Rozptýlená výroba a obnovitelné zdroje

Transkript

1 Kvalita elektrické energie - Průvodce Rozptýlená výroba a obnovitelné zdroje Kogenerace Siemens press picture Siemens press picture Copper Development Association Institution of Engineering and Technology Endorsed Training Provider

2 Rozptýlená výroba a obnovitelné zdroje Kogenerace Rob Smit KEMA Nederland BV December 2006 Autoři překladu: Tadeusz Sikora, Pavel Santarius, Petr Krejčí FEI Technická univerzita Ostrava, Květen 2007 Leonardo ENERGY Leonardo ENERGY je iniciativa řízená European Copper Institute a jeho evropskou sítí, skládající se z 11 úřadů, která se věnuje tvorbě informačních center sloužících projektantům, inženýrům, obchodníkům, architektům, manažerům, pedagogům a studentům, kteří jsou profesionálně nebo jinak spojeni s elektrickou energií. Pomocí různých projektů, včetně projektu Leonardo Power Quality Initiative je zapojeno do programu Leonardo ENERGY přes 130 partnerů z univerzit a průmyslu. WEB stránka poskytuje rozsáhlou virtuální knihovnu se širokou nabídkou témat z oblasti elektrické energie a poskytuje uživatelům pravidelně inovované články, poznámky, stručné příspěvky, zprávy i interaktivní výuku. Hungarian Copper Promotion Centre (HCPC) HCPC je nezisková organizace financovaná producenty mědi a výrobci zpracovávajícími měď. Jejím cílem je podporovat používání mědi a měděných slitin a napomáhat jejich správné a účinné aplikaci. Služby HCPC, mezi něž patří i poskytování informací a technického poradenství, jsou dostupné zájemcům o využití mědi ve všech oborech. Sdružení rovněž slouží jako prostředník mezi výzkumnými organizacemi a průmyslovými uživateli a udržuje těsné styky s obdobnými středisky mědi ve světě. Fakulta elektrotechniky a informatiky VŠB Technická univerzita Ostrava (FEI - TUO) Fakulta elektrotechniky a informatiky zahájila svou činnost na VŠB Technické univerzitě v Ostravě od 1. ledna Fakulta zajišťuje všechny formy vysokoškolského studia (tj. bakalářské, magisterské a doktorské) ve studijním programu Elektrotechnika a informatika s ucelenou strukturou elektrotechnických oborů a inženýrské informatiky. Nedílnou součástí činností pedagogů na fakultě je i vědecko-výzkumná činnost, kde jedním z nosných programů je kvalita elektrické energie s hlavním zaměřením na problematiku monitorování parametrů kvality a na problematiku harmonických v elektrických sítích. European Copper Institute (ECI) European Copper Institute je organizací založenou podporujícími členy ICA (International Copper Association) a IWCC (International Wrought Copper Council). ECI zastupuje největší světové producenty mědi a přední evropské výrobce při propagaci mědi v Evropě. ECI, který byl založen v roce 1996, se opírá o síť deseti národních organizací mědi (Copper Development Associations - 'CDAs') v Beneluxu, Francii, Německu, Řecku, Maďarsku, Itálii, Polsku, Skandinávii, Španělsku a Spojeném království. Navazuje na činnost sdružení Copper Products Development Association založeného v roce 1959 a INCRA (International Copper Research Association) založeného v roce Upozornění Obsah tohoto materiálu nemusí nutně vyjadřovat názor Evropského společenství a není pro něj ani závazný. European Copper Institute a Hungarian Copper Promotion Centre odmítají odpovědnost za jakékoliv přímé, nepřímé či vedlejší škody, které mohou být způsobeny nesprávným využitím informací v této publikaci. Obsah tohoto materiálu rovněž nemusí plně vyjadřovat názory překladatelů. Copyright European Copper Institute a Copper Development Association. Česká verze byla připravena ve spolupráci HCPC a Fakulty elektrotechniky a informatiky VŠB Technické Univerzity Ostrava. Reprodukce je možná za předpokladu, že materiál bude otištěn v nezkrácené podobě a s uvedením zdroje.

3 Rozptýlená výroba a obnovitelné zdroje Kogenerace Úvod Tento Průvodce je úvodem ke kogeneraci; čím je a jak je v Evropě využívána. Nejdříve je popsán základní princip. Zabýváme se zde různými kogeneračními technologiemi, které se v současnosti používají, a těmi, které pravděpodobně začnou být v nejbližší budoucnosti používány. Pozornost je věnována způsobu, jakým by kogenerace měla být přizpůsobena spotřebě energie, aby se zajistil největší přínos pro životní prostředí. V členských státech EU je cca 10 % výroby elektřiny z kogenerace. Evropská komise chce toto procento ještě zvýšit z důvodu přínosu pro životní prostředí (zvláště s ohledem na emise oxidu uhličitého) a potenciálního přínosu k energetické soběstačnosti. Proto EU podporuje zvýšené využití kogenerace různými směrnicemi, které mají být zavedeny v členských státech EU v příštích pár letech. Základní principy a definice Kogenerace je současná výroba energie a tepla. Avšak není to kompletní definice, jelikož všechna zařízení, která vyrábějí elektřinu, vyrábějí také teplo. Co odlišuje kogeneraci je, že teplo je prakticky využíváno, tj. jak energie, tak teplo, je plně zužitkováno. Například auto vyrábí energii (pohybovou) a teplo, ale nemůže být nazváno kogenerační jednotkou, protože většina vyrobeného tepla nemá praktického využití. Kogenerace může být proto definována následovně: Kogenerace je současná výroba elektrické energie a tepla s přihlédnutím k praktickému využití obou produktů. Kvůli této kombinaci energie a tepla je kogenerace často také nazývána Kombinovanou výrobou elektřiny a tepla (KVET, angl. CHP Combined Heat and Power). V tomto Průvodci budou používána obě tato synonyma. Kogenerační produkt energie je téměř vždy elektřina, ačkoliv to může být i stlačený vzduch nebo jiná forma energie. V závislosti na použité kogenerační technologii, vyrobené teplo může být použito při relativně nízké teplotě pro vytápění prostor, nebo při vyšších teplotách jako technologické teplo (obvykle ve formě páry). Tento Průvodce se zaměřuje na kogeneraci jejímž produktem energie je elektřina. Kogenerační jednotka se vždy sestává z následujících základních součástí: Primární zdroj energie, ve kterém je palivo přeměněno na pohyb a teplo Generátor na přeměnu pohybu na elektřinu Systém získávání tepla pro sběr vyrobeného tepla. Kogenerace může být použita v různém měřítku, s použitím různých technologii a na různém poli použití. V souvislosti s kogenerací je často rozlišováno mezi malými a velkými kogeneračními zdroji. Aplikace, které využívají spalovací motory (Internal Combustion IC) jako pohonnou jednotku (také nazývané plynovými motory), jsou nejčastěji nazývány malokogeneračními, zatímco většina velkokogeneračních využívá pohonu plynovými turbínami. Důležitější ale je rozlišovat na základě použitých technologiích, než podle velikosti. Srovnání s konvenční výrobou elektřiny a tepla Kogenerace je nyní nejdůležitějším dostupným prostředkem zvyšování energetické účinnosti. Průměrná kogenerační jednotka má účinnost 85 %, takže jen 15 % počáteční energie (paliva) je ztraceno. Pro srovnání: moderní elektrárna s paroplynovým cyklem má účinnost 55 %, čili 45 % energie jsou ztráty.

4 Na obr. 1 je porovnána kogenerace s oddělenou, konvenční výrobou elektřiny a tepla. Je zde ukázáno, že oddělená výroba elektřiny a tepla vyžaduje více primární energie (paliva), než společná výroba (kogenerace) podobného množství tepla a elektřiny. Schéma předpokládá reálnou 35% elektrickou účinnost a tepelnou účinnost 50 % pro kogenerační jednotku založenou na spalovacím motoru. Množství ušetřené energie (zlepšení účinnosti) závisí na rozdílných formách výroby elektřiny a tepla, se kterými děláme srovnání. Schéma předpokládá průměrnou energetickou účinnost typické infrastruktury výroby elektřiny (43 %) a kotle s 95% účinností. Srovnání s moderní elektrárnou s paroplynovém cyklem, s energetickou účinností 55 %, přináší úsporu energie uvedenou v závorkách. Vstup paliva Oddělená výroba Kogenerace Vstup paliva 81 (64) Elektrárna 43 % (55 %) Elektřina 35 Účinnost Elektřina 35 % Kotel 95 % Teplo 50 Teplo 50 % Celkem 134 (117) Celkem 100 Úspora energie = ( ) 134 = 25 % (15 %) Obrázek 1 Teoretická úspora energie kogenerace ve srovnání s oddělenou výrobou elektřiny a tepla Jak je uvedeno v obrázku 1, vede použití kogenerace ke zvýšení účinnosti o 15 až 25 %. Možnost ke zvýšení účinnosti je jedním z hlavních hnacích motorů úspěchu kogenerace. Přínosy kogenerace Kromě přínosů ze zlepšení účinnosti nabízí kogenerace různé další potenciální přínosy. Nejdůležitějšími jsou: Pokud veškeré teplo může být zužitkováno v místě výroby, tak kogenerace je nejlepším způsobem výroby elektřiny Použití kogenerace vede k nižším emisím do životního prostředí, zejména emisí CO 2. Místní výroba elektrické energie může zvýšit místní bezpečnost dodávky elektřiny Vedlejší produkty procesů (např. organický odpad) mohou být využity jako palivo pro kogenerační zařízení. Aplikace kogenerace Princip kogenerace Kogenerace může být aplikována v mnoha různých oblastech. Kombinovaná výroba je snadno nasazovaná v budovách jako kanceláře, nemocnice, domy a bazény, stejně jako v zahradnických sklenících, průmyslu a jako zdroj tepla pro dálkové vytápění.

5 Využití kogenerace má dlouhou historii užití v mnoha typech průmyslu, zvláště v papírenském a chemickém průmyslu, ve kterých je velký současný požadavek tepla a elektřiny. V posledních letech s větší dostupností a širším výběrem vhodných technologií znamená, že kogenerace se stala atraktivním a praktickým návrhem pro široký rozsah aplikací. To znamená zpracovatelský průmysl, budovy veřejné a komerční sféry a návrhy oblastního vytápění. Všechny z nich vytvářejí značnou poptávku po teple. Možné aplikace mohou být rozděleny podle různých parametrů: Měřítko aplikace: Velké nebo malé Povaha užití tepla: Vytápění prostor nebo technologické teplo Typ technologie: Plynová turbína nebo spalovací motor Uživatel: Jeden nebo více uživatelů Vlastnictví: Vlastněno samotným uživatelem, nebo například v partnerství s energetickou společností Ačkoliv dělení podle měřítka aplikace je běžná záležitost, tak velké a malé jsou subjektivní definice. V kontextu průmyslové plynové kogenerační turbíny jednotka s výkonem 5 MWe (megawatt elektrických) je malá. Pokud se jedná o spalovací motory, tak jednotka 5 MWe je velká. Je mnohem užitečnější dělit podle použité technologie, eventuálně s popisem povahy užití tepla. Spalovací motory jsou normálně používány tam, kde je teplo používáno pro vytápění prostor. Když potřebujeme vysokopotenciální teplo, např. pro technologické teplo, tak plynové turbíny se zdají být více vhodné. Spalovací motory byly tradičně používány pro aplikace v malém měřítku (200 kwe 5 MWe), zatímco plynové turbíny byly používány pro větší aplikace (> 5 MWe). Nicméně v posledních letech se staly dostupnými pro malé aplikace mikroturbíny (30 kwe 500 kwe). Kogenerace v Evropě Kogenerace hraje důležitou roli v zásobování energií EU, zvážíme-li 10 % vyrobené elektrické energie. Po celé EU je značná rozmanitost, jak v měřítku, tak v povaze vývoje kogenerace. Tato rozmanitost odráží rozdíly v historii, politických prioritách, přírodních zdrojích, kultuře a klimatu, a je úzce spjata se strukturou a funkčností trhu s elektrickou energií. Obrázek 2 ukazuje současný stav kogenerace v několika členských státech EU. EU Spojené království Švédsko Španělsko Portugalsko Nizozemí Itálie Irsko Řecko Německo Francie Finsko Dánsko Belgie Rakousko Polsko Obrázek 2 Stav aplikace kogenerace v EU jako podíl (%) národní výroby energie (Zdroj: Cogen Europe)

6 Z obrázku 2 můžeme vidět, že použití kogenerace v různých zemích se pohybuje od pár procent celkové produkce v Irsku až k 50 % v Dánsku. Ve státech s velkým podílem (Dánsko, Finsko a Nizozemí) jasné politické pobídky velmi zvýšily aplikaci kogenerace. Například v Nizozemí zvláštní nízká cena pohonných hmot a záruka výhodného tarifu pro elektřinu dodávanou z kogenerace do sítě vedlo k značnému nárůstu kogenerace mezi lety 1990 až Nicméně zvláštní tarify pro kogenerační trh už nejsou možné, takže pouze skutečně kogenerační projekty, zahrnující praktické využití vyrobeného tepla, můžou přežít na liberalizovaném trhu. Správně navržená a provozována kogenerační jednotka poskytne vždy vyšší účinnost, než oddělená výroba elektřiny a tepla. Pro výrobu elektřiny a tepla je použito jednoho paliva; finanční úspora je závislá na cenovém rozdílu mezi cenou tohoto paliva a hodnotou nakupované elektřiny, kterou nahradí kogenerační jednotka. Ačkoliv výnosy kogenerace se obecně odvíjejí od levnosti vyrobené elektřiny, úspěch závisí na schopnosti dát vyrobenému teplu praktické využití. Proto prvním kritériem je existence tepelné aplikace, která může být schopně zvládnuta kogenerací. Podle hrubého odhadu bude kogenerace pravděpodobně životaschopná tam, kde poptávka po teple je alespoň 4500 hodin ročně. Nejlepší možnou situací je, když jak elektřina, tak i teplo může být plně využito v místě výroby. Bohužel ve většině případů výroba elektřiny přesahuje místní potřebu, pokud kogenerační jednotka je provozována ve shodě se spotřebou tepla. Toto je zobrazeno na obrázku 3 a 4. Obrázek 3 ukazuje situaci, kdy kogenerační jednotka je dimenzována podle poptávky po elektřině. V tomto příkladě je požadavek na elektrickou energii konstantní po celý rok, což vede ke konstantní dodávce tepla. Jelikož poptávka tepla je mnohem větší v zimních měsících, tak je zapotřebí dodatečné výroby tepla. Přídavné dotápění kotlem Teplo z kogenerace Elektřina z kogenerace Spotřeba elektřiny Led Úno Bře Dub Kvě Črn Črc Srp Zář Říj Lis Pro Obrázek 3 Kogenerační jednotka nastavená na pokrývání spotřeby elektřiny Obrázek 4 ilustruje situaci, kdy kogenerační jednotka je dimenzována na pokrytí spotřeby tepla. Dostupnost elektřiny sleduje výrobu tepla, zatímco spotřeba elektřiny zůstává konstantní. Pokud poptávka po elektřině převyšuje výrobu, pak schodek může být nakoupen ze sítě, zatímco přebytek elektřiny může být do sítě prodán. Ve většině aplikací kogenerace je potřeba tepla větší jak elektřiny (z pohledu celého roku). Jinými slovy je poměr tepla k elektřině větší než 1. Avšak tento poměr se může značně měnit v průběhu roku, a dokonce v průběhu dne. Z pohledu životního prostředí je vždy lepší pro kogenerační jednotku, aby sledovala spotřebu tepla, zatímco z ekonomického pohledu je někdy lákavé sledovat spotřebu elektřiny. Pokud sledujeme spotřebu elektřiny, tak nastanou případy (zvláště v létě), kdy vyrobené teplo nemůže být zužitkováno a musí se odvést do okolí, což má negativní dopad na celkovou účinnost kogenerační jednotky.

7 Pokud je kogenerační jednotka nastavena na sledování spotřeby tepla, tak nastanou případy (zvláště v zimě), kdy hodně vyrobené elektřiny musí být prodáno do sítě. Pokud je v té době tržní cena elektrické energie nízká, tak to bude mít negativní dopad na celkovou ekonomickou výkonnost jednotky. Teplo z kogenerace Elektřina prodaná do sítě Elektřina z kogenerace Spotřeba elektřiny Led Úno Bře Dub Kvě Črn Črc Srp Zář Říj Lis Pro Obrázek 4 Kogenerační jednotka nastavená na pokrývání spotřeby tepla Kogenerační technologie Pohony V současné době jsou dvě hlavní technologie pohonů generátorů kogeneračních jednotek: plynové turbíny a spalovací motory. V blízké budoucnosti vypadají slibně palivové články, mikroturbíny a Stirlingovy motory. Porovnání pohonů je v Tabulce 1. Plynové turbíny Plynové turbíny se staly nejrozšířenějšími pohony kogenerace ve velkém měřítku, typicky s instalovaným výkonem 1 až 100 MWe. Palivo hoří v tlakové spalovací komoře za přítomnosti vzduchu dodávaného kompresorem. Žhavé stlačené plyny (teplota kolem 1200 C) otáčejí řadou lopatek turbíny a hřídelí, na kterou jsou připevněny, čímž vzniká mechanická energie. Tato mechanická energie je normálně použita k výrobě elektřiny generátorem. Žhavé spaliny jsou použity (buď přímo, nebo přes parogenerátor) pro místní spotřebu tepla, k výrobě tepla v kotli na odpadní teplo pro průmyslové procesy, nebo k výrobě elektřiny expanzí v parní turbíně. Uspořádaní plynové turbíny, kotle na odpadní teplo a parní turbíny se nazývá paroplynovou turbínou. Spalovací motory Spalovací motory pracují na stejném principu jako automobilové motory. Mají mnohem větší elektrickou účinnost než plynové turbíny, ale vyrobené teplo je větší problém využít, protože má obecně nižší teploty a je rozděleno téměř stejným dílem mezi spaliny (vysoká teplota kolem 400 C) a chladivo motoru (teplota kolem 100 C). V mnoha aplikacích teplo získané z chladících okruhů a spalin je kaskádně uspořádáno k výrobě jednoho výstupu tepla, typicky je vyráběna horká voda o

8 teplotě kolem 100 C. S rostoucím zájmem o obnovitelné zdroje energie jsou v stále rostoucí míře více používány spalovací motory na bioplyn (což vyžaduje jen menší úpravy motoru). Rozsah instalovaného výkonu (MWe) Elektr. účinnost Typická celková účinnost Pohon Palivo Teplo Turbína s paroplynovým Středotlaká pára nebo vysokotep- cyklem Plyn 3 až % 73-90% lotní horká voda Vysokotlaká pára nebo horký plyn Plynová turbína Plyn 0,3 až % 65-87% ( C) Nízkotlaká pára. Nízko a středněteplotní Vznětový motor Nafta 0,2 až % 65-90% horká voda Benzín, plyn, Zážehový motor bioplyn 0,003 až % 70-92% Nízko a středněteplotní horká voda Vodík, zemní Palivové články plyn 0,001 až % 90% Pára nebo horká voda Benzín, plyn, Mikroturbína bioplyn, nafta 0,03 až 1 27% 90% Horké spaliny nebo horká voda 0,001 až Stirlingův motor Všechny paliva 0, % 95% Horká voda Tabulka 1 Srovnání pohonných technologií Palivové články V palivovém článku je palivo (zemní plyn, metanol, vodík) přeměněn na elektřinu a teplo elektrochemicky. Vodík (z paliva) a kyslík (z atmosféry) je převeden na vodu, elektřinu a teplo. Palivové články jsou atraktivní díky vysoké elektrické účinnosti (až 60 %) a eleganci přeměny bez pohyblivých součástí. Jsou různé typy palivových článků, které přestože pracují na jednoduchém principu popsaném výše, se značně liší podle použitých materiálů, paliva na které fungují, a jejich provozních charakteristik (provozní teplota, výkon, požadavky na čistotu paliva, atd.). Následkem toho se také liší podle aplikace, na kterou jsou vhodné. Dvě technologie palivových článků, které jsou nyní ve stádiu prvotního návrhu pro komerční použití v příštích deseti letech jsou palivové články s tuhými oxidy (Solid Oxide Fuel Cell SOFC) a palivové články s tuhými polymery (Protone Exchange Membrane fuel cell - (PEM)). SOFC jsou vhodné pro kogeneraci velkých zdrojů (až do 100 MWe) a vyrábějí vysokopotenciální teplo (600 až 1000 C). Palivové články PEM jsou zvláště vhodné pro malé zdroje a s rozsahem teplot 70 až 150 C mohou být použity pro kogeneraci malých výkonů pro bytovou výstavbu. Mikroturbíny V posledních letech uspěli vývojáři plynových turbín ve výrobě mnohem menších jednotek (až po 30 kwe). Tyto mikroturbíny, jak se jim říká, se právě dostávají do komerčního využití pro kogeneraci pro vytápění pěstitelských skleníků a kancelářských budov. Jsou atraktivní ve srovnání se spalovacími motory nízkými emisemi NO x a malou potřebou údržby. Také vyrábějí vysokopotenciální teplo. Nicméně nelze srovnat mikroturbíny s elektrickou účinností spalovacích motorů. Stirlingovy motory Další novou technologií v různých projektech mikro-kombinované výroby je Stirlingův motor. Koncept byl vlastně vyvinut už v roce 1816, ještě předtím, než byl Ottův zážehový motor použit v automobilech; mluví se o něm jako o technologii, která nejdéle zůstává nejslibnější. Nicméně Stir-

9 lingův motor vyžaduje materiály vysoké kvality, protože princip vyžaduje soustavné vnější ohřívání tepelného výměníku. Říká se, že kdyby v té době byly dostupné vhodné materiály, tak Stirlingovy motory by dnes poháněly auta. Stirlingův motor mění teplotní rozdíl po celém stroji na mechanickou energii. Pracuje na principu opakovaného ohřívání a ochlazování objemu plynu (vzduchu, vodíku, nebo hélia). To se provádí pohybem plynu mezi teplými a studenými tepelnými výměníky, teplý výměník je v tepelném kontaktu se zdrojem tepla, např. hořákem paliva, a studený výměník je komora s tepelným kontaktem s vnějším chladičem. Několik vývojářů je blízko k výrobě komerčně dostupných Stirlingových motorů pro dodávku energie (elektřiny a tepla) pro jednotlivé domácnosti. Elektrická účinnost Stirlingova motoru je něco přes 10 %. Generátory používané pro kogeneraci Generátor mění mechanickou energii otáčející se hřídele na elektřinu. Generátory mohou být synchronní nebo asynchronní. Synchronní generátor může pracovat nezávisle na síti a může fungovat jako záložní generátor a dodávat energii i během poruchy sítě. Asynchronní generátor může pracovat pouze paralelně s ostatními generátory, obvykle ve spojení přes síť. Jednotka se po odpojení od sítě nebo výpadku sítě zastaví, takže nemohou být provozovány jako záložní jednotky. Nicméně připojení a paralelní provoz se sítí je jednoduchý. Synchronní generátory s výkony pod 200 kwe jsou obvykle dražší než asynchronní jednotky, a to z důvodu dalšího nutného vybavení pro řízení, startování a paralelní provoz se sítí. Obecně při výkonech nad 200 kwe se vytrácí cenová výhoda asynchronních nad synchronními. Nicméně je tendence používat synchronní generátory i pro kogenerační jednotky s nižšími výkony. Náklady a zisky Tabulka 2 ukazuje rovnováhu nákladů a zisků. Kogenerace je finančně náročná činnost, takže investice mají být správně odhadnuty a odůvodněny. Náklady mohou být vyčísleny relativně snadno, ale vyhodnotit vyrobenou elektřinu a teplo je mnohem obtížnější. Není možné objektivně rozdělit náklady mezi výrobu elektřiny a tepla, jelikož hodnota vyrobeného tepla a elektřiny obvykle vypočtena na základě ušetřených nákladů. Hodnota tepla z kogenerace je vypočtena z ceny tepla vyrobeného v kotli a elektřina z kogenerace je určena z ušetřených nákladů na nákup elektřiny, nebo, v případě že je elektřina dodávaná do sítě, z nákladů na centralizovanou výrobu elektřiny. Investiční náklady kogenerační jednotky mohou být obecně rozděleny následovně: Náklady pohonné jednotky Náklady na generátor Náklady na tepelný výměník Náklady na instalaci Náklady na připojení do sítě Náklady Investice Provoz a údržba Palivo Zisky Teplo Elektřina - menší nákup - prodej do sítě Tabulka 2 Náklady a zisky z kogenerace

10 Investiční náklady (EUR/kWe) Instalovaný výkon (kwe) Obrázek 5 Měrné investiční náklady KVET Obecné údaje o investičních nákladech na kwe instalovaného výkonu jsou na obrázku 5. Odrážejí měrné investiční náklady kogenerační jednotky se spalovacím motorem, včetně pohonné jednotky, generátoru, tepelných výměníků a připojení k síti. Tabulka 3 dává procentní rozpis investičních nákladů typické kogenerační instalace podle součástí. Součást Odpovídající procentní podíl celkových investičních nákladů Pohon + Generátor % Tepelné výměníky % Elektrické připojení + zabezpečení 5-15 % Instalace 5-10 % Tabulka 3 Investiční náklady typického KVET systému podle součástí Za provozu velmi závisí ziskovost kogeneračního zařízení na cenách elektřiny a plynu. Instalace KVET, která je nastavena na krytí požadavků tepla nemá moc velkou pružnou reakci na změny ceny elektřiny. Není proto jednoduché udělat jednotku KVET ziskovou. Obrázek 6 ukazuje typický rozpis nákladů pro různé typy kogeneračních jednotek když jsou v provozu. Obrázek 7 ukazuje druhou část provozní rovnováhy zisky. Z obrázků je jasné, že palivo je nejdůležitější složkou nákladů, zatímco hodnoty toku vyrobené elektřiny a tepla jsou hlavní součástí na straně zisků. Když už je provoz spuštěn, tak jediné náklady, na které může mít vlastník vliv, jsou provoz a údržba (Operating and Maintenance O&M). S současné době v několika státech EU náklady na provoz kogenerační elektrárny převyšují zisky. Dotace na rozpoznání přínosů pro životní prostředí těchto energeticky efektivních elektráren je proto nutná, aby se staly kogenerační projekty životaschopné a aby se zabránilo zpomalení ve vývoji KVET. Politika a regulace Evropská komise v roce 1997 publikovala Strategii na podporu kombinované výroby elektřiny a tepla, která nastavuje cíle pro kogeneraci v členských státech. V roce 2010 má kogenerace činit 18 % celkové výroby elektřiny. Komise vidí v kogeneraci elektřiny a tepla důležitého přispěvatele k realizaci cílů Kjótského protokolu v EU. Tak jak má KVET velký potenciál úspor energie, může také zabránit ztrátám v sítích, snížit emise a zvýšit bezpečnost dodávky energie. Podle Komise není ještě rozsah kogenerace plně využit, a je proto třeba podporovat vysoce účinnou kogeneraci

11 Jiné O&M Jiné O&M O&M Procento celkových nákladů na provoz Palivo Palivo Palivo Investice Investice Investice Paroplynový cyklus Plynová turbína Spalovací motor Obrázek 6 Rozpis nákladů pro různé typy kombinované výroby v provozu Ušetřený nákup ze sítě Ušetřený nákup ze sítě Povolenky CO 2 Povolenky CO 2 Teplo Teplo Teplo Elektřina Elektřina Elektřina Paroplynový cyklus Plynová turbína Spalovací motor Obrázek 7 Rozpis zisků pro různé typy kombinované výroby v provozu založenou na užitečné spotřebě tepla. K tomuto účelu byla publikována v roce 2004 Směrnice EU o podpoře kogenerace založené na užitečné spotřebě tepla. Cíl této Směrnice je následující: Smyslem této Směrnice je zvýšit energetickou účinnost a zlepšit bezpečnost dodávky vytvořením rámce pro podporu a vývoj vysoceúčinné kogenerace tepla a elektřiny založené na užitečné spotřebě tepla a úspoře primárních energií ve vnitřních energetických trzích s ohledem na specifické národní okolnosti, zvláště ve vztahu ke klimatickým a ekonomickým podmínkám.

12 Klíčové body této Směrnice, která má být zavedena v členských státech EU, jsou následující: Má být vybudován systém garance původu (certifikáty) pro elektřinu z kogenerace. Členské státy EU mají analyzovat národní potenciál kogenerace. Členské státy EU mají podat hlášení každé čtyři roky o pokroku směrem ke zvýšení procentního podílu výroby energie pomocí kogenerace. Podporované plány na kogeneraci mají být založeny na užitečné spotřebě tepla a úspoře primárních energií. Očekává se, že zavedení této Směrnice dále zvýší použití kogenerace v EU. Mají být určeny ukazatele životního prostředí a jiné kvalitativní ukazatele pro elektřinu vyrobenou z KVET a je nyní vedena diskuse o referenčních hodnotách pro srovnání s oddělenou výrobou elektřiny a tepla. Dalším vývojem politiky EU, který je důležitý pro další vývoj kombinované výroby v Evropě, je: Systém obchodu s emisemi oxidu uhličitého (CO 2 ). Jelikož KVET přispívá ke snížení emisí CO 2, tak obchod s povolenkami na CO 2 podpoří využití kombinované výroby. Energetická politika EU bude klást v následujících letech důraz na energetickou účinnost. Toto podpoří využití KVET. Dvě důležité směrnice, které se soustřeďují na zlepšení energetické účinnosti jsou: - Směrnice o energetické náročnosti budov (2002/91/EC). Tato direktiva má být implementována do národních zákonů členských států EU do Volá po harmonizovaných principech pro určení energetické náročnosti budov, minimálních požadavcích na energetickou náročnost a certifikaci energetické náročnosti. Kombinovaná výroba (zvláště malých zdrojů) může hrát roli ve splnění těchto požadavků. - Směrnice EU 2006/32/ES o energetické účinnosti u konečného uživatele a o energetických službách (5. května 2006). Účelem zavedení této směrnice je zlepšení rentabilní energetické účinnosti pro koncové uživatele ve členských státech. Použití kogenerace je zmíněno v této směrnici jako důležité měřítko. V roce 2006 bude ujasněná nová směrnice pro podporu použití obnovitelného tepla (např. teplo z jednotky KVET na z biomasu). Odkazy a literatura [1] Patterson, Walt, Transforming Electricity, the Coming Generation of Change, Royal Institute of International Affairs, Earthscan Publications Ltd, [2] Lovins, Amory B; Datta, E Kyle; Feiler, Thomas; Rábago, Karl R; Joel,N; Swisher, P E; Lehmann, André; and Wicker, Ken; Small is Profitable: The Hidden Economic Benefits of Making Electrical Resources the Right Size, Rocky Mountain Institute, [3] Minett, Simon, Cogeneration in Western Europe, Presentation, COGEN Europe, October [4] Smit, Rob, Course in Small-scale Cogeneration, PWK, [5] Cogeneration Monitor (in Dutch), Harmsen, R et al, ECN, [6] Directive 2004/8/EC of The European Parliament and of the Council of 11 February 2004, on the promotion of cogeneration based on a useful heat demand in the internal energy market and amending Directive 92/42/EEC. [7] Directive 2006/32/EC of the European Parliament and of the Council of 5 April 2006, on energy end-use efficiency and energy services and repealing Council Directive 93/76/EEC. [8] Educogen, The European Educational Tool on Cogeneration, December 2001.

13 Reference & Founding* Partners European Copper Institute* (ECI) EPRI Solutions Inc Laborelec ABB Power Quality Products ETSII - Universidad Politécnica de Madrid MGE UPS Systems Akademia Gorniczo-Hutnicza (AGH) Fluke Europe Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Centre d'innovació Tecnològica en Convertidors Estàtics i Accionaments (CITCEA-UPC) Comitato Elettrotecnico Italiano (CEI) Copper Benelux* Copper Development Association* (CDA UK) Hochschule für Technik und Wirtschaft* (HTW) Hogeschool West-Vlaanderen Departement PIH International Union for Electricity Applications (UIE) ISR - Universidade de Coimbra Polish Copper Promotion Centre* (PCPC) Socomec Sicon UPS Università di Bergamo* University of Bath Deutsches Kupferinstitut* (DKI) Istituto Italiano del Rame* (IIR) The University of Manchester Engineering Consulting & Design* (ECD) Katholieke Universiteit Leuven* (KU Leuven) Wroclaw University of Technology* Editorial Board David Chapman (Chief Editor) CDA UK david.chapman@copperdev.co.uk Prof Angelo Baggini Università di Bergamo angelo.baggini@unibg.it Dr Araceli Hernández Bayo ETSII - Universidad Politécnica de Madrid ahernandez@etsii.upm.es Prof Ronnie Belmans UIE ronnie.belmans@esat.kuleuven.ac.be Dr Franco Bua ECD franco.bua@ecd.it Jean-Francois Christin MGE UPS Systems jean-francois.christin@mgeups.com Prof Anibal de Almeida ISR - Universidade de Coimbra adealmeida@isr.uc.pt Hans De Keulenaer ECI hdk@eurocopper.org Prof Jan Desmet Hogeschool West-Vlaanderen jan.desmet@howest.be Dr ir Marcel Didden Laborelec marcel.didden@laborelec.com Dr Johan Driesen KU Leuven johan.driesen@esat.kuleuven.ac.be Stefan Fassbinder DKI sfassbinder@kupferinstitut.de Prof Zbigniew Hanzelka Akademia Gorniczo-Hutnicza hanzel@uci.agh.edu.pl Stephanie Horton ERA Technology stephanie.horton@era.co.uk Dr Antoni Klajn Wroclaw University of Technology antoni.klajn@pwr.wroc.pl Kees Kokee Fluke Europe BV kees.kokee@fluke.nl Prof Dr rer nat Wolfgang Langguth HTW wlang@htw-saarland.de Prof Henryk Markiewicz Wroclaw University of Technology henryk.markiewicz@pwr.wroc.pl Carlo Masetti CEI masetti@ceiuni.it Mark McGranaghan EPRI Solutions mmcgranaghan@eprisolutions.com Dr Jovica Milanovic The University of Manchester jovica.milanovic@manchester.ac.uk Dr Miles Redfern University of Bath eesmar@bath.ac.uk Dr ir Tom Sels KU Leuven tom.sels@esat.kuleuven.ac.be Prof Dr-Ing Zbigniew Styczynski Universität Magdeburg Sty@E-Technik.Uni-Magdeburg.de Andreas Sumper CITCEA-UPC sumper@citcea.upc.edu Roman Targosz PCPC cem@miedz.org.pl Dr Ahmed Zobaa Cairo University azmailinglist@link.net

14 KEMA Nederland B.V. Utrechtseweg AR Arnhem The Netherlands Rob Smit Tel: Fax: Web: HUNGARIAN COPPER PROMOTION CENTRE Hungarian Copper Promotion Centre Képíró u. 9 H Budapest Maďarsko Tel.: Tel.: hcpc@euroweb.hu Website: VŠB-TU Ostrava Fakulta elektrotechniky a informatiky 17. listopadu 15 CZ Ostrava-Poruba Tel.: Tel.: pavel.santarius@vsb.cz Website: homen.vsb.cz/~san50/ European Copper Institute 168 Avenue de Tervueren B-1150 Brussels Belgium Tel: Fax: eci@eurocopper.org Website: