Navrhování výkonu mikrokogenerace (IV)
Společná výroba elektřiny a tepla (kogenerace) a její využití v praxi často naráží na neznalost nebo nezkušenost projekční firmy. Při snaze o vykrytí výroby elektřiny se maximalizuje výkon plynové kogenerační jednotky. Následkem je pak vysoká investice, s mizernou návratností. Mnohdy také zcela „nezdravý režim“ pro kogenerační jednotku, kdy jednotka je často vypínána z důvodu nedostatečného odběru tepla.
Proto vznikl tento seriál o mikrokogeneraci a jejím využití:
- Kdy se vyplatí mikrokogenerace (I)
- Mikrokogenerace a velké objekty (II)
- Mikrokogenerace a velké areály (III)
- Navrhování výkonu mikrokogenerace a dotace KVET (IV)
V tomto článku se pokusím shrnout základní zásady pro navrhování výkonu kogenerační jednotky, které mají obecnou platnost. Tedy platí pro malé plynové kogenerační jednotky (mikrokogenerační jednotky), tak i pro velké kogenerační jednotky.
Zde uvedené informace by měly být pochopitelné i pro laickou veřejnost, která o využití mikrokogenerace nebo velké kogenerace uvažuje.
Zároveň vysvětlím vazbu délky ročního provozu jednotky v hodinách na dotace KVET.
Vhodnost mikrokogenerace (6 kWe až 20 kWe)
Abyste si ušetřili čtení (pokud máte menší objekt), tak v krátkosti vysvětlím, proč není mikrokogenerace vhodná například pro rodinné domky a jiné menší objekty. Kogenerace musí „běhat“ v řádu tisíců hodin za rok. Pak když vynásobíme například 6 kWe × 4400 hodin, dostáváme se k číslu 26,4 MWe (odpadní teplo 213 GJ). A to jsou pro malé objekty vysoká čísla.
Dále je velmi důležité si uvědomit, že elektrickou energii nelze skladovat, takže musí být zajištěna neustálá spotřeba vyrobené elektřiny. U menších objektů ustálená spotřeba energie je mnohem nižší. Častá představa pak je, že kogenerační jednotka pokryje zcela potřebu tepla objektu, technicky to možné je, ale ekonomicky je to sebevražda. Vysoká investice – návratnost v nedohlednu.
Mikrokogenerační jednotky mají relativně malý výkon, ale umí vyrobit poměrně velké množství elektřiny i tepla, a proto je mikrokogenerace vhodná až od určité velikosti objektu. Veškerá energie musí být spotřebována v místě instalace, prodej elektřiny do sítě je ztrátový. Proto jsou v tabulce ke konkrétním tepelným ztrátám objektu přiřazeny vhodné kogenerační jednotky. V návratnosti investice bylo počítáno i s náklady na pravidelnou povinnou údržbu jednotky. V tabulce je počítán detailně ZIMNÍ PROVOZ jednotky, což je nejčastější využití. Pokud by byl zajištěn odběr tepla v průběhu celého roku, pak se návratnost investice výrazně zkracuje.
Obecně se dá říci, že naše jednotky se hodí všude tam, kde začíná tepelná ztráta na cca 50 kW, a roční celkové náklady na teplo a el. energii dosahují cca 350 tis. Kč/rok/bez DPH.
V ceně investice je zahrnuto: plynařské práce včetně materiálu (v kotelně), elektro práce včetně materiálu (v kotelně), vodoinstalací práce včetně materiálu, doprava na místo, uvedení do provozu.
Není zahrnuto v investici – komín, plynová přípojka, projekční práce.
Vhodné objekty a provozovny pro mikrokogeneraci
Pokud jste se na některém symbolu našli, pak je pro vás pravděpodobně vhodné začít přemýšlet o využití kogenerace a nastartování úspor.
Dotace na kombinovanou výrobu ekektřiny a tepla (KVET)
Pro efektivní chod kogenerační jednotky je zcela zásadní, aby veškerá vyrobená energie (elektřina a teplo) byla využita v místě výroby, prodej elektřiny není výhodný. Zároveň je důležité využívat všech možných dotačních titulů. Kogenerační jednotky provozované na zemní plyn mají nárok na následující podporu:
| 3000 hod/rok | ZIMNÍ PROVOZ (listopad až únor) | 2,065 Kč/kWe |
| 4400 hod/rok | ZIMNÍ PROVOZ (říjen až březen) | 1,65 Kč/kWe |
| 4400 hod/rok | ČÁSTEČNÝ celoroční provoz (pracovní dny 16 hod/den) | 1,65 Kč/kWe |
| 8400 hod/rok | CELOROČNÍ PROVOZ | 0,65 Kč/kWe |
Režimy jsem si pro přehlednost pojmenoval sám, provozní hodiny nejsou určeny jen pro dané měsíce, dotace je omezena prvními provozními hodinami v daném roce. Počet provozních hodin je nutno nahlásit dopředu, veškeré provozní hodiny, které překročí daný limit, již nejsou dotovány. Ale v našich podmínkách je pro většinu objektů vhodný jen zimní provoz, protože v létě nepotřebují teplo – nebo velmi málo.
ZIMNÍ PROVOZ (4400 hodin/rok) – vhodné pro většinu objektů
ČÁSTEČNÝ celoroční provoz (4400 hodin/rok) – tento režim se využívá jen v pracovních dnech po dobu celého roku (jen 16 hodin/denně = 2 pracovní směny). Musí jít o objekty, kde je požadavek na dodávku tepla i v letních měsících. Obvykle se jedná o technologické teplo – lázeňské provozy, prádelny, výrobci potravin, wellness… apod.
CELOROČNÍ PROVOZ (8400 hodin/rok) – je vhodný všude tam, kde je celoroční odběr tepla po dobu všech dnů v týdnu. Tento režim je využitelný málo, protože objektů kde je celoroční potřeba není mnoho.
Pokud je instalováno více kogeneračních jednotek, pak může být například jedna jednotka v celoročním provozu pro ohřev TUV, a ostatní jednotky v zimním režimu. Pak na každou jednotku bude jiná dotace KVET.
Hlavní zásady a informace pro stanovení výkonu
U kogeneračních jednotek, je vždy uveden elektrický výkon výkon v kWe, tepelný výkon v kWt je pak vyšší a uvádí se pod čarou. Velké kogenerace mají elektrickou účinnost okolo 40 %, tepelnou okolo 45 % a více. Záleží na pak na celkové účinnosti jednotky, která se vylepšuje třeba rekuperací spalin (ve prospěch tepelného výkonu).
Malé kogenerační jednotky (mikrokogenerační) mají elektrickou účinnost okolo 30 % a méně, tepelná učinnost je okolo 65 % (bez rekuperace spalin).
Pro efektivní chod kogenerační jednotky je zcela zásadní, aby veškerá vyrobená energie (elektřina a teplo) byla využita. Není ekonomicky výhodné provozovat jednotku jen jako „elektrárnu“ a teplo pouštět do chladicí věže. Proto je vždy nutné přizpůsobit kogenerační jednotku danému provozu.
Elektřina
Harmonogram spotřeby elektřiny
Pro správné navržení jednotky je zcela nedostatečná informace o měsíčním odběru elektřiny. Je to nic neříkající údaj. Spotřeba v jednotlivých hodinách se liší řádově, proto prostý aritmetický průměr vypočtený z měsíční spotřeby je nepoužitelný.
Harmonogram odběru elektřiny je obvykle schopen vám poskytnout váš dodavatel elektřiny. Požadujte min. hodinové odběry za celý kalendářní rok, informace jsou obvykle poskytovány ve formátu XLS.
Zcela zásadní vliv na návratnost kogenerace má vaše nákupní cena elektřiny za kWh, pro ekonomické posouzení ji musíte poskytnout.
Jak použít údaje z harmogramu o spotřebě elektřiny
ZIMNÍ PROVOZ 4400 hod/rok – nejnižší trvalá spotřeba elektřiny v kWhe, to je výkon jednotky, která je vhodná pro váš objekt. Není žádná výjimka, že ve špičkách je pár hodin spotřeba elektřiny ve stovkách kWe, ale tzv. ustálená spotřeba elektřiny jen v desítkách kWe.
ČÁSTEČNÝ celoroční provoz 4400 hod/rok – nejnižší trvalá spotřeba elektřiny v kWhe v délce 16 hodin v pracovních dnech, to je výkon jednotky, která je vhodná pro váš objekt. Není žádná výjimka, že ve špičkách je pár hodin spotřeba elektřiny ve stovkách kWe, ale tzv. ustálená spotřeba elektřiny jen v desítkách kWe.
CELOROČNÍ PROVOZ 8400 hod/rok – nejnižší trvalá spotřeba elektřiny v kWhe v délce 24 hodin každý den, to je výkon jednotky, která je vhodná pro váš objekt. Není žádná výjimka, že ve špičkách je pár hodin spotřeba elektřiny ve stovkách kWe, ale tzv. ustálená spotřeba elektřiny jen v desítkách kWe.
Teplo
Harmonogram spotřeby tepla
Zde je situace složitější, většina klientů má jen měsíční údaje nebo dokonce jen kvartální údaje, a proto hodně záleží na zkušenosti projektanta, aby s těmito údaji dobře pracoval.
Pokud se ale jedná o technologické odběry tepla, pak bez hodinového diagramu spotřeby tepla nelze zodpovědně výkon kogenerace stanovit!
Zcela zásadní vliv na návratnost kogenerace má vaše nákupní cena plynu za kWh (nebo m3), pro ekonomické posouzení ji musíte poskytnout.
Jak použít roční údaje o spotřebě tepla (pokud nejsou známy měsíční spotřeby)
Obecně u spotřeby tepla platí:
objekt bez výroby teplé vody (kancelářské budovy)
– z celkové spotřeby tepla vypočteme 13 % (což odpovídá spotřebě tepla v měsíci říjnu), měsíční výroba tepla kogenerační jednotkou by neměla být vyšší
objekt pro bydlení včetně TUV
– z celkové spotřeby tepla vypočteme 10 % (což odpovídá spotřebě tepla v měsíci říjnu), měsíční výroba tepla kogenerační jednotky by neměla být vyšší.
Hotely, penziony
Pro vytápění objektu použijeme spotřebu z října (nebo vypočteme viz výše).
Dále je důležitá spotřeba TUV, která se u hotelů může výrazně lišit, proto je vždy nutné zjistit co nejvíce informací ohledně množství spotřeby TUV ve vazbě na sezonu a obsazenost. Odběr TUV je velmi nerovnoměrný a je to nutné zohlednit u návrhu kogenerační jednotky a instalovat přiměřenou akumulační nádobu.
Pokud známe měsíční údaje o spotřebě tepla, použijeme spotřebu za měsíc říjen. Kogenerační jednotka pak může mít max. výkon odpovídající této spotřebě.
Závěrem
Problematika využití malých kogeneračních jednotek (mikrokogenerace) není úplně jednoduchá a vždy je nutná i odborná zkušenost, aby při návrhu kogenerace nevznikaly chyby. Přesto si myslím, že výše uvedené informace mohou být nápomocny nejen odborné, ale i laické veřejnosti.
Když se řekne kogenerace, tak by se hned mělo dodat akumulace tepla, protože ani teplo není odebíráno každou hodinu rovnoměrně. Vždy záleží na konkrétním objektu, proto by návrh kogenerační jednotky měl vždy být svěřen odborníkovi, který se na tuto problematiku specializuje. Zabývat se akumulací ve vazbě na kogeneraci, by vydalo na další dlouhý článek….
Pro případné zájemce o kogeneraci, pak je třeba říci: Čím pravdivější a podrobnější informace o spotřebě elektřiny a tepla dodáte, tím budete mít zajímavější návratnost kogenerační jednotky. Dimenzování kogenerace na váš konkrétní průběh spotřeb energií máte tedy i ve svých rukou, proto doporučení na závěr – měřit, měřit, měřit… vše, co jde (teplo, elektřinu, studenou vodu, teplou vodu…).