Konferencja 09.06.09 Elblag_2

Mgr inŜ. Witold Płatek
Stowarzyszenie NiezaleŜnych Wytwórców Energii Skojarzonej / Centrum Elektroniki
Stosowanej CES Sp. z o.o.
Element budowy bezpieczeństwa energetycznego Elbląga i rozwoju
rozproszonej Kogeneracji na ziemi elbląskiej
Kogeneracja gazowa jest to skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła w
oparciu o paliwo gazowe w modułach z silnikami gazowymi, turbinami lub ogniwami
paliwowymi.
PowyŜsze rozwiązanie techniczne wpisuje się w zasadę zrównowaŜonego rozwoju oraz
ochronę klimatu poprzez:
- zmniejszenie zuŜycia paliwa pierwotnego,
- minimalizację strat przesyłowych,
- zmniejszenie emisji szkodliwych substancji do środowiska (CO2,NOx).
Instalacje kogeneracyjne mają szerokie zastosowanie jako źródła energii rozproszonej w
systemach w których istnieje jednoczesne zapotrzebowanie na energie elektryczną i cieplną.
Ciepłownie miejskie, zakładowe, szpitale, baseny, szklarnie, obiekty handlowo-usługowe czy
przemysłowe to tylko niektóre z wielu moŜliwych miejsc instalacji kogeneracji. Z punktu
widzenia ekologicznego i efektywności energetycznej kaŜde z wyŜej wymienionych miejsc
powinno posiadać kogenerację. Niemniej waŜnym a często decydującym o inwestycji w
kogenerację jest efekt ekonomiczny. Dlatego analiza moŜliwości zastosowania kogeneracji
powinna uwzględniać trzy wyŜej wymienione aspekty a przede wszystkim ekonomiczny.
Systemy CHP (z j. ang. Combined Heat and Power) wykorzystywane są równieŜ w
aplikacjach z instalacjami klimatyzacyjnymi (trigeneracja), gdzie elementem produkującym
ciepło jest agregat kogeneracyjny, natomiast absorpcyjny agregat wody lodowej (chiller)
razem z wieŜą chłodniczą stanowi źródło chłodu (woda lodowa +5°C) wytwarzanego dla
potrzeb klimatyzacji.
Rys. Schemat technologiczny układu skojarzonego z moŜliwością produkcji energii
elektrycznej, cieplnej, chłodu oraz pary. [Źródło: opracowanie własne CES]
Podstawowy system kogeneracyjny składa się z modułu wytwarzania energii
elektrycznej i ciepła, energetycznego układu zabezpieczeń, rozdzielnicy napędów
pomocniczych oraz automatycznej instalacji uzupełniania oleju. Moduł kogeneracyjny
zbudowany jest w oparciu o silnik tłokowy najczęściej zasilany gazem ziemnym lub
biogazem powstałym na skutek fermentacji osadów ściekowych, odpadów komunalnych,
biomasy, itp. Silnik gazowy posadowiony jest na wspólnym wale z prądnicą synchroniczną,
praca tych elementów umoŜliwia produkcję energii elektrycznej. Na skutek spalania gazu
w silniku powstaje ciepło składające się na całkowitą produkcję energii cieplnej urządzenia.
Odbierane jest ono przez układ wymienników ciepła. Natomiast jego pozostała część
wypromieniowana zostaje z korpusu silnika do atmosfery. Ciepło poprzez układ wodny
(90/70°C), zintegrowany z modułem CHP, odprowadzane jest do zewnętrznej instalacji
grzewczej i wykorzystywane jako ciepło uŜytkowe (dla potrzeb socjalnych, procesów
technologicznych, itp.).
Rys. Bilans energetyczny urządzenia kogenaracyjnego
[Źródło: opracowanie własne CES]
1. Efektywność energetyczna systemu kogeneracyjnego (CHP)
Wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła w skojarzeniu CHP w pobliŜu miejsc rozbioru
mediów stanowi doskonały sposób ochrony zasobów energetycznych Ziemi. Lokalne
wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła eliminuje straty przesyłowe i ułatwia dopasowanie
do rzeczywistego zapotrzebowania energetycznego oraz zwiększa bezpieczeństwo
energetyczne.
Wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła w skojarzeniu, zrealizowane na bazie silników
gazowych zasilanych gazem ziemnym, to nie tylko sprawność systemu rzędu 90%, lecz
takŜe skuteczne obniŜenie emisji CO2, w stosunku do tradycyjnego pozyskiwania energii
elektrycznej i cieplnej.
2. Aspekt ekologiczny
Zastosowanie urządzeń kogeneracyjnych zmniejsza wykorzystanie energii pierwotnej
nawet o 1/3 w porównaniu z energią pierwotną dostarczaną do konwencjonalnych systemów
ciepłowniczych. Dzięki wytwarzaniu energii elektrycznej i cieplnej w skojarzeniu następuje
redukcja
emisji
dwutlenku
węgla
CO2
oraz
zmniejszenie
emisji
związków
zanieczyszczających powietrze pochodzących ze spalania paliw konwencjonalnych SOx,
NOx. W silnikach gazowych energia gazu (metanu) jest przekształcana w energię
mechaniczną (a w konsekwencji elektryczną i cieplną) w procesie wybuchowego spalania
(taki proces jest charakterystyczny dla pracy silników spalinowych). Ten sposób spalania
gwarantuje bardzo niską emisję CO2 do atmosfery.
Rys. Bilans energetyczny konwencjonalnych systemów zasilania w porównaniu z
systemami CHP [Źródło: opracowanie własne CES]
3. Ekonomiczny
aspekt
zastosowania
układu
kogeneracyjnego
działającego w oparciu o gaz ziemny.
Wysoko wydajna technologia skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła
wynosi ok. 90%, gwarantuje wymierne korzyści ekonomiczne na poziomie od kilkuset
tysięcy do milionów złotych oszczędności rocznie. Oszczędności te dotyczą zarówno
eksploatacji modułu kogeneracyjnego oraz sprzedaŜy Świadectw Pochodzenia energii
elektrycznej wytworzonej w skojarzeniu z ciepłem tzw. „ Ŝółtych certyfikatów”.
W celu zobrazowania korzyści ekonomicznych, poniŜej przeanalizowano przykład
zastosowania modułu kogeneracyjnego na gaz ziemny GZ-50 o mocy elektrycznej 357 kW i
mocy cieplnej 529 kW.
Przyjęte załoŜenia:
1. Moc elektryczna modułu kogeneracyjnego 357 kW
2. Moc cieplna modułu kogeneracyjnego 529 kW
3. Cena zakupu energii elektrycznej 0,30 zł netto / 1kWh
4. Cena zakupu gazu ziemnego 1,34 zł netto / 1m3
5. Cena kogeneratora wytwarzającego 357 kW mocy elektrycznej oraz 529 kW ciepła
wraz z osprzętem wynosi ok. 1 200 000 zł netto
6. Koszty dodatkowe związane z włączeniem kogeneratora w aktualny system
elektroenergetyczny i cieplny w zaleŜności od zakresu prac, przyjęto 200.000 zł
netto.
7. Roczne koszty eksploatacyjne 120.000 zł netto
Koszty ponoszone:
Sposób tradycyjny:
Z wykorzystaniem kogeneracji:
energia elektryczna z ZE
(jednoczesne wytwarzanie energii elektrycznej i
energia cieplna wytwarzana z gazu ziemnego cieplnej z gazu ziemnego)
Dobrano kogenerator, który do produkcji
Roczne koszty energii elektrycznej:
•
357kW x 24h x 50 x 7 dni x 0,30 zł = 357kWel / 529kWciepl / 987 kW w ciągu roku
= ok. 900 000 PLN
zuŜywa 98,7m3/h gazu ziemnego.
Roczne koszty energii cieplnej:
Koszt zapotrzebowania na gaz:
Sprawność kotła gazowego: 90%
• 98,7 m3 x 24 x 50 x 7 dni x 1,34 zł =
(529 kW / 0,9 ) / 10 = 58,8 m3/h
= ok. 1 111 000 PLN
• 58,8 m3 x 24 x 50 x 7 dni x 1,34zł = Koszty rocznej obsługi serwisowej agregatu
= ok. 662 000 PLN
wynoszą:
• koszt obsługi agregatu 120 000 PLN
Łączne koszty zakupu energii elektrycznej i
gazu:
Łączne koszty eksploatacji agregatu:
• 900 000 + 662 000 = 1 562 000 PLN
• 1 111 000 + 120 000 = 1 231 000 PLN
SprzedaŜ Ŝółtych certyfikatów:
• 357kW x 24h x 50 x 7 dni x 0,12 zł =
= ok. 360 000 PLN
Roczne oszczędności: 1 562 000 zł – 1 231 000 + 360 000 zł = 691 000 PLN
Koszt zakupu agregatu wynosi ok. 1 400 000 zł, zatem zwróci się on po około 2 latach
eksploatacji.
10 000 000 zł
8 965 000,00 zł
8 000 000 zł
5 390 409,33 zł
NPV
6 000 000 zł
4 000 000 zł
2 000 000 zł
0 zł
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
-2 000 000 zł
rok inwestycji
zysk prosty (i=0)
zysk NPV (i=6%)
Wykres. Przepływy finansowe inwestycji. [Źródło: opracowanie własne CES]
14
15