Jít na vyhledávání

Kogenerační a trigenerační jednotka

Výklad

 

Při klasické výrobě elektrické energie v kondenzačních elektrárnách je přibližně polovina tepla (závisí na typu zdroje) získaného z primárního paliva vypouštěna do ovzduší. V centrálních výtopnách, zásobujících spotřebitele teplem, se naopak žádná elektřina nevyrábí, ale tepelná účinnost dosahuje 90 %. Z hlediska efektivního využívání primárních paliv je podstatně výhodnější kombinovaná výroba elektrické energie a tepla (KVET), známá i pod názvem kogenerace (z anglického co-generation). Využití primární energie paliva (celková tepelná účinnost) se může v kogeneračních zdrojích pohybovat nad hranicí 90 %, což má příznivý dopad na celkovou ekonomii i ekologii zdroje.

Porovnání účinností a ztrát při oddělené a kombinované výrobě elektřiny a tepla (Zdroj: ČEZ, a. s.)

Porovnání účinností a ztrát při oddělené a kombinované výrobě elektřiny a tepla

Spuštěním kompaktní plynové kogenerační jednotky v Horním Slavkově přesáhl elektrický výkon všech provozovaných kogenerací ČEZ Energo 100 MW (Zdroj: ČEZ, a. s.)

Spuštěním kompaktní plynové kogenerační jednotky v Horním Slavkově přesáhl elektrický výkon všech provozovaných kogenerací ČEZ Energo 100 MW

Trendem posledních let je výstavba a provozování malých plynových kogeneračních jednotek, plně zapadajících do koncepce decentralizované energetiky. Při instalaci jednotek přímo v místě spotřeby elektřiny a tepla navíc dochází k minimalizaci ztrát dálkovým přenosem tepla a snížení ztrát elektřiny v přenosových linkách.

Princip kombinované výroby elektřiny a tepla v kogenerační jednotce je jednoduchý. Vysokopotenciální tepelná energie uvolněná spálením paliva se nejprve použije k výrobě elektřiny a následně se zbytková energie pracovní látky využije ve formě tepla například k vytápění budov nebo ohřevu vody. Palivem používaným v menších kogeneračních jednotkách je nejčastěji zemní plyn, ale stejně vhodnými palivy mohou být i například LPG, důlní plyn nebo různé druhy bioplynu, vznikajícího v bioplynových stanicích, na skládkách komunálního odpadu nebo při čištění odpadních vod. Možnost využití různých druhů plynných paliv rozšiřuje potenciální možnosti efektivního využití kogeneračních jednotek.

Pohonnou jednotkou a zdrojem tepla je v kogenerační jednotce upravený pístový spalovací motor (Zdroj: ČEZ, a. s.)

Pohonnou jednotkou a zdrojem tepla je v kogenerační jednotce upravený pístový spalovací motor

Parametry kogeneračních jednotek se plně přizpůsobují aktuálním spotřebám v místě instalace. Jejich výkony se pohybují od jednotek kW až do jednotek MW jak v elektrickém, tak i v tepelném výkonu. Základem jednotky je elektrický synchronní generátor poháněný většinou pístovým spalovacím motorem upraveným na spalování plynu, v méně častých případech plynovou nebo parní turbínou. Synchronní otáčky generátoru umožňují bezproblémové přifázování menších kogeneračních jednotek do distribuční sítě na hladině nízkého napětí s frekvencí 50 Hz. Jednotky větších výkonů v řádu stovek kW nebo jednotek MW jsou přes transformátor převážně připojovány do sítí vysokého napětí. Výhodou řady kogeneračních jednotek je jejich schopnost přechodu do ostrovního provozu, kdy pracují zcela autonomně bez připojení na nadřazenou distribuční soustavu a dodávají elektřinu do vymezené části sítě pro vlastní potřebu strategicky významných spotřebičů připojených zákazníků. Po obnovení centrálního napájení přechází kogenerační jednotky opět do paralelního provozu se sítí a dodávají vyrobenou elektřinu do této nadřazené sítě. Významnou vlastností menších kogeneračních jednotek je jejich schopnost startu ze tmy.

Jedna ze tří kogeneračních jednotek města Zruč nad Sázavou. Jednotky jsou napojeny na soustavu CZT a mají trvalý odběr nízkopotenciálního tepla (Zdroj: ČEZ, a. s.)

Jedna ze tří kogeneračních jednotek města Zruč nad Sázavou. Jednotky jsou napojeny na soustavu CZT a mají trvalý odběr nízkopotenciálního tepla

Teplo, využitelné k vytápění nebo ohřevu užitkové vody je generováno samotným spalovacím motorem a elektrickým generátorem, z kterých se odvádí pomocí chladicí vody do oddělovacího výměníku. Tam je předáváno připojené topné soustavě. Největší využití nachází kogenerační jednotka právě v případě, kdy je garantován celoroční trvalý odběr nízkopotenciální tepelné energie. Výhodné je například propojení jednotek se systémy centrálního zásobování teplem, s tepelným hospodářstvím obchodních a sportovních center, hotelů a nemocnic. Značných úspor lze s kogeneračními jednotkami dosáhnout v areálech průmyslových podniků.

Malá zařízení na kombinovanou výrobu tepla a elektřiny se využívají i v průmyslu, například při výrobě papíru (Zdroj: © Moreno Soppelsa / stock.adobe.com)

Malá zařízení na kombinovanou výrobu tepla a elektřiny se využívají i v průmyslu, například při výrobě papíru

Pro případ nerovnoměrného odběru tepla, případně zabezpečení dodávky tepla v čase odstávky zdroje, je téměř u všech jednotek instalovaná akumulační vodní nádrž. Přebytečné teplo ukládané v čase odběru nižšího, než je jmenovitý tepelný výkon kogenerační jednotky, lze později využít v době odběrových špiček nebo pokud je jednotka mimo provoz. Akumulace podstatně zvyšuje efektivitu využití zdroje a udržuje kvalitu dodávek tepla na vysoké úrovni.

Kogenerační jednotka v areálu Lázně Klimkovice – Rehabilitační ústav zahrnuje zdroj o elektrickém výkonu 999 kW a akumulační nádrž o objemu 135 m<sup>3</sup> (Zdroj: ČEZ, a. s.)

Kogenerační jednotka v areálu Lázně Klimkovice – Rehabilitační ústav zahrnuje zdroj o elektrickém výkonu 999 kW a akumulační nádrž o objemu 135 m3

Kromě elektřiny a tepla je možné v jedné jednotce vyrábět i chlad. Při společné výrobě všech tří komodit jde o trigeneraci. Teplo generované jednotkou při výrobě elektřiny je v zimním období využíváno k vytápění a v letním období, kdy je jeho spotřeba minimální, slouží k výrobě chladu v připojené absorpční chladicí jednotce. Trigenerace zlepšuje využitelnost kogenerační jednotky a výrazným způsobem prodlužuje efektivní dobu jejího provozu. Primárním využitím generovaného chladu je klimatizování připojených objektů, ale trigenerace najde využití i v průmyslových provozech, kde je potřebná výroba technologického chladu.

Trigenerační jednotka současně vyrábí elektřinu, teplo a chlad (Zdroj: © megis / stock.adobe.com)

Trigenerační jednotka současně vyrábí elektřinu, teplo a chlad

K ovládání kogeneračních jednotek je určen řídicí systém instalovaný přímo v rozvaděčích jednotek. Řídicí systém pracuje automaticky podle zadání obsluhy a může být ovládán místně nebo dálkově. V principu mohou být například všechny kogenerační jednotky regionu spojeny v jedinou virtuální elektrárnu, která je ovládána a spravována z jednoho místa. Výkon takové elektrárny může dosahovat i stovky MW a elektrárna může mít poměrně velký význam v řízení decentralizované energetiky.

Vrátit se nahoru
detail