Gyöngyösön, a Mérges úti távfűtési kazánház rekonstrukciójánál, konkrét példán lehet bemutatni az új, elvi megfontolásokat, megvalósulásukat és az eddigi részeredményeket. Helyzetelemzés, távlati szempontok mérlegelése a távhőellátásban, a rekonstrukció iránya.

Hosszú távú szemléletnél a rendszer elvi alapjait érdemes áttekinteni. Az állami szabályozások rendszeresen változnak. Az egyik szélső helyzet az volt, amikor az áram szabályozott átvételi ára még azt is rentábilissá tette, hogy nyári állapotra külön hűtőegységek beruházási költsége is megtérüljön, tehát a megtermelt hőt külön pénzért dobják ki a szabadba, a másik szélső helyzet valószínűleg a közelmúlt, amikor már a meglévő, működőképes állomány fenntarthatósága is kérdésessé vált. A kogeneráció, más néven CHP (Combined Heat and Power), azaz kombinált hő- és energiatermelés, átfogóan a villamos- és hőenergia együttes termelését jelenti, egyazon primer energiaforrásból, mintegy duplán kihasználva azt.

E kettős energiatermelés nagy jelentőségű energiahatékonysági szempontból azon fogyasztóknak, akik egyaránt felhasználnak hő- és villamos energiát, valamint ezen felhasználásukat ők maguk szeretnék kontrollálni. (Egy további berendezés, például egy abszorpciós hűtő beépítésével trigenerációról, azaz kapcsolt hő-, hideg- és villamosenergia-előállításról beszélhetünk.) A kogeneráció legnagyobb előnye abban rejlik, hogy a kettős energiatermelés jóval nagyobb össz-energetikai hatásfokkal valósítható meg, ami ráadásul párhuzamosan a primer energiahordozó megtakarításával, költségcsökkenéssel és kevesebb káros anyag kibocsátásával jár. A primer energiahordozó lehet gáz, de lehet biomassza is.

A jövőben a biomassza alapú kogeneráció egyre nagyobb jelentőségű lesz, kiegészítve akár hulladékhasznosításból származó, termelt primer energiahordozó felhasználásával is. (A technika és a kutatások mai állása már lehetővé teszi kémény, azaz légszennyezés nélküli, magas hőmérsékletű, azaz steril anyagbontás révén, akár ma termelődő, akár több évtizede földtakarás alatt lévő bármely szerves anyag, például műanyagok primer energiahordozóvá történő átalakítását. Ráadásul ezen az úton a fémtartalom is kinyerhető, tehát az eljárás a vízbázis védelmét is szolgálja. E téren jelentős eredményeket ígérő kutatások folynak Gyöngyösön.) Ami a hagyományos villamosenergia-termelés során hulladékhőként jelentkezik, annak a kogenerációs eljárással legalább 2/3 részét tovább lehet hasznosítani. Ez pedig azt jelenti, hogy ezen berendezések hatásfoka 80-90% körüli, míg a hagyományos gázalapú villamosenergia-termelésé csupán 30-35%. A megtermelt hőenergia gőz, illetve meleg víz formájában jelentkezik, így azok szállítása nagy távolságokra nehéz.

A CHP erőművek decentralizáltan helyezkednek el és helyi energiaigényeket látnak el, elsősorban helyi hőenergia-igényeket, például épületek hűtését-fűtését, vízmelegítést, távhőszolgáltatást. A hővel ellentétben a megtermelt villamos energia elszállítására viszont van lehetőség, amennyiben a termelő közvetlenül betáplál a villamosenergia-hálózatba. A CHP erőművek meglévő teljesítménytartománya és decentralizált elhelyezkedése, továbbá szinte azonnali üzemeltetési (rákapcsolási) képessége új, eddig tudatosan nem kihasznált lehetőséget is jelenthet a rendkívül drága „csúcs” áramigény részbeni kielégítésére is.

Amennyiben az állami szabályozás legalább szolid haszonnal lehetővé teszi a CHP erőművek üzemeltetését, az állam, illetve az áramszolgáltató részére megnyílhat egy „parancsjellegű” (akár az éjszakai áramszolgáltatáshoz hasonlóan központilag vezérelt) kötelező üzemeltetési idő lehetősége, mely a csúcsáram-szolgáltatás gondjait enyhítheti.

1. kép A meglévő, kiindulási állapot 8 db LÁNG Gépgyár CKF 130 típ.,1,5 MW teljesítményű gázkazán

Természetesen ekkor a termelt áram ára is magasabb lehet. A CHP rendszer további előnye távfűtésnél, hogy a többlet hő tárolására is képes kiterjedt hálózata révén, azaz semmi gondot nem jelent, ha a hálózatban keringtetett primer fűtőközeg hőmérséklete akár 80- 90 °C-ra is megemelkedik, mert a csúcsáram-vétel utáni üzemszünetben ez a hőmennyiség is maradéktalanul felhasználható, míg visszaáll a primer közeg üzemi, szabályozott hőfoka. A szekunder oldalak e változásokat már ma is képesek lekezelni. A CHP technológia használhat gázmotort, gázturbinát, biomasszát vagy akár üzemanyagcellát is. A kogenerációs technológia alkalmazásának előnyei tehát távfűtésnél:

• Kedvező hatásfok, mely még tovább is javítható alacsony hőfokszintű felhasználói igény esetén.

• Energia-megtakarítás, amely szintén tovább javítható az áramszolgáltatóval történő fokozottabb együttműködés révén.

• Független, decentralizált energiatermelés, melynek nagy előnye a fel- és letranszformálási veszteségek elmaradása, azaz a hálózati költségek kisebbek.

• Szabályozható, rugalmas felhasználás, amelynél új lehetőségek nyílnak meg a csúcsáram-fogyasztásnál – a kötelező üzemeltetés révén – mindkét fél hasznára.

• Környezetkímélő, és itt szintén új lehetőségek feltárása várható az import földgáz (részbeni) kiváltása esetén, és a meglévő gázellátás összes közműelemét tovább működtetni képes, alternatív gázközegek megjelenése (depóniagáz, szintézisgáz, fagáz, gázkeverékek) révén. További előny, hogy az eltérő gázminőség fogadása jobban megoldható, mint átlagos gázfogyasztóknál. Elvi megközelítés alapján tehát a CHP technológia jövője megalapozott, az állami szabályozási rendszer esetleges negatív változásai esetén is érdemes fenntartani, mert jelentős további fejlődési, fejlesztési potenciált tartalmaz, a primer hálózat puffer jellegű használatát is figyelembe véve.

■ Földgáztüzelésnél a gázkazáncsere oka és célszerű mértéke
Elsődleges szempont az üzemeltetési és szolgáltatási biztonság. A kazáncsere szükséges mértéke az eddigi maximális hőigény elemzése alapján határozható meg. Jelen esetben ez a rekonstrukció első lépcsője lett. A Mérges úti kazánházban a nyolc gázkazán által szolgáltatott 12 MW fűtési teljesítmény helyett, az eddigi üzemeltetési tapasztalatok szerint max. 8-9 MW fűtési teljesítmény lett volna szükséges. Javasolható méretezési adatok a hosszú távú igényváltozások figyelembe vételével:
• primer hőfok (tél): 65/50 °C,
• primer hőfok (nyár): 55/35 °C,
• szekunder hőfok (fűtés): 50/40 °C,
• szekunder hőfok (HMV): 10/45 °C.

 

konkrét példánk

A gyöngyösi, Mérges utcai távfűtő kazánházban 30-35 éve működő, egyenként 1,5 MW teljesítményű gázkazánok között már előfordult meghibásodás, üzemmeleg állapotban szabálytalan vízelfolyás, mely hideg állapotban végzett nyomáspróba alapján már nem volt bizonyítható. Lehetséges, hogy a hőtágulásnak szerepe volt az eltérő nyomástartási viselkedésben, és így vélelmezhető volt, hogy az élettartamot jelentősen meghaladó üzemeltetési idő miatt anyagfáradásos jellegű meghibásodások várhatók. A távfűtési rendszer eddigi hőfokjellemzői: • primer hőfok (tél): 95/60 °C, • primer hőfok (nyár): 65/35 °C, • szekunder hőfok (fűtés): 70/50 °C, • szekunder hőfok (HMV): 10/55 °C.

 

Ezekkel az alacsonyabb hőfokokkal nagyobb hőcserélő felület adódik az alhőközpontokban, de hosszabb távon lehetővé válik a hálózati víz hőfokának csökkentése télen és nyáron egyaránt, ami a hőveszteséget csökkenti, így megtakarítást jelent. Hosszabb, 10-15 éves távlatban feltételezhető, hogy az összes kiszolgált épületen lesz legalább 10-15 cm vastag külső hőszigetelés, az ablakok jól zárók lesznek, és a penészesedés elkerülésére hőhasznosított légcserét biztosító berendezések kerülnek elhelyezésre. A fűtőtestek vélhetően eredeti nagyságban megmaradnak.

Ezen várható változások összességében azt jelentik, hogy a szükséges fűtési hőigény közel a felére csökken, és ezzel együtt a megmaradó fűtőtestméretek miatt a szekunder hőfokszint is lecsökken a jelenlegi 70/50 °C-ról 50/ 40 °C-ra. A használati meleg vizet 42 °C-on kell biztosítani. Mindez lehetővé teszi a teljes távfűtőhálózat működtetési hőfokszintjének átlagosan legalább 20 °C-kal történő csökkentését, és ezt már célszerű figyelembe venni a kazáncseréknél, továbbá a hőközpontok felújításánál, a hőcserélők kiválasztásánál is. Ezen távlati okok miatt 3,6 MW teljesítmény-értékben földgáztüzelésű kazáncsere célszerű.

■ Alternatív primer energiahordozók lehetőségei
Az utóbbi évek változásai, a gázár várható további emelése a több lábon állás stratégiáját kívánja. A helyi adottságok figyelembe vételével, és a beszerezhető, illetve helyben felhasználható vagy kis távolságban előállítható, alternatív primer energiahordozó- lehetőségek elemzése alapján az alábbi hőtermelői kombináció a célszerű:

• 3,6 MW-os gáztüzelésű melegvíz-kazánblokk, melynél a földgáz mellett más, alternatív gázok fogadókészsége is biztosított kell legyen,

• 1,5 MW teljesítményű, faapríték-tüzelésű vagy faelgázosító kazánblokk,

• a jelenleg meglévő és működő gázmotor megmarad, jelentőséget kaphat a földgáznál alacsonyabb minőségű gázelegy fogadókészségénél,

• két régi gázkazán hosszú távon megmaradhat tartalék szereppel, illetve a pár hetes időtartamú hidegcsúcs idején működtetésre is. Rövid működési időnél nincs nagy jelentősége a rosszabb hatásfokának, ugyanakkor a működési biztonság miatti tartalékképzés nem igényel többlet beruházási költséget.

■ A földgáztüzelésű kazán kiválasztásának új szempontjai

• A választott kazánteljesítmény legyen képes a minimális üzemmenet vitelére oly módon, hogy a hálózat által elvárt teljesítményigény kiszolgálására a szükségesnél ne kelljen nagyobb bemeneti energiát fordítani.

• Ne legyen korlátozó, illetve energiapazarló követelmény az, hogy a visszatérő kazánvíz hőmérséklete legalább 60 °C legyen (a garanciális előírások miatt), mikor a hálózat több órás éjszakai üzemmódban megelégedne 45-49 °C előremenő vízhőmérséklettel.

• Biztosítható legyen az elvételtől függő, folyamatosan szabályozható módon a minimál üzemvitel, mert a megtakarítás lehetőségének több mint 50%-a innen származhat.

• A füstgáz-hőmérséklet a lehető legalacsonyabb legyen, ekkor hasznosítható a befektetett energia a legjobban, egyben ekkor a legkisebb a környezetszennyezés is.

• A hálózati hőveszteségek legkisebb értéken tartása lehetővé váljon.

• A kazánhoz illesztett gázégő képes legyen a földgázon kívül más, gyengébb minőségű gáz fogadására is (fa-, depónia-, szintézisgáz, illetve ezek keveréke) az alternatív energiaellátás biztosításának későbbi lehetősége miatt.

• Szabályozás terén képes legyen arra, hogy a hálózati előremenő–visszatérő fűtővíz hőfokkülönbségéről vezérelve érzékelje a hálózati veszteséget meghaladó fogyasztói elvételt, és ennek megfelelően csak a mindenkori tényleges szükségletnek megfelelően emelje a hálózatra kijuttatott fűtővíz hőmérsékletét.

• Kazánkiválasztás során az elkerülhető hőlépcsők, mint veszteségforrások kerülendők, így a kazán- és a távfűtési kör célszerűen egy legyen, ehhez a vízminőségi követelményeket össze kell hangolni, illetve ésszerű kompromisszumot kell alkalmazni.

■ A rekonstrukció első ütemében beépített kazánok paraméterei

• A 3,6 MW összteljesítmény kazánjai képesek a minimális üzemmenet (200 kW) vitelére, kondenzációs jellegükből fakadóan úgy, hogy a hálózat által elvárt igény kiszolgálására a szükségesnél sose kelljen nagyobb bemeneti energiát fordítani.

• Nem korlátozó, illetve energiapazarló követelmény a visszatérő kazánvíz 60 °C-on tartása a garanciális előírások miatt, sőt a kazánok hatásfoka annál jobb lesz, minél alacsonyabb visszatérő vízhőmérsékletet kapnak. Lehetővé válik a hálózat több órás éjszakai üzemmódjában 45- 49 °C előremenő vízhőmérséklet biztosítása.

• A kazánok névleges teljesítményük 20%-os mértékére fokozatmentesen visszaszabályozhatók. Így biztosítható a minimál üzemvitel éjszaka, ekkor mint tisztán hálózati veszteség.

• A füstgázhőmérséklet a fentiek következtében mindig a lehető legalacsonyabb lesz, így a hasznosított és a befektetett energia a legjobb hányadost adja, egyben így a legkisebb a környezetszennyezés is.

• A hálózati hőveszteségek legkisebb értéken tartása lehetővé vált, mert a hálózati előremenő–visszatérő fűtővíz hőfokkülönbségéről vezérelt működés érzékeli a hálózati veszteséget meghaladó fogyasztói elvételt, és ennek megfelelően, csak a mindenkori szükséglet szerint emeli a hálózatra kijuttatott fűtővíz hőmérsékletét.

• A kazánhoz illesztett gázégő képes lehet a földgázon kívül más, gyengébb minőségű gáz fogadására is az alternatív energiaellátás biztosításának későbbi lehetősége miatt.

■ A gázmotor középtávú üzemeltetési lehetőségei
Az állami szabályozás változásaitól függően, de középtávon folyamatosan számítani lehet a gázmotor üzemeltetésére. Meglévő, beüzemelt állapota beruházási költségmegtérülést nem kíván, így esetlegesen roszszabb minőségű gázzal is rentábilis lesz működtetése. A villamos energia ára az eddig prognosztizáltnál biztosan jobban fog középtávon emelkedni, a német atomerőművi leállítások és ezek tovagyűrűző hatásai miatt.

Az üzemeltetésénél számítani kell arra, hogy nyári, éjszakai minimál üzemállapotban a hőigény nem teszi gazdaságossá működtetését, így működési időtartama csökkenhet. Jelenleg nem látható olyan ok, mely a gázmotor nélküli állapotot feltételezné. Állami szabályozások miatt maximum az ideiglenes üzemen kívül helyezése elképzelhető, de ennek ellentmond az a lehetőség, hogy a drága csúcsáram-fogyasztás kielégítésének részbeni fedezésére alkalmas, akár állami költségtakarékosság céljából is.

Ez az igény nemcsak télen, hanem az egyre általánosabb klimatizálás miatt nyáron is rendszeres. Gázmotor nélküli üzemállapot lehet minimál üzem esetén, amikor 200 kW nagyságrendű a hálózati veszteség, melyet a 42 °C-os használati melegvíz-szolgáltatási kötelezettség jelent. Ekkor a kondenzációs gázkazán tudja a szerepét a leggazdaságosabban kiváltani.

■ Hosszabb távú lehetőségek, megújuló energiafelhasználás, egyéb számításba vehető energiaforrások

■ Földgáz (részleges) kiváltási lehetősége A földgáz (részleges) kiváltása lehetséges helyben vagy városszélen történő faelgázosítással, depóniagázzal, hulladékok újrafeldolgozásából származó szintézisgázzal, illetve ezek célszerű keverékével. A gázminőség mindenkori beállítása 2 db gáztartály váltott üzemeltetésével és a kívánt fűtőérték földgázzal történő beállításával lehetséges. 5-10 éven belül valóra váltható lehetőség.

■ Faapríték-tüzelő kazánblokk 1,5 MW teljesítményű blokk telepítése mielőbb javasolható, mert a leggyorsabb és legnagyobb üzemeltetési megtakarítást adja, telepítése az állam által 50%-ban vissza nem térítendő támogatással is segített.

■ Napkollektorok, napelemek felhasználási lehetősége A rohamos árcsökkentést és a szélsőséges működési körülmények kedvező befolyásolását tekintve, hosszabb távon a hibrid kollektorok alkalmazása javasolható, ahol a nagy teljesítményű, monokristályos napelemcellák a rájuk eső napfény látható részéből (max. 700 nanométer hullámhoszszig) egyenáramot termelnek, amelyet egy inverter a hálózatban alkalmazható váltóárammá alakít.

Egy réteggel lejjebb a speciális bevonatú abszorber felfogja a napfény láthatatlan infravörös részét (700 nanométeres hullámhossz felett), és az elnyelt hőt az abban áramoltatott folyadéknak adja át, amely a fűtési vagy használati melegvízkör számára hasznosítható többlet energia. A kettős használat előnyösen befolyásolja a napelem nagyobb hőfoknál romló hatásfokát. Amennyiben ennek a megújuló energiának a hasznosítása a távfűtés keretében kerül megvalósításra és főleg üzemeltetésre, akkor az alábbi előnyök származnak az egyedi beruházásokhoz képest:

• A magánszemélyek vagy azok közössége számára az állami vissza nem térítendő támogatás általában nem haladja meg a 30%-ot, míg cég esetében ez a támogatási mérték 50%-os. Ez relatíve gyorsabb megtérülést jelent.

• A kisebb szükséges önerő miatt a megvalósulás valószínűsége nagyobb, egy fogyasztóra számítva kb. 45%-kal kisebb önerő szükséges, amennyiben a valószínűsíthetően önerővel nem rendelkező fogyasztók helyetti önerő befizetésének átvállalási szükségességét is számítjuk.

• A 4-5 szintes tömbházak tetőfelülete nagyobb, mint a kollektorok telepítéséhez szükséges tetőfelület, az ennél magasabb épületeknél viszont a tetőfelület nem elegendő a szükséges napkollektorok elhelyezéséhez.

• A szokásos napkollektor-felület méretezésénél mindig lehetséges túlfűtés, mely egyrészt meghibásodási lehetőséget jelenthet, másrészt a rendelkezésre álló megújuló energiaforrás nem használható ki teljes egészében. Ezzel szemben a távfűtés primer körének tárolóképessége pufferként képes felvenni a lekötött napenergiát kivételesen meleg és hosszú napokon is, így nem alakul ki extrém magas hőmérséklet, másrészt a tárolt hő megtakarítást jelent a primer energiahordozónál.

■ Földhő felhasználási lehetősége
Németországban létezik olyan, több éve eredményesen és rentábilisan működő energiablokk, amely 5000 lakásegység számára (benne bevásárlóközpontok, lakások, irodák, kisüzemek) 2600 m mélyről felhozva és viszszasajtolva a primer energiaforrásként szereplő forró vizet, biztosítja ezen 5000 lakásegység teljes elektromos és hőellátási szükségletét. Elvileg ez azt jelenti, hogy elegendő beruházási forrás esetén, már ma is létezik helyi megújuló energiaforrás, akár a teljes energiaszükségletünk kielégítésére is.

■ A megvalósult első ütem üzemeltetési tényadataiból levonható következtetések
A fejlesztés első ütemének lezárásával, az összteljesítmény kb. 1/3-nyi kapacitására kondenzációs földgáztüzelésű kazánokat beépítve, megállapítható, hogy az éves gázfogyasztás átlagosan 21%-kal csökkent, így a kazánok cseréjének költsége, minden állami támogatás nélkül, várhatóan egy év alatt megtérül.

A mai munkahiányos időben megfontolásra érdemes, hogy magas gázszámlát fizessünk-e ki évről évre, vagy végezzük el a 2 éven belül megtérülő fejlesztéseket, akár pályázati nyertesség nélkül is, ezáltal munkalehetőséget is teremtve az építőipar ezen területén. Ez lenne a valódi költségtakarékosság.

összefoglalás
Teljes átgondolás szükséges távfűtési jellegű rendszerek üzemeltetésénél. A kiszolgált épületek energetikai korszerűsítése révén a hőigény feleződése várható. A megmaradó fűtőtestméretek miatt a szolgáltatás hőfokszintje is 20-30 °C-kal csökken. Mindez a távfűtési veszteség szempontjából előnyös, de ehhez a hőtermelő berendezések alacsony hőfokú működőképessége is szükséges.

A hőtermelő berendezéseknél el kell vetni a min. 60 °C visszatérő vízhőfok előírását, el kell vetni a vízminőség miatti külön kazánköri kívánalmat, mert ezek a kazánok védelme címén jelentős veszteségforrások. Az eddig emiatt okozott veszteségek évente összemérhetők a kazánok árával. A távfűtési rendszer primer köre előnyös pufferlehetőséget nyújt napkollektoros alternatív energiatermelésnél, és kogenerációs üzemeltetésnél is képes az elektromos csúcsigények miatt bekapcsolt gázmotorok fölöslegesnek tekinthető hőtermelésének átmeneti tárolására.

A rekonstrukciós fejlesztések támogatás nélküli, részleteiben történő megvalósítása minden esetben célszerű, amennyiben a megtérülés 2 éven belüli. A kapott támogatásnak sok esetben a felét elviszi a pályázati sikerdíj, a menedzsment, a banki kapcsolódó költségek, így támogatás nélkül is érdemes beruházni.

---