Kogenerační jednotka jako záložní zdroj elektrické energie

Součástí lednového webináře organizovaného spolkem COGEN Czech byla přednáška shrnující základní podmínky využití plynových kogeneračních jednotek jako náhradního zdroje elektřiny. Při zohlednění specifik KGJ může být toto řešení výhodné.

Kogenerační jednotky (KGJ) si nacházejí široké uplatnění v moderní energetice, kde se zaměřují na kombinovanou výrobu elektřiny a tepla. Tato technologie nabízí vysokou efektivitu, protože využívá teplo vznikající při výrobě elektřiny, které by jinak zůstalo nevyužité. Navíc mohou KGJ sloužit i jako spolehlivý záložní zdroj energie v případě výpadků sítě, a to zejména tam, kde je potřeba zajistit nejen elektrický výkon, ale také teplo.

Jednou z hlavních předností KGJ je jejich všestrannost. Oproti systémům, jako jsou UPS, rotační UPS nebo dieselgenerátory, které se zaměřují výhradně na rychlé obnovení elektrického napájení, nabízí kogenerace širší spektrum využití. KGJ může být provozována nepřetržitě – zajišťuje dodávku elektřiny a tepla během běžného provozu, a zároveň je schopná převzít funkci záložního zdroje v případě výpadku dodávky elektrické energie ze sítě.

Například v průmyslových závodech, datových centrech nebo nemocnicích mohou KGJ sloužit jako primární zdroj energie, kde plní kombinovanou funkci. Pokud dojde k výpadku dodávky elektřiny, systém automaticky přejde do režimu nouzového zásobování. Pokud je v letních měsících omezena potřeba tepla oproti zimě, lze KGJ v létě používat výhradně jako záložní zdroj, což rozšiřuje její význam a využitelnost na celý rok a zlepšuje celkovou ekonomiku nasazení KGJ.

Při provozu kogeneračních jednotek je klíčové zajistit stabilitu frekvence a napětí, především v ostrovním režimu, kdy není zařízení připojeno k distribuční síti. Tyto požadavky jsou definovány normou ISO 8528-5, která rozděluje motorgenerátory do tříd přesnosti:

1. Třída G1: Určená pro méně citlivé aplikace, například osvětlení nebo spotřebiče v domácnostech, které tolerují drobné výkyvy.
2. Třída G2: Vhodná pro větší rezidenční a komerční aplikace, kde jsou akceptovatelné drobné odchylky napětí a frekvence.
3. Třída G3: Navržená pro aplikace s vysokými nároky na kvalitu napájení, jako jsou nemocnice, datová centra a citlivá průmyslová zařízení.

Tabulka: Norma ISO 8528-5 definuje různé třídy přesnosti pro motorgenerátory na základě jejich výkonu, regulace napětí a frekvence. (Zdroj: Tedom)

Na počátku ostrovního režimu je nutné základní prohřátí a předmazání jednotky. Na něj navazuje startování a postupné spínání zátěží. Tento proces minimalizuje riziko přetížení a umožňuje stabilní provoz celého systému.

Tabulka: Příklady postupného připínání zátěží v šesti, osmi a deseti výkonových krocích a prodlev v jednotlivých třídách přesnosti. Více kroků snižuje prodlevu mezi kroky, ale musí k tomu být přizpůsobeno připínání zátěže. Jedná se o ilustrativní příklad. Pro každý genset určuje velkost zátěžových stupňů, počet kroků a časy prodlevy výrobce. (Zdroj: Tedom – Platí pro jednotky Quanto s motorem 3020)

Obr. Ideové schéma možného řešení rozvodů elektrické energie umožňující postupné připínání zátěže podle zvolených preferencí zátěží a s ohledem na růst kumulativního zatížení. (Zdroj: Tedom)

Navzdory své flexibilitě má kogenerace / plynové motorgenerátory i svá omezení. Ve srovnání s technologiemi jako UPS nebo dieselgenerátory má KGJ pomalejší náběh. Pro aplikace, kde je vyžadována okamžitá reakce, například pro napájení kritických zařízení v datových centrech, nemocnicích, nebo třeba pro stále častější roboticky pracující výrobní linky je potřeba zvážit kombinaci KGJ s jinými technologiemi. Výhodou je, že ty jiné rychle reagující technologie stačí z hlediska zásoby energie dimenzovat jen na rozběhovou dobu KGJ.

Pro KGJ stačí udržovat zásobu elektrické energie jen pro dobu jejího startu. Následně si již dostatek elektrické energie zajistí sama.

Dalším limitem může být nutnost zajistit vhodnou zdrojovou základnu a dimenzování zařízení, zejména pokud by KGJ měla sloužit pouze jako záložní zdroj. V letních měsících, kdy je potřeba tepla snížená, mohou být náklady na provoz KGJ méně efektivní v porovnání s jinými variantami záložních zdrojů.

Kogenerační jednotky jsou nejvhodnější pro aplikace, ve kterých je možné využít jejich schopnost kombinované dodávky elektřiny a tepla. Tato vlastnost je činí ideálními pro průmyslové závody, energeticky náročné provozy nebo kritická zařízení, která vyžadují jak stabilní napájení, tak tepelný výkon.

Pro maximální efektivitu a spolehlivost je však klíčové zajistit správný návrh a implementaci systému, který odpovídá konkrétním požadavkům dané aplikace. Zvláštní důraz je třeba klást na synchronizaci s normou ISO 8528-5, která definuje technické standardy kvality, a postupné zatížení, zejména při ostrovním provozu.