Vykurovanie 2022 – 2. část: kogenerace a zvyšování podílu OZE v CZT

Vykurovanie 2022 – 1. část

III. Zdroje tepla

Tepelné solární soustavy

Využití tepelných solárních soustav při přípravě teplé vody má smysl přímo v bytových domech, neboť zde může využít celý teplotní potenciál ohřevu od 10 do cca 55 až 60 °C. V CZT mívá zpátečka teplotu i 40 až 60 °C a tam se využitelnost tepelných solárních soustav zásadně sníží.

Ukončení provozu elektrárny Nováky

Snižování odběru tepla v sítích CZT mění jejich provozní poměry a efektivitu. Přestože pracuje s efektivitou více než 80 %, důsledkem přípravy na vynucené ukončení těžby hnědého uhlí a výroby elektrické energie z hnědého uhlí v Elektrárně Nováky (ENO) je ke konci roku 2023 i pokles výroby tepla. A to přináší potřebu nových technických řešení zásobování teplem. Z pohledu tepelných ztrát z rozvodů se navrhuje řešení, kdy se původní jednotná síť CZT rozdělí na z pohledu CZT energeticky smysluplné menší celky. Příkladem je chystaný projekt změny zásobování teplem oblasti Horní Nitry.

„Ako náhrada dodávky tepla z ENO sa presadili lokálne riešenia, pričom SCZT v mestách Prievidza, Nováky a v obci Zemianske Kostoľany zostane v plnej miere zachované. Teplo sa bude vyrábať na báze OZE a ZP. Lokalizácia zdrojov tepla pre SCZT z časti využije aj tepelné rozvody, resp. trasu pôvodného TN a to zo zdroja Cígeľ do Prievidze (3,0 km DN 300) a zo zdroja Laskár do Novák (3,0 km DN 200). V obci Zemianske Kostoľany bude inštalovaný lokálny zdroj tepla na báze ZP a OZE.“

Kvalita otopné vody

Životnost a energetickou efektivitu teplovodních soustav ovlivňuje tvrdost vody. Vedle změkčování tvrdé vody pracujícího na bázi změn nerozpustných uhličitanů na rozpustné, se využívá i demineralizace, tedy zbavení vody minerálů.

Obr. Princip procesu demineralizace. Vedle kontinuálně pracujících demi zařízení se pro menší systémy využívají vyměnitelné demineralizační kartuše s definovaným objemem získané demi vody. (Marox)

Garantované energetické služby

Modernizace zdrojů tepla může probíhat i formou energetických služeb (GES, EPS), při kterých do úspor investuje jiný subjekt než jeho provozovatel. Poskytovatel služby využije úspor provozních nákladů pro pokrytí svých nákladů s investicí a zbytek zůstává provozovateli.

Obr. Schématické zobrazení vývoje nákladů v čase ukazuje modrou oblast, ve které jsou skryty náklady za službu a zelenou oblast, která je přínosem pro provozovatele zdroje tepla, aniž by sám investoval. Stupeň výhodnosti závisí na technické úrovni a životnosti použitého řešení. (Hoval)

Obr. Z konference Vykurovanie 2022

IV. Kombinovaná výroba elektřiny a tepla

Emisní limity

Důležitým kritériem pro zařízení KVET s pístovými spalovacími motory, která jsou nejčastěji využívána ve středních a menších výkonech, je splnění emisních limitů. Pro nová zařízení platí podmínky v následující tabulce.

Úspěšný provoz KGJ

Příklad úspěšného uplatnění kogenerační jednotky v MHTH Košice má dvouroční zkušenosti. V provozu jsou čtyři kogenerační jednotky – plynové motory, které mimo jiné nahradily i parní turbínu. Tři stejné jednotky jsou i v Martine. Každá jednotka má elektrický výkon 9 375 kWe. Pro provozovatele je zásadní plnění garantovaných hodnot. To se projevuje mimo jiné i významně nižší spotřebou mazacího oleje. Pro vyrovnáváni poptávky elektřiny v síti je důležitá schopnost do 3 minut najet na maximální výkon. Důležitá je aktivní podpora od výrobce a zkušený vlastní obslužný personál.

Nízkopotenciální teplo

CZT má šanci zvýšit využití odpadního tepla z různých provozů tím, že provozuje tepelné sítě. Nízkopotenciální teplo lze pomocí tepelných čerpadel do tepelných sítí přečerpávat, místo aby bylo vypouštěno do okolí.

KGJ jako zdroj elektřiny pro nabíječky

Na první pohled ekologický nesmysl. Za určitých podmínek však vhodné řešení. Například s využitím biometanu. Ve studii SPP jde o stanici pro rychlonabíjení 4 elektromobilů s plným využitím odpadního tepla. Nepřipojením na elektrickou síť odpadají poplatky za síť, podpory OZE atp. a provoz se jeví jako ekonomicky efektivní.

Kogenerační jednotka s kondenzací spalin

Roste počet instalací KGJ (KVET), ale nejsou vždy plně aplikovány všechny možnosti využití energie. V případě přípravy teplé vody, nízké teploty zpátečky, se lze dostat na teploty, kdy kondenzuje vodní pára ve spalinách z pohonu jednotky. Ukázal to konkrétní příklad od fy. DECON, ve kterém se teplota spalin přiblížila až k cca 20 °C. Velikost ztráty tepla unikajícího se spalinami by měla vést k zamyšlení, zda je smysluplná dodatečná instalace ekonomizéru, jak bylo častým řešením před nástupem cenově přijatelných kondenzačních kotlů.

V. Modernizace CZT a zvyšování podílu OZE

Dekarbonizace a obnovitelné plyny

Důležitým prvkem dekarbonizace je i registr obnovitelných plynů, o který se budou opírat spotřebitelé. V první fázi jde o biometan a základní obchodovatelnou jednotkou je 1 MWh. 15 % úkolu dekarbonizace v SR by mohlo pokrýt vytipovaných 34 bioplynových stanic.

Obr. Schéma obchodního modelu funkce registru pro obnovitelné plyny vtlačované do distribuční plynárenské infrastruktury

Kmitání teploty zpátečky

Optimální hydraulická rovnováha a dokonalá regulace teploty jsou klíčem k maximalizaci účinnosti sítí pro vytápění a chlazení. Tento předpoklad není vždy dodržen. Příčinou bývá například příliš vysoký výkon oběhových čerpadel ve spojení s nevhodně zvolenými regulačními armaturami i systémy jejich řízení. V daném případě bylo kmitání teploty zpátečky zjištěno až při podrobné diagnóze chování soustavy s cílem odhalit příčiny zvýšené spotřeby tepla v CZT síti města Giessen: „Kombináciou tlakovo nezávislého regulačného ventilu Virtus (kombinovaného regulačního ventilu diferecialného tlaku a prietoku) a inteligentného pohonu s funkciou iSET, navrhnutého pre detekciu a odstraňovanie oscilácií – práve takých ako v giessenskej sieti, už po 20 minútach po inštalácii pohonu s iSET operátori zaznamenali výraznú zmenu v prevádzke ventilu i celého systému. Inteligentný pohon meral oscilácie proti bodom zopnutia a prinútil ventil, aby sa viac otváral, čím sa odstránili oscilácie a optimalizovala sa tak prevádzka celého systému.“

Obr. Ukázka potlačení nežádoucích oscilací (Danfoss)