet kedvezőbb a gázkazános hőellátáshoz képest. Mégsem egyértelmű, hogy a gázmotoros megoldás a legjobb.

Egy adott gazdasági környezetben a nagy villamosenergia-hozam önmagában még nem elégséges. Németországban a háztartási méretű kapcsolt termelésből származó villamos energiáért viszonylag szerény összeget, átlagosan 5 cent/kWh-t fizet a kereskedő. Ezzel szemben a lakosság kb. 20 cent/kWh-ért vásárolja az áramot. Ez egyébként így indokolt is, hiszen a háztartások a hálózatot főleg csúcsidőszakban terhelik, és főleg völgyidőszakban táplálnak fel oda. 

Sokkal jobban megéri a hálózatról vételezendő áramot saját termeléssel kiváltani, mint értékesítésre termelni. Így a már megválasztott hőteljesítményhez optimálisan illeszkedő villamos teljesítmény meghatározása összetett feladat.

A pénzügyileg előnyös saját felhasználás növelésének módja a működési idő növelése. Ehhez az szükséges, hogy egyidejűleg hőigény is legyen. Nagy hidegben ez meg is valósul. Enyhébb időjárásnál és nyáron szakaszos a működés, akár napi néhány órára rövidül. A kisebb hőteljesítményű gépek üzemideje hosszabb. A nagyobb gépek rövidebb idő alatt megtermelik a szükséges hőt, és hosszabb ideig állnak. Emiatt egy kis gép például tavaszszal és ősszel több beszerzést vált ki az alapterheléses időszakban történő hosszabb működési idejével. Ugyanakkor nyáron lehet, hogy fordul a helyzet. Ha a használati meleg víz előállításához elég néhány óra, ezt időzíthetjük a villamos csúcsterhelés időszakára. Ebben az esetben a nagyobb villamos teljesítmény előnye érvényesül, mert 3-4 kW-os fogyasztási csúcsokat is fedezni képes.Az alapterhelés a legtöbb háztartásnál annyira kicsi, hogy egy 1 kW-os villamos teljesítményű gép is elégséges. Ez tükröződik abban, hogy a piacon sok gép található 1 kW-os villamos teljesítménnyel. Ezek között vannak még ennél kisebb részterheléssel is járatható típusok is. A nagyobb villamos teljesítményű gépek természetesen egy időegység alatt több áramot termelnek. Ennek azonban nagyobb része a hálózatra kerül (3. ábra). Az alapterhelésnél a saját termeléssel kiváltott beszerzés nem növekszik a gép villamos teljesítményével. A háztartások villamosenergia-    fogyasztása, annak évszak és napszak szerinti alakulása eltérő. Abban azonban megegyeznek, hogy egy napon belül az alapterheléses időszakok sokkal hosszabbak, mint a csúcsterhelésesek. Ebből következik, hogy a fogyasztás döntő része kis teljesítmény mellett történik. Kisebb az a hányad, ami a nagy teljesítményhez köthető. Összességében tehát megállapítható, hogy azonos működési idő mellett a kisebb villamos teljesítményű gépek közel annyi beszerzést váltanak ki, mint a nagyobbak.

A cikksorozat részei:

Kapcsolt termelés háztartási méretben III.

Kapcsolt termelés háztartási méretben II.

Kapcsolt termelés háztartási méretben I.

Látható, hogy a méretezés szorosan összefonódik a technológiaválasztással, aminek sok egyéb szempontja is van. Befolyásolja a döntést az is, hogy az adott típus fix teljesítményű vagy moduláló, részterheléssel is működtethető. De említhető a felterhelési idő. Üzemszünet utáni induláskor más dinamikával nő a hő-, és más dinamikával a villamos teljesítmény. Különbség van a veszteség alakulásában ebben a tranziens szakaszban. Egy gép dinamikus jellemzői befolyásolják a puffer tartályméretét, költségét, veszteségét. Egy „lassú” gép nem alkalmas a villamos csúcsok kihasználására. A sor folytatható.

Jelenleg a kis villamos teljesítményű gépek mintegy 16 kW hőteljesítmény-értékig készülnek. Ha ez nem elegendő, és ragaszkodunk a monovalens rendszerhez, akkor olyan gépek jönnek számításba, melyek legkisebb villamos teljesítménye 3 kW vagy annál több. Így a legnagyobb családi házhoz is találunk alkalmas berendezést. Egy kifejezetten nagy épületnél egyébként a villamos alapterhelés is nagyobb lehet a szokásosnál. Nem feltétlenül hátrányos a máshol optimális 1 kW-nál jóval nagyobb villamos teljesítmény.   Méretezés  bivalens rendszer

3. ábra A nagyobb villamos teljesítményű gépek természetesen egy időegység alatt több áramot termelnek. Ennek azonban nagyobb része a hálózatra kerül.A monovalens rendszer sajátossága, hogy meghibásodás esetén kiesik a teljes hőtermelő képesség. Ez is indíték lehet bivalens rendszer választására. De gazdasági érvek is szólhatnak mellette. Bivalens rendszer méretezésénél a villamosenergia-igényből indulunk ki. Ehhez választunk egy alkalmas villamos teljesítményű gépet. Erre a helyzetre is igaz, hogy a villamos fogyasztás alapterheléséhez célszerű igazodni. Ha a kiszemelt gép hőteljesítménye nem elég a mértékadó hőszükséglet fedezéséhez, akkor kiegészítő hőtermelőre van szükség. A fejlesztők elébe mentek ennek az igénynek, és beszerezhetők kombi berendezések. Egy burkolat alá beépítenek egy kapcsolt termelőt és egy külön égőt vagy kazánt (1. táblázat). Az adatok azt mutatják, hogy egy viszonylag nagy fűtési hőigényű épületbe is telepíthetők ezek a beren-  dezések. Meglévő épület korszerűsítésénél természetesen megtartható a jó állapotú gázkazán. De egyébként új létesítésnél sem kell ragaszkodni kombi berendezéshez.

A háztartási léptékű kapcsolt termelő az áramot drágán veszi és olcsón adja. Ez érthető, mert elsősorban a csúcsidőszakban vételez, és a völgyidőszakban táplál a hálózatra. Egy másik koncepció éppen arra épül, hogy a családi házak alkalmasak lehetnek csúcserőműnek. Lényege, hogy éppen akkor táplálnak a hálózatra, amikor a legnagyobb a villamosenergia-rendszer terhelése. De mivel kapcsolt termelésről van szó, a hő hasznosítását is meg kell oldani. A hő azonban egyszerűbben tárolható, mint a villamos energia.Egy épület (háztartás) hő- és villamosenergia-igénye és ezek aránya adottság. Ugyanígy adottság egy kapcsolt termelő hő- és villamos teljesítménye, illetve ezek aránya. Monovalens rendszernél kisebb a választás szabadsága, bivalens rendszernél nagyobb a mozgástér. A kapcsolt termelés szempontjai szerint határozzuk meg a technológiát és a gép teljesítményadatait. A „hiányzó” hőteljesítményt a kiegészítő hőtermelő fedezi. Választhatunk jó villamos hatásfokú gázmotort, és nem jelent akadályt, hogy hőteljesítménye kisebb a teljes hőigénynél. Meghatározó a kapcsolt termelő hőteljesítményének (P1) aránya a teljes hőteljesítményhez (P1+P2) képest (4. ábra). Villamosenergia-termelés csak a kapcsolt termelővel fedezett fogyasztáshoz tartozik. Az arányok helyes megválasztásánál figyelembe kell venni az éves villamos és hőenergia-     fogyasztás mennyiségét és arányát. Több cég is gyárt 1 kW-os villamos teljesítményű gépeket, melyek hőteljesítménye 3 és 8 kW között van, típusonként eltérően. Ha például egy 5 kW-os egységet veszünk alapul, és a teljes hőigény 12 kW, akkor ezzel a kb. 40 százalékos teljesítményaránnyal az éves hőfogyasztás kb. 70 százaléka kapcsolt termelésből fedezhető.

4. ábra Meghatározó a kapcsolt termelő hőteljesítményének (P1) aránya a teljes hőteljesítményhez (P1+P2) képest. Villamosenergia-termelés csak a kapcsolt termelővel fedezett fogyasztáshoz tartozik.

Egy másik koncepció

Németországban egy igen ambiciózus tervet készítettek ennek az elgondolásnak a megvalósítására. 2000 MW kapacitást akarnak így kiépíteni, ami mintegy százezer kis kapcsolt termelő telepítését igényli. Az ügyféllel szerződést kötnek, amelyben vállalja, hogy a házban egy gázmotoros egységet helyeznek el, némi bérleti díj ellenében (fotó, 16. o.). A hő átvételére az ügyfél kötelezettséget vállal. Csak azok az épületek jönnek számításba, amelyek éves hőfogyasztása legalább 40 000 kWh (4000 m3 földgáz). Az ügyfél hődíjat fizet, ez valamivel több, mint a földgáz ára. Egyéb kiadása a hőfogyasztás után nincsen. A ténylegesen fizetendő öszszeg azonban kisebb, mert az áramért egy névleges térítés jár. Összességében tehát nagyjából ott van, mintha földgázzal fűtene és vizet melegítene. Ugyanakkor a szokásos járulékos költségek (amortizáció, karbantartás, kémény stb.) nem merülnek fel. A vállalkozó évi kb. 24 000 kWh áramra számít, amit kedvező feltételekkel tud értékesíteni. A befektetése abból térül meg, hogy a hőeladás hozzávetőlegesen nullszaldós, viszont az áramért többet kap, mint az előállítása költsége, beleértve az állandó költségeket is. Kockázatot a földgáz- és az áramdíjak hosszabb távú alakulása okoz. A koncepció mögött a telepítendő kapcsolt gázmotoros termelő berendezések gyártója áll. (Folytatjuk)


Kérjük, szánjon pár pillanatot a cikk értékelésére. Visszajelzése segít a lap és a honlap javításában.

Hasznos volt az ön számára a cikk?

 Igen

 Nem