Kombinirane toplinske i elektrane istodobno proizvode toplinu i električnu energiju. To rješava dva problema u kućanstvu. Država također promiče moderno, ekološko grijanje. Ali za koga vrijedi kombinirana jedinica za grijanje i napajanje? U našem vodiču objašnjavamo kako to radi, zahtjeve za instalaciju i troškove.
Kombinirana toplotna i elektrana kao grijanje: najvažnije stvari na prvi pogled
- Kombinirana toplinska i elektrana istovremeno generira električnu i toplinsku energiju prema principu kombinirane toplinske i električne energije, nakon čega toplina iz proizvodnje električne energije teče u krug grijanja. Iz tog razloga, učinkovitost sustava je oko 90 posto. Za usporedbu: prosječna elektrana na plin radi oko 40 posto.
- Kompaktni sustavi sastoje se od pogona (motora, turbine ili gorivne ćelije), generatora i izmjenjivača topline.
- Kombiniranim toplinskim i elektranama može se upravljati plinom, uljem, drvenim peletima ili ugljenom, ovisno o instaliranoj tehnologiji. S bioplinom ili drvetom kao gorivom možete raditi u potpunosti CO2-neutralno.
- Ovisno o veličini i izlazu, kombinirani sustavi topline i energije dijele se na nano, mikro, mini i standardne kombinirane jedinice topline i energije. Nano kombinacije topline i elektrane također su ekonomične za obitelji.
- Isplati li se kombinirana termoelektrana, ovisi o iskorištenosti njenog kapaciteta. Uz dugotrajno vrijeme rada, cijena električne energije mrežnog operatora također je odlučujuća za kratko razdoblje amortizacije.
- Savezni ured za ekonomiju i kontrolu (BAFA) podržava ugradnju kombiniranih termoelektrana s fiksnim potporama i dodatcima na tarifu električne energije. Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) i neke savezne države također nude financijske poticaje i jeftine zajmove.
Kako funkcionira kombinirana termoelektrana?
Kombinirana toplinska i elektrana sustav je koji proizvodi i električnu i toplinsku energiju. Koristi princip kombinirane topline i energije prema kojem se mehanička energija motora (snage) koristi za proizvodnju električne energije, a njegovi vrući ispušni plinovi daju toplinu. To znači da kombinirane termoelektrane i elektrane postižu visoku razinu učinkovitosti od 90 posto i više. Generirana energija sastoji se u prosjeku od trećine električne energije i dvije trećine topline. Međutim, ove se brojke razlikuju ovisno o sustavu i dizajnu. Tehnologija kombinirane jedinice za grijanje i napajanje stane u kućište otprilike veličine hladnjaka. Naziv termoelektrane blokovskog tipa izveden je iz kompaktnih dimenzija.
Neke elektrane na ugljen i plin također koriste kombiniranu toplinu i energiju. U 2017. njihov udio u neto proizvodnji električne energije u Njemačkoj iznosio je 21 posto. Međutim, u velikoj elektrani cjevovodi prenose toplinu do mjesta potrošnje, jer su stambena područja i tvrtke daleko. Usput su gubici neizbježni. Posebnost blokovskih termoelektrana je u tome što se i električna i toplinska energija proizvode lokalno i decentralizirano. To značajno povećava njihovu učinkovitost u usporedbi s centraliziranim sustavima.
Zbog svojih malih gubitaka i mogućnosti rada s biogorivom, kombinirane toplinske i elektrane su stup energetske tranzicije. Savezna vlada promovira vlasnike blokovskih termoelektrana s različitim modelima nagrađivanja od 2000. godine. Posljednjih godina povećao se broj takozvanih nano i mikro kombiniranih jedinica za grijanje i napajanje na tržištu. Sustavi snage do 15 kilovata vrijede i za privatne potrošače pod određenim uvjetima.
Na prvi pogled postupak
Kombinirana termoelektrana radi u slijedećem slijedu:
- Plinski, dizelski ili parni motor pokreće generator uz pomoć osovine. Veće kombinirane termoelektrane i elektrane također koriste plinske turbine umjesto motora. Plin je komprimiran i doseže visoke temperature. Vrući plin tada pokreće manje turbine, koje prenose mehaničku energiju na generator.
- Generator proizvodi električnu energiju. Ili se troši u kućanstvu ili u tvrtki ili se ulijeva u javnu električnu mrežu.
- Izmjenjivač topline prenosi toplinu ispušnih plinova u vodu za grijanje.
- Voda za hlađenje motora i vruće motorno ulje također prenose toplinu na vodu za grijanje pomoću izmjenjivača topline.
Izgradnja kombinirane termoelektrane
Vrsta grijanja sastoji se od sljedećih elemenata:
- Motor
Najčešći motori za kombinirane termoelektrane su plinski, dizelski, parni i Stirlingovi motori. Svaka vrsta motora ima prednosti i nedostatke. Benzinski motori na plinski pogon smatraju se učinkovitima i izdržljivima, ali zahtijevaju redovito održavanje. Dizelski motori imaju najbolju učinkovitost, ali su skuplji od benzinskih motora. U slučaju Stirlingovih motora, za razliku od Ottovih i dizelskih motora, toplina se napaja izvana. Njima se može rukovati drvetom ili peletima, stoga su posebno ekološki prihvatljivi i zahtijevaju malo održavanja. Međutim, električna učinkovitost manja je od one kod benzinskih motora. - Plinska turbina (kao alternativa motoru)
Kompresor komprimira okolni zrak na visoki tlak. Smjesa zrak-plin izgara u komori za izgaranje i doseže visoke temperature. Vrući plin pokreće generator. Zbog visokih troškova, plinska turbina vrijedi samo za veće kombinirane termoelektrane i elektrane. - Gorivne ćelije (kao alternativa motoru)
U gorivim ćelijama vodik i kisik reagiraju tijekom takozvanog hladnog izgaranja. Pritom proizvode električnu i toplinsku energiju. Kombinirane toplinske i elektrane s pogonom na gorivne ćelije relativno su nova tehnologija, budući da rade CO2 neutralno, šire se sve više, posebno u nano i mikro kombiniranim elektranama. - Generator
Generator za proizvodnju električne energije može biti i sinkroni i asinkroni. On generira trofaznu izmjeničnu struju i obično je povezan s niskonaponskim sustavom zgrade. Vlasnici termoelektrane blokovskog tipa sami koriste električnu energiju ili je unose u javnu mrežu. U drugom slučaju, primaju naknadu od mrežnog operatora i dodatni fiksni dodatak prema Zakonu o kombiniranoj toplinskoj energiji.
Kako funkcionira kombinirana jedinica za grijanje i napajanje na motorni pogon.
- Izmjenjivač topline Izmjenjivač
topline ima zadatak prenijeti toplinu iz ispušnih plinova, rashladne vode motora i motornog ulja u servisnu vodu u krugu grijanja. Najrasprostranjeniji izmjenjivači topline uključuju izmjenjivače topline s cijevima i pločaste izmjenjivače topline. - Upravljanje
Upravljanje omogućuje operatorima kombinirane termoelektrane da konfiguriraju različite parametre. Između ostalog, njime postavljate način rada. Modernim kombiniranim elektranama za grijanje i grijanje može se upravljati putem aplikacije na prijenosnom računalu ili čak na pametnom telefonu. - Kotao
s vršnim opterećenjem Kotao s najvećim opterećenjem ne pripada blokovskoj termoelektrani. Međutim, ako je potrebno, rad se odvija paralelno kako bi se pokrila vršna opterećenja u potrošnji grijanja. Dimenzioniranje blokovske termoelektrane prema vršnim opterećenjima nema ekonomskog smisla jer bi broj radnih sati ostao prenizak. Kombinirana termoelektrana koja pokriva osnovno opterećenje mnogo je učinkovitija. Sve vrste kotlova kao što su plinski i uljni kondenzacijski kotlovi prikladni su kao dodatak kombiniranoj jedinici topline i energije. - Spremište
međuspremnika Spremište međuspremnika nije obvezno u kombiniranoj termoelektrani, ali ima ekonomskog smisla, posebno za privatne potrošače, jer potrošnja tople vode snažno varira tijekom dana. Spremnik sadrži vodu za grijanje i koristi se za pohranu viška topline. Ako sustav ne može zadovoljiti potražnju tijekom vršnih opterećenja, topla voda ulijeva se u krug grijanja. Za termoelektranu blokovskog tipa snage 50 kilovata tampon je idealno 3000 litara, a za nano blokovsku termoelektranu u obiteljskoj kući obično je dovoljno 1000 litara.
Gorivo za grijanje
Sljedeća goriva se koriste u termoelektrani blokovskog tipa, ovisno o pogonskoj tehnologiji:
- Prirodni plin, uključujući tekući plin
- Bioplin s farmi
- Zagrijano ulje
- Biljno ulje poput uljane repice ili palminog ulja (samo za određene dizel motore)
- Drveni peleti (samo za Stirling i parne strojeve)
- Drvna sječka / drvni plin (samo za velike kombinirane termoelektrane i elektrane)
- Kamen ili lignit
Drveni peleti su ekološki prihvatljiv način rada kombiniranih toplinskih i elektrana.
Klasifikacija kombiniranih toplinskih i elektrana prema izvedbi
Sljedeća tablica daje pregled vrsta kombiniranih toplinskih i energetskih jedinica:
|
oznaka |
vlast |
koristiti |
tehnologija |
|---|---|---|---|
|
Nano |
Do oko 2,5 |
Obiteljske kuće |
Stirlingov motor, parni stroj, |
|
Termoelektrane mikro |
2,5 do 15 |
Stambene zgrade |
Stirlingov |
|
Mini |
15 do 50 |
Male proizvodne tvrtke, |
Plinski motor, parni stroj, |
|
Kogeneracijske jedinice |
50 do 250 |
Veliki proizvodni pogoni, |
Plinske turbine, dizelski i |
tumačenje
Kombinirane termoelektrane i elektrane mogu se projektirati s električnom energijom ili toplinom. U prvoj varijanti proizvodnja električne energije je presudna. Međutim, budući da sustavi proizvode više topline od električne energije i nedostaje skladišta topline, velik dio topline ostaje neiskorišten. Zbog toga je većina kombiniranih toplinskih i elektrana dimenzionirana prema potrebi za toplinom.
Distribucija i budućnost kombiniranih toplinskih i elektrana
Većina komponenata kombinirane toplinske i energetske jedinice nisu novi izumi. Stirlingov motor postoji od 1816. Generatori također proizvode električnu energiju od druge polovice 19. stoljeća. Princip kombinirane topline i energije također je poznat već dugo. Već 1902. godine parne turbine proizvodile su električnu energiju u toplani Beelitz-Heilstätten, dok je toplina od pare zagrijavala zgradu.
Ipak, dugo vremena nije bilo načina da se tehnologija smanji tako da su se kompaktni sustavi za privatnu proizvodnju energije isplatili. Prve kombinirane termoelektrane i elektrane pojavile su se na tržištu sredinom 1980-ih. 2000. godine stupila je na snagu prva verzija Zakona o kombiniranoj toplinskoj energiji. Po prvi je put osigurao bespovratna sredstva za vlasnike kombiniranih toplinskih i energetskih jedinica. Prilagodbe su izvršene 2009. i 2016. godine.
Danska igra vodeću ulogu u instalaciji kombiniranih toplinskih i elektrana u cijeloj Europi. Već 2005. godine 50 posto tamo generirane energije dolazilo je iz kombiniranih termoelektrana.
I u Njemačkoj se posljednjih godina povećao broj kogeneracijskih jedinica za privatnu upotrebu. Međutim, ova vrsta grijanja još uvijek nije jedna od najčešćih. Za to postoje uglavnom povijesni razlozi. Posebno je decentralizirano stvaranje električne energije ubrzalo tek na prijelazu milenija zahvaljujući Zakonu o obnovljivim izvorima energije. U kontekstu energetskog prijelaza, kombinirane toplinske i elektrane vjerojatno će također igrati sve važniju ulogu.
Zahtjevi za ugradnju grijanja
- Ako želite instalirati kombiniranu jedinicu za grijanje i napajanje, temperatura povrata vašeg sustava grijanja trebala bi biti manja od 70 Celzijevih stupnjeva. Ako je veća, izmjenjivač topline više ne može u potpunosti odvoditi toplinu iz motora. U ovom slučaju sustav funkcionira neekonomično. Ako se motor previše zagrije, sustav se također isključuje.
- Drugi je zahtjev veza na lokalni plinovod ako plinski motor pokreće generator. Međutim, neke blokovske termoelektrane također mogu raditi s tekućim plinom.
- Prilikom ugradnje kombinirane toplinske i elektrane potrebna su dva dodatna brojila električne energije. Dok prva mjeri proizvedenu električnu energiju, druga bilježi udio koji utječe u javnu mrežu. Između ostalog, ovo je važno kako biste od mrežnog operatora dobili povratnu tarifu.
Možete se prijaviti za dodatna brojila električne energije za vašu kombiniranu jedinicu za grijanje i napajanje od mrežnog operatora.
Učinkovitost i područja primjene kombinirane termoelektrane
Kombinirane termoelektrane i elektrane koriste se u obiteljskim i obiteljskim kućama, poduzećima i javnim objektima poput škola i bazena. Budući da se vrijeme amortizacije smanjuje s veličinom sustava, sustavi snage 50 kilovata ili više instaliraju se u mnogim bolnicama, uredskim zgradama i školama.
U principu, kombinacija topline i elektrane postiže viši stupanj učinkovitosti od svih ostalih vrsta grijanja zbog kombinacije proizvodnje topline i električne energije. Ako gledate samo proizvodnju električne energije, električna učinkovitost je između 25 i 40 posto. Međutim, kombinirana termoelektrana koristi samo dio energije za proizvodnju električne energije. Listovi s podacima i statistika stoga ukazuju na ukupnu učinkovitost.
Kombinirane termoelektrane i elektrane proizvode električnu energiju mnogo učinkovitije od konvencionalnih elektrana na ugljen ili plin. Prosječna termoelektrana postiže učinkovitost od 45 do 50 posto. 50 do 55 posto energije gubi se kao toplina. Daljnji energetski gubici od 3 do 6 posto proizlaze iz transporta električne energije.
Elektrane na ugljen i plin s kombiniranom toplinom i energijom postižu ukupnu učinkovitost od 86 posto i više. Međutim, 10 do 15 posto obnovljene topline gubi se u dugim cjevovodima.
Grafikon u nastavku pokazuje zašto je kombinacija proizvodnje električne energije i topline toliko učinkovita. Sa 100 jedinica energije, u primjeru s termoelektranom blokovskog tipa, dobivate 36 jedinica električne energije i 51 jedinicu topline. Za istu količinu električne energije morali biste izračunati 80 energetskih jedinica s konvencionalnom elektranom s učinkovitošću od 45 posto. Decentralizirani sustav grijanja na plin s učinkovitošću od 84 posto zahtijeva dodatnih 60 energetskih jedinica za grijanje. Ukupno je 140 energetskih jedinica. Zahvaljujući kombiniranoj jedinici za grijanje i napajanje, u ovom ćete primjeru uštedjeti 40 posto energije.
Kombinirana termoelektrana optimalno koristi energiju uz minimalne gubitke.
S ekološkog gledišta, blokovskom termoelektranom se može upravljati potpuno neutralnom CO2 ili niskom emisijom CO2 ako se koriste goriva poput biodizela, bioplina ili drvenih peleta. Čak i kada se radi s fosilnim gorivima, kombinirana toplinska i elektrana ekološki je prihvatljiva zbog svoje visoke razine učinkovitosti.
Kada se isplati kombinirana termoelektrana? Usporedba s drugim grijačima
Što se tiče konvencionalnih sustava grijanja poput plinskog, učinkovitost kombinirane toplinske i energetske jedinice na prvi je pogled tek malo veća. Suvremeni kotlovi postižu učinkovitost od 90 posto i više. Što se tiče samo grijanja, kombinirane jedinice za grijanje i napajanje nisu nužno učinkovitije. Prednost je što istovremeno proizvode i jeftinu električnu energiju. Vlasnici štede troškove korištenjem jeftinije električne energije iz mreže.
Hoće li vam se kupovina isplatiti ili ne, ovisi o potrošnji topline i električne energije. Zbog većih troškova nabave u usporedbi s konvencionalnim kotlom, kombinirane jedinice za grijanje i napajanje posebno su korisne za kućanstva i objekte koji imaju stalnu potrebu za toplinom tijekom cijele godine. Termoelektrana mikro ili mini bloka trebala bi raditi najmanje 5000 sati godišnje kako bi ekonomično radila.
Ostali čimbenici koji utječu na učinkovitost kombinirane termoelektrane su investicijski troškovi, tehnologija, trenutne cijene električne energije i goriva u mreži te promjene u programima financiranja. Ako namjeravate instalirati kombiniranu jedinicu za grijanje i napajanje, preporučujemo neovisni, profesionalni savjet. Savjetnik za energiju zajedno će s vama napraviti usporedni izračun koji uzima u obzir sve parametre.
Savjet: Usporedite učinkovitost i troškove kombinirane toplinske i energetske jedinice s ostalim vrstama grijanja u našem kompaktnom pregledu grijanja.
Trošak kombinirane termoelektrane
Troškovi kombinirane termoelektrane variraju ovisno o veličini sustava i instaliranoj tehnologiji. Za nano kombiniranu toplinsku i elektranu počinju s 15.000 eura. Za jedinicu za mikrokogeneraciju trebali biste očekivati 20.000 do 25.000 eura. Nije presudna samo nabavna cijena. Priključak na plinovodnu i električnu mrežu i pribor poput međuspremnika također košta nekoliko tisuća eura.
Uz troškove ulaganja, prilikom izračunavanja profitabilnosti kombinirane jedinice za grijanje i energiju trebali biste uzeti u obzir i troškove održavanja. Za termoelektrane nano i mikro bloka one iznose između 500 i 1000 eura ili 3 centa po kilovat-satu električne energije koja se godišnje proizvodi. Proizvođači kombinacija topline i elektrana često nude ugovore o potpunom održavanju.
Troškovi rada kombinirane termoelektrane ovise o gorivu. S nano kombiniranom jedinicom topline i energije na prirodni plin, potrošnja je slična potrošnji konvencionalnog sustava grijanja na plin, ovisno o vašim potrebama. Ovome se dodaju operativni troškovi kotla s vršnim opterećenjem.
Pravni propisi i financiranje
Trenutna verzija Zakona o kombiniranoj toplinskoj i električnoj energiji iz 2016. uređuje promicanje kombiniranih toplinskih i elektrana. Uključuje fiksne potpore za instalaciju i naknadu za električnu energiju proizvedenu grijanjem.
Male termoelektrane blokovskog tipa s snagom do 20 kilovata (električna snaga) primaju postepeno subvenciju od BAFA. Primjerice, sustav od 10 kilovata košta 3.400 eura. Posebno učinkovite kombinirane toplinske i elektrane s drugim izmjenjivačem topline ispušnih plinova za iskorištavanje toplinske vrijednosti dobivaju dodatnih 25 posto osnovne subvencije. Država nagrađuje sustave s visokom električnom učinkovitošću s 60 posto osnovne subvencije.
Savjet:Pošaljite zahtjev za financiranje svoje kogeneracijske jedinice do 31. prosinca 2020, jer ovaj program financiranja istječe na kraju godine!
Kreditanstalt für Wiederaufbau također podržava kupnju kombiniranih termoelektrana i elektrana. Programima 271 i 281 za velike blokovske termoelektrane i 270 za male sustave odobrava zajmove s niskim kamatnim stopama i godinama bez otplate koji također mogu pokriti sve troškove stjecanja. Program 433 može se koristiti za mini sustave s pogonom na gorivne ćelije. Postoji potpora do 28.200 eura po gorivoj ćeliji.
Uz jednokratne isplate i zajmove s niskom kamatom prilikom kupnje, Zakon o kombiniranoj toplinskoj energiji također predviđa subvencije za cijelo vrijeme rada kombinirane toplinske i energetske jedinice. Uz naknadu mrežnog operatora, vlasnici dobivaju dodatni bonus za električnu energiju dovedenu u javnu mrežu. Ovisno o električnoj snazi sustava, ona varira od 8 centi po kilovatsatu za sustave snage do 50 kilovata do 4,4 centa po kilovatsatu za velike kombinirane termoelektrane i elektrane snage preko 250 kilovata. Potpora je ograničena na određeno razdoblje. S mini kogeneracijskim jedinicama do 50 kilovata koristi se 60.000 punih sati.
