Konference Vykurovanie 2020 – část 3.

Stručně z 28. ročníku mezinárodní vědecko-odborné konference Vykurovanie 10. až 14. února 2020, kterou pořádá Slovenská společnost pro techniku prostředí ve spolupráci se Stavební fakultou STU Bratislava, Katedra TZB a Slovenskou komorou stavebních inženýrů.

Odborný program konference se skládal z těchto bloků:

1. ENERGETICKÁ LEGISLATÍVA
2. ENERGETICKÁ HOSPODÁRNOSŤ BUDOV
3. ZDROJE TEPLA
4. KOGENERAČNÉ ZDROJE ENERGIE
5. SÚSTAVY CZT A OST
6. ZDROJE TEPLA NA BÁZE BIOMASY
7. TEPELNÉ ČERPADLÁ
8. SLNEČNÁ ENERGIA
9. MERANIE A ROZPOČÍTAVANIE TEPLA
10. REGULÁCIA A RIADENIE VYKUROVACÍCH SÚSTAV
11. HYDRAULICKÉ VYREGULOVANIE VYKUROVACÍCH SÚSTAV
12. ENERGETICKÝ MANAŽMENT
13. PROGRESÍVNE VYKUROVACIE SÚSTAVY

V pokračujícím textu jsou zachyceny citace z přednášek, stručná shrnutí autora, a nejde o komplexní informaci. V neposlední řadě jsou zachyceny jen některé komentáře přednášejících mimo oficiální znění přednášek. Cílem textu je naznačit, na co se přednášející zaměřili, a nasměrovat zájem o komplexní informace tam, kde jsou.

Den druhý, 11. února 2020

4. Kogeneračné zdroje energie

Vedoucí sekce: prof. Ing. Jozef Jandačka, PhD.

Kogeneračná jednotka ako zdroj elektrickej energie pre chladiace veže

Ing. Radovan Illith, PhD., Ing. Viera Hricová, PhD.

Prebytočné teplo z prevádzky „Spoločnosti“, ktoré nie je možné využiť inak sa marí štandardne v chladiacich vežiach. Obehová chladiaca voda – nosič tepla – je uvedená do pochybu čerpadlami obehovej vody. Systém prevádzkovania chladiacich veží (zjednodušene) je nasledovné: prebytočné teplo je prostredníctvom chladiacej vody smerované do dvoch chladiacich veží (sústavy), na čo sa využívajú dve obehové čerpadlá.

Kogeneračné jednotky budú slúžiť výhradne na pohon čerpadiel obehovej chladiacej vody.

Potreby trvania výkonu je 7 000 hodín za rok (trojsmenná prevádzka), a to ako pre potrebu elektrickej energie, tak aj tepla. Kogeneračné jednotky nie sú pripojené do sústavy a sú trvalo oddelené od sústavy (tzv. ostrovný režim).

V prípade, ak nie je potrebná prevádzka obehového čerpadla, vypína sa súčasne s ním aj kogeneračný zdroj, prestáva sa vyrábať elektrická energia.

Vyrobená elektrická energia je privedená priamo do miesta spotreby – čerpadlá, ktoré sú galvanicky oddelené od elektrizačnej siete. Pri tomto systéme prevádzkovania prevádzkovateľ kogeneračných jednotiek.

Vyrobená tepelná energia sa využije na predohrev vody na vstupe do parného generátora.

Doba návratnosti projektu je 4,3 rokov, čistá súčasná hodnota (NPV) je 730 436 €, vnútorné výnosové percento je (IRR) 27,96 %.

Transformácia KVET v Žilinskej teplárenskej, a.s.

Ing. Milan Garbier

Jeden z významných nákladov spoločností spaľujúce fosílne palivá okrem nákladov na spotrebované energie sa stal poplatok za produkciu CO₂. Legislatívne regulačné rámce nedostatočne odrážajú novo vzniknuté potreby pre implementáciu inovatívnych technológií a realizáciu rozsiahlych investičných projektov. Mnohé spoločnosti zaostávajú s implementáciou informačních technológií a tvorbou dátovej základne „Centrálny zber dát“ pre vykonanie rozhodnutí o ďalšom smerovaní, čo sťažuje ich pozíciu na trhu. Žilinská teplárenská, a.s. už v tomto období vykonáva kroky, ktoré rozhodnú o jej budúcnosti o zotrvaní na trhu nie len s teplom ale aj elektrickou energiou.

Z diagramu je zřejmý postupný pokles dodávky tepla v posledních cca 30 letech, přičemž dodávka elektřiny v posledních cca 10 letech roste. To se negativně podílí na ekonomických výsledcích.

Negatívny výsledok hospodárenia bol zapríčinený nárastom cien komodít, kde sa výrazným podielom zmenil náklad za nákup plynu a emisných povoleniek CO₂ pre veľké zdroje nad 20 MW z pôvodných 1,7 mil. €/rok na 3,9 mil. €/rok.

Niektoré spoločnosti sa vzdali výroby elektrickej energie, čím náš región prichádza o existenciu tvrdých zdrojov kopírujúce zaťaženie siete, ktoré sú dôležité z dôvodu regulácie odchýlky a ďalšiu existenciu OZE, ako sú aj fotovoltaické elektrárne. Tieto spoločnosti čaká zápas o svoju existenciu. Z tohto pohľadu je rad existujúcich poplatkov ako napr. TPS a TSS, ktoré tieto spoločnosti platia za spotrebu elektrickej energie vyrobenej na vlastných zariadeniach a neustálemu znižovania doplatku na výrobu el. energie viac ako demotivujúce. Realizovanie sa na trhu s teplom, nehovoriac o konkurencieschopnosti zdrojov nad 20 MW v porovnaním s malými výrobcami tepla je pri existujúcich disproporciích trhových podmienok neadekvátne.

Vplyv klimatických pomerov na termickú účinnosť jadrovej elektrárne s odberom tepla

Prof. Ing. František Urban, CSc., doc. Ing. František Ridzoň, CSc., Ing. František Világi, PhD., Ing. Stanislav Skubák, Ing. Pavol Uhliar

V príspevku je analyzovaná prevádzka JE V2 SE-EBO v roku 2018. V tomto roku sa v 3. a 4. bloku vyrobilo 7 514 512,0 MWh elektriny a do horúcvodného systému sa dodalo 454 416,7 MWh tepla (tab. 1). JE pokryla cca 27 % celkovej výroby elektriny na Slovensku a cca 25 % jej spotreby. Plne kryla spotrebu tepla v Trnave, Hlohovci a Leopoldove.

Z klimatických pomerov najväčší vplyv na elektrický výkon P_e TG TG a tepelný výkon P_q VS VS majú teplota t_vzd a vlhkosť vzduchu. Počas dňa s priemernými hodnotami teploty vzduchu t_vzd = −8,3 °C a tepelným výkonom VS P_q VS = 63,2 MW pracoval 4. blok s termickou účinnosťou η_t = 37,7 %. Vo vybraných dňoch prechodného a mimo vykurovacieho obdobia, charakterizovanými teplotou vzduchu t_vzd = 10,0 °C; resp. 21,8 °C a tepelným výkonom P_q VS = 30,6 MW; resp. 13,1 MW, termická účinnosť 4. bloku klesla na hodnoty η_t = 35,3 %; resp. 33,5 %. Pokles termickej účinnosti η_t o 4,2 % je významný.

Vplyv teploty vzduchu t_vzd na pokles termickej účinnosti η_t (o 0,7 %) počas prevádzky bez dodávky tepla je menej významný ako počas prevádzky s dodávkou tepla (pokles η_t o 4,2 %).

Ekonomika prevádzky mikrokogeneračnej jednotky so stirlingovým motorom v bytovom dome

Ing. Marek Patsch, PhD., Ing. Peter Ďurčanský, PhD., prof. Ing. Jozef Jandačka, PhD., prof. RNDr. Milan Malcho, PhD.

Bytový dom so zastavanou plochou 268 m² tvorí jedno podzemné a tri nadzemné podlažia. V podzemnom podlaží zapustenom pod terénom sa nachádza spoločná kotolňa, technické a skladové priestory. Nadzemné obytné podlažia tvorí šesť bytových jednotiek, na každom poschodí dve. Bytový dom má vlastný zdroj tepla, atmosférický plynový kotol s výkonom 45 kW, ktorý zabezpečuje vykurovanie a prípravu TV pre obyvateľov.

Pri obnove posudzovaného bytového domu bolo uvažované aj s rekonštrukciou zdroja tepla, obyvatelia domu si nechali vypracovať návrh inštalácie mikrokogeneračnej jednotky ako zdroja tepla a elektrickej energie.

Ako zdroj tepla a elektrickej energie pre daný bytový dom bolo navrhnuté použitie mikrokogeneračnej jednotky so Stirlingovým motorom. Pre daný typ bolo rozhodnuté najmä z dôvodu, že daná jednotka je v dlhodobom testovaní na pôde Žilinskej univerzity a pri návrhu dokonale poznáme a máme overené všetky jej prevádzkové parametre.

Výpočet doby návratnosti pri predpokladanej životnosti mikrokogeneračnej jednotky 20 rokov poukazuje na značné rozdiely v závislosti na použitom výpočtovom modeli. Pri pomerne nízkej produkcii elektrickej energie je doba návratnosti len minimálne citlivá na prípadné zvyšovanie jej ceny. Pre pôvodný stav pred rekonštrukciou by diskontovaná doba návratnosti 13,3 rokov bola ešte pre investorov akceptovateľná, avšak po celkovej obnove bytového domu klesnú spotreby energií tak podstatne, že je nereálne uvažovať o takejto investícii.

Tepelno-energetická bilancia palivového článku pri dodávke vodíka z metal hydridových materiálov

Doc. Ing. Tomáš Brestovič, PhD., doc. Ing. Natália Jasminská, PhD., doc. Ing. Marián Lázár, PhD., Ing. Lukáš Tóth

Energetický obsah jedného mólu vodíka je daný hodnotou zmeny entalpie ΔH, ktorá je rovná spalnému teplu vodíka. Pri využití vodíka na výrobu elektrickej energie je účinnosť tejto konverzie obmedzená použitým spôsobom výroby. Napríklad pri termomechanických spôsoboch výroby elektrickej energie je maximálna účinnosť zariadenia daná Carnotovým cyklom, podobne ako pri iných palivách. Aj keď je možné pri spaľovaní vodíka dosiahnuť vyššiu spaľovaciu teplotu, bude účinnosť cyklu, ktorá je limitovaná termodynamickými zákonmi, približne rovnaká ako pri fosílnych palivách.

Vodík predstavuje veľmi ušľachtilý druh energie, je vzhľadom na svoje chemické vlastnosti vynikajúcim palivom pre palivové články (PČ).

Použitie vodíka ako paliva však so sebou prináša viacero problémov, medzi ktoré patrí jeho nízke spalné teplo vztiahnuté na jednotku objemu. Je to spôsobené nízkou hustotou plynu, ktorá je iba 0,08988 kg∙m⁻³ (pri 101325 Pa a 0 °C). Táto skutočnosť má neblahý účinok na samotné uskladnenie vodíka, pri ktorom je snaha o dosiahnutie čo najvyššej energetickej hustoty. Snaha o elimináciu využívania extrémne vysokých tlakov viedla k masovému výskumu absorpčného spôsobu uskladnenia vodíka vo forme metalhydridov (MH).

Pri použití PČ s výkonom 1 kW je nutné zo zliatiny desorbovať vodík s prietokom 1,56∙10⁻⁴ m³∙s⁻¹. Pre zliatinu La_0,85Ce_0,15Ni₅ to predstavuje potrebu 158 W tepelného výkonu.

Cieľom simulácie bola snaha o overenie využitia tepla z chladenia PČ a optimalizácia parametrov zásobníka.

Z priebehu teplôt MH a Al zásobníka v závislosti na čase je zrejmé, že priemerná teplota MH neklesne pod 10 °C, kedy je rovnovážny tlak zliatiny cca. 100 kPa, čo je dostatočný tlak na stabilný chod PČ.