Domů
Elektřina
Propojování elektrizačních a tepelných soustav

Propojování elektrizačních a tepelných soustav

Dnešní energetické soustavy procházejí významnými změnami. Ještě před několika lety byl typický model většiny evropských elektrizačních a tepelných soustav založen převážně na centralizované výrobě a energie byla poté příslušnými přenosovými  a distribučními sítěmi dodávána ke spotřebiteli. V důsledku požadavku snižování emisí a zvyšování účinnosti energetických procesů jsou do energetických soustav stále častěji připojovány decentralizované zdroje elektřiny a tepla, které kromě vysoké účinnosti dále snižují ztráty spojené s přenosem energie. Co se elektřiny týče, jedná se především o obnovitelné zdroje energie (OZE). Jako decentralizované zdroje tepla, zásobující buď konkrétní objekt nebo skupinu objektů, se stále častěji využívají tepelná čerpadla nebo menší kogenerační jednotky, ve kterých dochází současně k výrobě elektřiny a tepla při celkové účinnosti procesu pohybující se kolem 90 %.

V souvislosti s popsanou proměnou energetického sektoru lze dále pozorovat, že roste význam propojení výroby a užití elektřiny a tepla (nebo chladu). Právě kogenerace a efektivní soustavy zásobování teplem a chladem mají potenciál k dosažení stabilního propojení elektrických a tepelných soustav, díky němuž lze očekávat dosažení vyšší celkové energetické účinnosti.

Následující obrázek poukazuje na možná propojení elektrické a tepelné energie v případě fungující integrované energetické soustavy. Jak je z obrázku patrné, je kromě zmíněné propojené výroby elektřiny a tepla očekávané rozsáhlejší využití tepelné a elektrické akumulace a současně užší propojení s dopravou a inteligentními budovami.

propojeni el a tep

Propojení elektrizačních a tepelných soustav. Zdroj: IEA – Linking Heat and Electricity Systems (2014)

Studie Mezinárodní energetické asociace na dané téma

Studie Mezinárodní energetické asociace (IEA) z roku 2014 nazvaná Linking Heat and Electricity Systems (Propojování tepelných a elektrizačních soustav) se zabývá zmapováním současného stavu v oblasti kogenerace a efektivních soustav zásobování teplem a chladem a dále se snaží zanalyzovat důvody pomalého rozvoje těchto efektivních forem výroby energie ve většině zemí. Mimo to představuje již fungující projekty, které byly dodnes zrealizovány a které použitou technologií zapadají do sledované problematiky. Obecná část studie je rozdělená do 3 částí, které se postupně zabývají:

  1. Vhodnou volbou technologie
  2. Mechanismem financování projektu
  3. Obchodní strukturou

Z provedené analýzy vyplývá, že bariéry rozvoje zmíněných efektivních technologií je možné rozdělit v závislosti na fázi projektu do tří skupin:

  1. Bariéry zabraňující volbě technologie
  2. Bariéry snižující ekonomickou proveditelnost projektu
  3. Bariéry omezující flexibilitu obchodní struktury v rámci komplexního energetického systému

Bariéry zabraňující volbě technologie jsou často způsobeny tržním prostředím dané země a nefungujícím systémem zvýhodnění vyšší energetické účinnosti. Dále se jako problém jeví zvýhodňování OZE  před technologiemi využívajícími průmyslového odpadního tepla nebo přírodních zdrojů chladu. Svojí roli hraje také nízké povědomí veřejnosti o výhodách kogenerace.

Bariéry snižující ekonomickou proveditelnost projektu spočívají především ve vyšších počátečních investicích v porovnání s konvenčními zdroji a distribučními systémy. I v této fázi je projekt negativně ovlivňován tržní situací v dané zemi, která často není schopna férově ohodnotit efektivně vyrobenou elektřinu dodanou do elektrizační soustavy. Mimo zmíněné problémy se dále projevuje nejistota v energetických koncepcích spojená s obtížnou možností předvídatelnosti v energetickém sektoru.

Bariéry omezující flexibilitu obchodní struktury v rámci komplexního energetického systému vznikají v důsledku nedostatečně koordinované strategie pro oblasti výroby, dodávky a spotřeby elektřiny a tepla. Studie poukazuje také na chybějící obchodní modely, které by oceňovaly energetickou flexibilitu a udržitelnost.

Ve studii jsou dále obsaženy jak návrhy na překonání zmíněných bariér zabraňujících rozvoji efektivních technologií kogenerace a soustav zásobování teplem a chladem, tak seznam a představení realizovaných projektů ve světě. Některé z prezentovaných projektů budou v tomto článku představeny.

Představení realizovaných projektů

Jak je již zmíněno výše, studie obsahuje popis realizovaných projektů. Některé z nich jsou představeny níže. Jedná se o:

  • Průmyslovou kogeneraci: Segovia, Španělsko
  • Průmyslové kogeneraci: Fife, Skotsko
  • Efektivní soustava zásobování teplem: Marstal, Dánsko

Studie dále popisuje následující projekty:

  • Průmyslová kogenerace: Tabasco, Mexiko
  • Efektivní soustava zásobování chladem: Paříž, Franice
  • Efektivní soustava zásobování teplem: Riyadh, Saudská Arábie

Průmyslová kogenerace: Segovia, Španělsko

Projekt Eresma Cogen představuje využití kogenerace v rámci podniku vyrábějícího destiláty Whisky DYC ve španělské Segovii. Dvě kogenerační jednotka (každá o výkonu 6,5 MWe) nahradily konvenční kotle. Palivem pro tyto jednotky je zemní plyn, kterého je v nich ročně spáleno kolem 900 TJ. Kogenerační jednotky dále obsahují dva parní generátory získávající teplo z výfukových plynů (s výkonem 4 tuny páry za hodinu) a kompaktní tepelný výměník produkující tlakovou vodu s teplotou 140 °C. Závod využívá také teplou vodu z chladícího okruhu plynového motoru. V následující tabulce jsou shrnuty parametry kogenerační výroby.

eresma

Co se spotřeby energie týče, pokrývá kogenerace přibližně 70 % tepla spotřebovaného v závodě. Zbylých 30 % tepla je vyráběno v konvenčních plynových kotlích. Roční spotřeba elektřiny pro výrobu je 5,9 GWh, což odpovídá přibližně 5 % výroby elektřiny z kogeneračních jednotek. Přebytečná elektřina je dodávána do sítě.

Výměnou původních kotlů za nové došlo v továrně k roční úspoře energie ve výši 78 GWh a současně byly sníženy emise oxidu uhličitého o 15 522 tun ročně, což představuje snížení přibližně o 22 %.

Investice do projektu činila 10,3 mil. EUR a očekávaná doba návratnosti je díky vysokým úsporám paliva 7 let. Projekt nebyl podpořen žádnou podporou ani zvýhodněným systémem financování.

Průmyslová kogenerace: Fife, Skotsko

Kogenerační elektrárna Markinch spalující biomasu dodává elektřinu a teplo do papírny Tullis Russell ve Skotsku. Elektrárna je vlastněná britskou RWE Innogy a byla oficiálně uvedena do provozu v březnu 2015. V plánu je dodávka tepla a elektřiny do zmíněné papírny a dále dodávka elektřiny do elektrizační soustavy. Elektrárna nahradila 60 let starý kotel spalující uhlí a zemní plyn, který byl odstaven v srpnu 2013, a umožňuje tak pokračovat papírně ve výrobě v současné lokalitě. Dále nová jednotka spalující biomasu přispívá k naplnění cíle 30% podílu OZE na celkové spotřeby elektřiny ve Skotsku k roku 2020. RWE předpokládá, že nová elektrárna bude mít roční hodnotu množství vypuštěného oxidu uhličitého nižší přibližně o 0,25 mil. tun.

V následující tabulce jsou uvedeny energetické charakteristiky nové kogenerační elektrárny (MVT = maximální výroba tepla, MVE = maximální výroba elektřiny).

markinch

Kogenerační elektrárna bude dle plánů pokrývat veškerou tepelnou i elektrickou spotřebu papírny. Očekávaný export přebytečné elektřiny do elektrizační soustavy je 30 MW.

RWE zvolila kotel na biomasu především kvůli podpoře této technologie v rámci britského systému podpory ,,Renewables Obligation“. Bez této podpory by projekt nebyl ekonomicky proveditelný. Investiční náklady poskytnuté ze zdrojů RWE činily 200 mil. liber a roční náklady na provoz a údržbu jsou odhadovány na 6 mil. liber. Skotská vláda udělila projektu grant ve výši 8,1 mil. liber v rámci programu podpory zaměstnanosti ve vybraných regionech.

Efektivní soustava zásobování teplem: Marstal, Dánsko

Projekt nazvaný Sunstore 4 je projekt vyvinutý za účelem demonstrace potenciálu zásobování teplem vyrobeným 100% z OZE ve spojení s velkým tepelným zásobníkem. Širším cílem bylo prokázat možnost využití nízkonákladové výroby tepla z energie slunečního záření a jeho adaptování se na energetické požadavky a povětrnostní podmínky v evropských zemích.

Sunstore 4 projekt je rozšířením již existujícího systému zásobování teplem v Marstalu. Projekt se skládá ze solárních termálních panelů, biomasového kotle s ORC cyklem, tepelného čerpadla a zásobníku tepla o objemu 75 000 m3. Využitím spolupráce těchto technologií je systém schopný efektivně využívat teplo uložené na nízkých teplotních hladinách. Navíc je možné při nízkých cenách elektřiny v době, kdy výroba elektřiny převyšuje poptávku, elektřinu přeměnit na teplo a to akumulovat. V případě silných poryvů větru, kdy cena elektřiny prudce klesá, to může přinést dodatečný ekonomický užitek.

Na následujícím obrázku je zobrazen procesní diagram projektu Sunstore 4.

sunstore 4

 Procesní diagram Sunstore 4. Zdroj: IEA – Linking Heat and Electricity Systems

Na obrázku níže je potom zobrazen souhrnný sankeyův diagram v MWh pro soustavu zásobování teplem v Marstalu.

marstal

Sankeyův diagram pro soustavu zásobování teplem v Marstalu. Zdroj: IEA – Linking Heat and Electricity Systems

Investiční náklady na projekt Sunstore 4 byly 15,5 mil. EUR, přičemž projekt obdržel podporu 4,1 mil. EUR od Evropské komise. Úroková sazba pro poskytnutý úvěr byla stanovena na 3,05 % při anuitním splácení po dobu 25 let. Očekávaná doba návratnosti je při uvažovaných ročních nákladech na údržbu ve výši 50 tis. EUR do 10 let.

 

Zdroj úvodní fotografie: sunstore4.eu

 

Mohlo by vás zajímat:

Komentáře(0)
Komentáře pouze pro přihlášené uživatele

Komentáře v diskuzi mohou pouze přihlášení uživatelé. Pokud ještě účet nemáte, je možné si jej vytvořit na stránce registrace. Pokud již účet máte, přihlaste se do něj níže.

V uživatelské sekci pak můžete najít poslední vaše komentáře.

Přihlásit se