FreeForum
Forum rozwoju efektywnej energii

 

Dwa w jednym

Mikrosystemy CHP produkują jednocześnie ciepło użytkowe i energię elektryczną z jednego kompaktowego urządzenia, zainstalowanego w budynku, który obsługują.

Takie systemy oferują liczne korzyści, zarówno ekonomiczne, jak i środowiskowe. Z jednej strony, paliwo jest wykorzystywane w sposób bardziej efektywny, w porównaniu z instalacjami, które produkują wyłącznie ciepło lub energię elektryczną, ponieważ ciepło, powstające jako efekt uboczny produkcji elektryczności jest zużywane na miejscu. Z drugiej strony, energia elektryczna jest produkowana w tym samym miejscu, w którym jest zużywana, dlatego straty energii, powstałe podczas transportu i dystrybucji energii są redukowane w znacznym stopniu. Tym samym, zwiększa się ogólna efektywność zaopatrywania w energię, a zmniejsza emisja dwutlenku węgla.

Mikrosystem skojarzonego wytwarzania ciepła i energii elektrycznej zastępuje z powodzeniem konwencjonalny kocioł grzewczy, zapewniając jak do tej pory ogrzewanie oraz ciepłą wodę, ale także zaspokajając przynajmniej część potrzeb budynku, jeśli chodzi o energię elektryczną. Energia elektryczna, która nie zostanie zużyta w budynku może być transportowana dalej do sieci. Domy prywatne oraz budynki, które wymagają stałego, nieprzerwanego ogrzewania (dotyczy to zarówno budynków komercyjnych, jak i użyteczności publicznej, a także większych domostw i gospodarstw wiejskich) korzystają w największym stopniu z takiego rozwiązania. Dlatego systemy mikro-CHP najczęściej stosuje się w gospodarstwach i budynkach rolniczych, które są często większe niż budynki miejskie, i w związku z tym mają od nich większe zapotrzebowanie na energię elektryczną. Systemy, o których mowa mogą także służyć jako rezerwowe źródło energii w przypadku awarii i przerw w dostawach energii z sieci, które zdarzają się regularnie w bardziej odległych regionach.

Inwestycja w system skojarzonego wytwarzania ciepła i energii elektrycznej (mikro-CHP) jest zazwyczaj wyższa niż w przypadku tradycyjnego kotła grzewczego. Kompensują to niższe koszty paliwa, dzięki jego efektywniejszemu wykorzystaniu. Oszczędności zależą przede wszystkim od aktualnych cen danego rodzaju paliwa (elektryczności, gazu, ogrzewania), opłat za przesył w sieci oraz taryf eksportu energii elektrycznej w przypadku, gdy musi być ona umieszczona w sieci. Wiele rządów europejskich oferuje wsparcie w tym zakresie.

Podstawowe informacje

Co to jest?

Mikro-CHP (znane również jako mikro-kogeneracja lub skojarzone wytwarzanie ciepła i energii elektrycznej) oznacza jednoczesną produkcję ciepła użytkowego oraz energii elektrycznej. Systemy mikro-CHP odpowiadają na zapotrzebowanie na ogrzewanie budynków i podgrzewanie wody w kranach w podobny sposób, w jaki funkcjonuje tradycyjny kocioł. Dodatkowo, takie urządzenia produkują również energię elektryczną. Historycznie rzecz ujmując, tradycyjne systemy są szeroko stosowane przez sektor przemysłowy, natomiast systemy mikro-CHP rozwijane są w celu zaspokojenia potrzeb gospodarstw domowych i małej przedsiębiorczości.

Jakie są korzyści?

Niska zawartość węgla: zakłady działające w oparciu o systemy mikro-kogeneracyjne mogą przyczyniać się do zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych, ponieważ są w stanie zwiększyć wydajność zaopatrzenia w energię oraz mogą pracować na paliwach niskowęglowych (zobacz poniżej).

Wydajność energetyczna i zmniejszenie zapotrzebowania na paliwa: Dobrze zaprojektowany system mikro-CHP jest bardziej efektywny od tradycyjnych bojlerów grzewczych, dzięki czemu zmniejsza się zapotrzebowanie na energię, a co za tym idzie, roczne rachunki za paliwo.

Zwiększona wydajność systemów energetycznych: system kogeneracyjny potrafi zwiększać całościową wydajność systemu zaopatrywania w energię (w skali regionu bądź kraju), dzięki produkcji zarówno ogrzewania, jak i elektryczności na miejscu (tam, gdzie są one później konsumowane). Taki system może również przyczyniać się do zwiększenia wydajności sieci energetycznej, zmniejszając zapotrzebowanie na energię elektryczną produkowaną w centralnych elektrowniach, a w konsekwencji zmniejszając straty wynikłe podczas przesyłu i dystrybucji energii elektrycznej na duże odległości.

Elastyczność: systemy mikro-CHP mogą być zasilane różnymi odnawialnymi paliwami, takimi jak biogaz czy ciekłe biopaliwa, a także paliwami niskowęglowymi, np. LPG (propan-butan). Czyni je to nie tylko przyjaznymi dla środowiska, ale także sprawia, że cieszą się one dużą popularnością w regionach, gdzie nie ma dostępu (lub jest on ograniczony) do gazu ziemnego albo możliwości podłączenia do sieci energetycznej.

Jak to działa?

System mikro-CHP składa się zazwyczaj z pompy ciepła podłączonej do agregatu prądotwórczego, który wytarza energię elektryczną. System może być zasilany szerokim wachlarzem paliw, m.in. gazem ziemnym, olejem napędowym, biogazem oraz biopaliwami płynnymi. Systemy kogeneracyjne potrafią również odzyskiwać ciepło odpadowe z silnika (z gazów spalinowych oraz obiegu chłodzącego). Takie odzyskane ciepło może być następnie wykorzystane do wielu celów, takich jak ciepła woda z kranu czy ogrzewanie pomieszczeń.

Przydatność/zastosowanie     

Najbardziej odpowiednie są w tym przypadku budynki, które wymagają długiego, nieprzerwanego ogrzewania, takie jak budynki komercyjne i użyteczności publicznej, jak również gospodarstwa rolne i duże budynki mieszkalne. Systemy mikro-CHP sprawdzają się zwłaszcza w wiejskich budynkach gospodarczych, które mają często większą powierzchnię i większe zapotrzebowanie na energię, niż budynki w miastach. System kogeneracyjny może się również sprawdzić jako awaryjne źródło energii w przypadku przerw w dostawie energii elektrycznej z sieci, które mogą mieć miejsce na bardziej oddalonych obszarach.

Instalacje nie odbiegają wielkością od standardowych systemów centralnego ogrzewania. Mogą zaspokoić potrzeby grzewcze budynku oraz część jego zapotrzebowania na energię. Systemy są zaprojektowane wielkościowo, tak aby sprostać tym potrzebom. Energia elektryczna, która nie jest wykorzystywana w budynku, może być transportowana do sieci, pod warunkiem istnienia systemów pomiaru sieci.

Szczegółowe informacje

Koszty, oszczędności, zyski         

Koszty inwestycji w system mikro-CHP są wyższe niż w przypadku konwencjonalnych systemów, np. kotła grzewczego i przyłącza do sieci elektrycznej. Mimo to, dobrze zaprojektowany system kogeneracyjny, dzięki swojej wyższej wydajności, może przynieść oszczędności, jeśli chodzi o zużycie energii elektrycznej i paliwa. Koszty operacyjne także mogą być niższe – zależy to w głównej mierze od taryf opłat za energię elektryczną oraz opłat sieciowych. Wytwarzanie energii elektrycznej lokalnie w niektórych krajach jest tańsze niż jej zakup z sieci. Jednakże w przypadku, gdy mamy nadwyżkę energii elektrycznej wytwarzanej lokalnie, oszczędności mogą również zależeć od poziomu taryf eksportu energii elektrycznej do sieci. Różnią się one w zależności od kraju.

Aktualnie wymagane jest zazwyczaj wsparcie państwa i/lub firm zewnętrznych, dzięki któremu inwestycja w system kogeneracyjny będzie możliwa i opłacalna.

Wpływ na środowisko naturalne

Oddziaływanie systemów mikro-CHP na środowisko naturalne (lokalne zanieczyszczenie powietrza i emisja gazów cieplarnianych) jest przeważnie niższe niż w przypadku konwencjonalnych i kondensacyjnych kotłów grzewczych. Wpływ ten zmniejsza się proporcjonalnie wraz ze wzrostem wydajności systemu i redukcją zużycia paliwa. Systemy mikro-CHP mogą prowadzić do zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych poprzez unikanie wytwarzania energii elektrycznej w tradycyjnych elektrowniach. Ostateczny rezultat zależy od udziału poszczególnych źródeł energii – węgla, gazu, energii nuklearnej, źródeł odnawialnych – na terenie kraju lub w regionie, gdzie zainstalowany jest dany system.

Wydajność

Zazwyczaj 70-80% wartości energetycznej paliwa jest zamienianych na ciepło do centralnego ogrzewania lub podgrzewania wody z kranu, 10-20% jest zamieniane dodatkowo na energię elektryczną, zaś pozostałe 10-15% stanowią odpady w postaci gazów spalinowych. W porównaniu z odrębnym systemem zaopatrzenia w ciepło za pomocą kotła konwencjonalnego lub kondensacyjnego oraz elektrycznością z sieci, systemy kogeneracyjne są wydajniejsze.

Wykorzystanie komercyjne

W Europie sprzedawcy i instalatorzy systemów mikro-CHP są szczególnie aktywni w Niemczech i Wielkiej Brytanii. W pozostałych krajach ich obecność jest mniejsza, zaś świadomość wśród instalatorów można uznać za niską. Technologia zbliża się do punktu, w którym proponowane systemy będą działać w systemie „plug and play” („podłącz i korzystaj od razu”). Instalacja i serwisowanie takiego systemu opierają się w zasadzie na tych samych umiejętnościach, które są niezbędne do montażu tradycyjnych instalacji grzewczych, jednak pewne dodatkowe przeszkolenie może się okazać niezbędne, na przykład do określenia właściwego zwymiarowania instalacji.

Utrzymanie i serwisowanie

ŚREDNIE: Systemy mikro-CHP wymagają utrzymania na podobnym poziomie, jak kotły konwencjonalne i konwekcyjne. Raz do roku zalecany jest przegląd oraz wymiana oleju silnikowego w przypadku systemów napędzanych silnikiem spalinowym.

Szczegóły techniczne

Najpopularniejsze instalacje w Europie są oparte na silnikach spalinowych Stirlinga. Pilotażowo wprowadza się również systemy kogeneracyjne oparte na ogniwach paliwowych, np. firmy Enfield (http://enfield.eu) – te systemy oferują lepszy stosunek mocy do wydajności grzewczej i nadają się przede wszystkim do nowych budynków o mniejszym zapotrzebowaniu na ciepło. Typowe systemy krajowe instalowane w Wielkiej Brytanii mają szczytową moc grzewczą w przedziale 8-15 kW oraz szczytową moc elektryczną na poziomie 1-3 kW (np. Carbon Trust, 2011. Akcelerator mikro-CHP. Specyfikacja dostępna na http://www.carbontrust.com/media/77260/ctc788_micro-chp_accelerator.pdf).

W Niemczech większość nowych instalacji kogeneracyjnych ma pojemność elektryczną w przedziale 4-6 kWel (http://www.izes.de/cms/upload/pdf/EMSAITEK_Teil_3.pdf). Wydajność elektryczna i grzewcza oraz stosunek mocy grzewczej do energii elektrycznej różnią się w zależności od zastosowanej technologii kogeneracyjnej. Indywidualne potrzeby gospodarstwa domowego, a także względy ekonomiczne decydują o wyborze konkretnej technologii mikro-CHP.

Różnice regionalne

Zróżnicowanie klimatyczne w poszczególnych regionach Europy odgrywa istotną rolę. Na obszarach położonych bardziej na południu, gdzie zapotrzebowanie na moc grzewczą w budynkach jest relatywnie niższe, właściwym wyborem mogą okazać się system trójgeneracyjne (produkujące energię elektryczną, ogrzewanie oraz chłodzenie) lub inne technologie.

Nie bez znaczenia, jeśli chodzi o opłacalność systemów kogeneracyjnych, są również różnice w poszczególnych krajach, jeśli chodzi o poziom wsparcia dla tego rodzaju instalacji. Część państw członkowskich UE zapewnia wsparcie finansowe dla elektryczności produkowanej przez systemy mikro-CHP. Do takich krajów zaliczają się chociażby: Wielka Brytania, Czechy, Niemcy oraz Belgia.

Organizacje handlowe

Cogen Europe www.cogeneurope.eu