asb-portal.cz - Odborný portál pro profesionály v oblasti stavebnictví

Využití plynové kogenerační jednotky k pohonu tepelného čerpadla

21.10.2016

Příspěvek se věnuje možnosti uplatnění plynové kogenerační jednotky (KGJ) jako pohonné jednotky tepelného čerpadla (TČ) typu vzduch-voda. Při zpracovávání modelové situace bylo snahou najít uplatnění energeticky účinné technologie kogenerace ve spojitosti s tepelným čerpadlem na přípravu teplé vody v okrskové plynové kotelně. Elektřina vyprodukovaná KGJ bude sloužit jen k pohonu TČ v tzv. ostrovním provozu. Takto lze uplatnit technologii kogenerace v daném typu energetického zdroje i v situaci, kdy se z důvodu technické obstrukce provozovatelů regionálních distribučních soustav nedá připojit žádný nový zdroj elektřiny.

Při zpracovávání energetického auditu společnosti a návrhu racionalizačních opatření v rámci konzultací s objednavatelem auditu vyšel podnět ke zpracování modelu instalace tepelného čerpadla vzduch / voda pro přípravu teplé vody v přechodném a letním období s částečným využitím i pro dodávku tepla na vytápění. Z toho následně vyplynula možnost zpracování modelu s uplatněním napájení pohonného elektromotoru z kogenerační jednotky na bázi spalování zemního plynu v ostrovním režimu.

Východisková pozice

U modelového návrhu jsme vycházeli z bilančních údajů o spotřebě energie v zemním plynu na přípravu teplé vody v měsících březen až listopad za tři roky provozu okrskové plynové kotelny. Okrsková kotelna zásobuje teplem systém odběrných objektů, v nichž jsou instalovány kompaktní objektové odevzdávací stanice s částečnou akumulací TV na pokrytí odběrových špiček. V samotné kotelně jsou jako pozůstatek bývalého systému centrálního ohřevu a dodávky teplé vody k dispozici některé nádrže zásobníkových ohřívačů teplé vody, které lze po repasování a dodatečné tepelné izolaci využít k akumulaci tepla pro dosažení lepší rovnoměrnosti provozu KGJ a TČ.

Využití akumulace snižuje potřebný výkon TČ i KGJ, a tím samozřejmě i investiční náročnost. Samotná instalace uvedeného tandemu zařízení nezvýší ani celkový výkon kotelny – zároveň totiž bylo navrženo odinstalovat nejstarší kotel, protože současný výkon kotelny je příliš vysoký, o čemž svědčí hodnota ročního využití instalovaného výkonu na úrovni 800–900 hodin.

Zpracování bilančních údajů

V tab. 1 jsou uvedeny vypočítané průměrné provozní výkony systému výroby a dodávky tepla ze sledované okrskové kotelny.
Z uvedených hodnot za tři bilanční roky vyšel průměrný výkon ve výrobě tepla na pokrytí celé spotřeby tepla na přípravu teplé vody ve výšce 638 kW.  

Ke stanovení průměrného SCOP (celkový koeficient poměru vstupující a vystupující energie, včetně pomocných pohonů) jsme po konzultacích s dodavateli TČ stanovili průměrné hodnoty v jednotlivých měsících a nakonec průměrné hodnoty za uvažované období využívání TČ. Údaje jsou uvedeny v tab. 2.

Modelový výpočet

Pro samotný modelový výpočet jsme potřebovali stanovit proporci dimenzování KGJ a TČ. Celkový tepelný výkon obou zařízení nepokrývá celkovou potřebu, ale je optimalizován tak, aby byl maximálně vy-
užit instalovaný výkon. Omezujícím faktorem byla škála nabízených KGJ na trhu – vzhledem k už uvedené nemožnosti připojení nových zdrojů vyrábějících elektřinu do RDS jde totiž u všech „malých“ KGJ v podstatě o kusovou výrobu, což má následně nepříznivý vliv na jejich cenu.

Pro nás však byly nutné hlavně technické údaje. Protože šlo o rámcový výpočet pro účely EA, nikoli o konkrétní studii realizovatelnosti, vycházeli jsme z dostupných údajů na internetových stránkách společností nabízejících KGJ. V případě TČ je nabídka na trhu širší, hlavně však lze potřebný výkon seskládat z modulových jednotek bez podstatného vlivu na realizační cenu. Takto sestavené celky mají následně i širší škálu regulace, resp. nasazování do provozu.

Na základě předcházejících úvah nám při daných technických požadavcích vyšla jako optimální kombinace pro výpočet KGJ s elektrickým výkonem přibližně 120 kW a tepelným výkonem 172 kW a TČ s celkovým tepelným výkonem 350 kW.

Celý modelový výpočet je uveden v tab. 3 a 4. Jako alternativu pro porovnání jsme do výpočtu zařadili i plynové tepelné čerpadlo (PTČ), resp. kaskádu s celkovým tepelným výkonem 480 kW (6 ks).

Závěr

Z modelového výpočtu vyplývá, že úvaha o instalaci tepelného čerpadla poháněného plynovou kogenerační jednotkou představuje spojení technologií, které přináší v uvažovaných intencích provozu a nákladovosti investic zajímavou hodnotu návratnosti. Více méně porovnatelná technologie plynového tepelného čerpadla má však poněkud lepší návratnost. Při uplatnění KGJ lze předpokládat, že po prolomení embarga na připojení ji bude možné provozovat v paralelním režimu v rámci RDS.

Uvažované řešení – ať už s PTČ, nebo s KGJ + TČ – bude zřejmě stále častěji používáno při zásobování teplem na vytápění budov, hlavně při potřebě dodržení globálního ukazatele energetické náročnosti v rámci systémů zásobovaných teplem na bázi spalování zemního plynu. Koeficient primární energie klesne z hodnoty 1,36 na hodnotu 0,919 při KGJ + TČ a na 0,716 při PTČ.
Protože však jde skutečně o rámcový technicko-fyzikální model, neřešili jsme souvislosti cenotvorby tepla v platném regulačním rámci.

* Uvažované náklady byly ponechány v eurech.

Text: Ing. Pavol Kosa
Autor je generálním ředitelem Národní energetické společnosti, a. s.
Ilustrační foto: Dano Veselský

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB 03/2016.

Komentáře

Prepíšte text z obrázku do poľa. Ak nedokážete text rozoznať, kliknite na obrázok.

Další z Jaga Media