Jak docílit vyšší energetické efektivity u bioplynových stanic Bohuslav Málek, Tomáš Voříšek SEVEn, Středisko pro efektivní využívání energie o.p.s. Úvod k sekci připravené v rámci projektu CHP Goes Green
OBSAH PREZENTACE 1 2 3 4 5 Teoretické základy KVET Možnosti snížení ztrát na BPS Dodatečná výroba elektřiny Využití disponibilního tepla Příklady 2
1 TEORETICKÉ ZÁKLADY KVET 3
Teoretické základy KVET Zákony termodynamiky 1. zákon: kvantitativní (zachování energie) 2. zákon: kvalitativní (omezené možnosti směru transformace) W. Thomsonova a Planckova formulace: Nelze sestrojit periodicky pracující tepelný stroj, který by trvale konal práci pouze tím, že by ochlazoval jedno těleso, a k žádné další změně v okolí by nedocházelo. Carnotova formulace: Žádný tepelný stroj pracující mezi dvěma teplotami nemůže mít vyšší účinnost než Carnotův stroj pracující mezi stejnými teplotami. 4
Princip KVET Srovnání oddělené a kombinované výroby elektřiny a tepla (KVET) Přeměna tepelné energie na mechanickou (elektrickou) je vždy spojena s výdejem tepla. Dle možnosti jeho využití nebo nutnosti ho mařit je pak přizpůsobena koncová teplota cyklu. Za jinak stejných podmínek je účinnost výroby elektřiny při KVET mírně horší, avšak celkové využití energie je výrazně vyšší. 5
Princip KVET Typická bilance energií u BPS na snížení ztrát a vlastní spotřeby je třeba se zaměřit 6
2 MOŽNOSTI SNÍŽENÍ ZTRÁT NA BPS 7
Snižování ztrát BPS Ztráty substrátů Pečlivé provádění sklizně, dopravy a uskladnění Ztráty bioplynu Odstranění resp. minimalizace ztrát na fléře Dostatečné dimenzování kapacity plynojemu Zakrytí koncové skladu digestátu Záchyt a využití zbytkového vývinu bioplynu, jehož únik do atmosféry z velké míry eliminuje positivní efekt výroby energie z OZE 8
Snižování ztrát BPS Ztráty kogenerační jednotky Volba zážehových motorů s větším jednotkovým výkonem kompromis: vyšší účinnost jediného motoru X vyšší spolehlivost několika menších jednotek Volba vznětových motorů (zapalovací paprsek) kompromis: vyšší účinnost X složitější palivové hospodářství Vlastní spotřeba tepla Dostatečná tepelná izolace fermentorů Betonové (izolované stropy) a samostatný plynojem Větší část tepla je ovšem třeba na ohřev vstupních substrátů 9
Snižování ztrát BPS Vlastní spotřeba elektřiny Míchání obsahu fermentorů (a koncového skladu) Volba vhodného typu míchadel pro dané substráty Otáčková regulace míchadel, optimalizace režimu míchání Dostatečné dimenzování pomocných chladičů Snížení příkonu ventilátorů Dostatečné dimenzování transformátoru Přibližně s kapacitou dvojnásobku výkonu KGJ a v nejlepší dostupné energetické třídě (Ao Bk) 10
3 DODATEČNÉ MODULY PRO ZVÝŠENÍ VÝROBY ELEKTŘINY Z ODPADNÍHO TEPLA 11
Zvýšení výroby elektřiny Elektřina z tepla spalin motoru Spalinová turbínka nabízí např. fa. SCHNELL: u jednotek kolem jmen. výkonu 500 kwe přinese zvýšení el. účinnosti cca z 44% na 47% ORC moduly nabízí několik výrobců, např.: GE JENBACHER: Clean Cycle (125 kwe, zdroj tepla 980 kwt, médium R245fa při tlaku 16 bar, 122 C) TRIOGEN: 165 kwe, zdroj tepla 900 kwt při t>350 C, médium toluen ElectraTherm: Green Machine (65 kwe, viz zvláštní presentace) Elektřina z teplé vody - velmi nízká účinnost 12
Zvýšení výroby elektřiny 13
Zvýšení výroby elektřiny 14
Zvýšení výroby elektřiny zdroj: J. Géba, B:POWER INVESTMENT, a.s. 15
Zvýšení výroby elektřiny zdroj: J. Géba, B:POWER INVESTMENT, a.s. 16
4 VYUŽITÍ DISPONIBILNÍHO TEPLA 17
Využití disponibilního tepla Dodávka tepla v teplovodem V rámci areálu BPS vytápění budov (obvykle malá potřeba) sušení zemědělských produktů (uplatnění pouze v krátkém období) vedlejší technologická výroba (typicky sušení řeziva, výroba biopaliv) sušení digestátu (problematické uplatnění) Mimo areál BPS reálné do cca 2 km (při transportu na delší vzdálenosti neúměrně rostou investiční a provozní náklady) 18
Využití disponibilního tepla Dodávka surového bioplynu plynovodem Přesun většiny kapacity KGJ do místa potřeby tepla Bioplyn Třeboň (844 kwe v lázních Aurora) PBS Přeštice (celkem cca 1350 kwe na třech místech ve městě) Úprava bioplynu na biometan a vtláčení do plynárenské soustavy Přes nově přijatou přímou provozní podporu jsou vyhlídky uplatnění v ČR špatné výše podpory bude pravděpodobně nedostatečná malé plánované kapacity v NAP 19
5 PŘÍKLADY Hodnocení opatření z hlediska ekonomické návratnosti investice plnění podmínek zák. 165/2012 20
Příklad 1 Snižování vlastní spotřeby Investor může ovlivnit pouze některé oblasti technického návrhu Typický příklad: Optimalizace transformátoru 21
Příklad: Efekty nasazení úspornějšího transformátoru 1000 kva Standardní transformátor S = 1000 kva Po = 1100 W (Co) Pk = 10500 W (Ck) E = 6276 MWh/rok Ez = 63,5 MWh (1,01 % E) Cena TR: 335 tis. Kč Náklady za Ez: ~ 260 tis. Kč/rok Nízkoztrátový transformátor S = 1000 kva Po = 770 W (Ao) Pk = 9000 W (Bk) E = 6276 MWh/rok Ez = 48,7 MWh (0,78 % E) Cena TR: 360 tis. Kč Náklady za Ez: ~ 200 tis. Kč/rok Návratnost investice TR: ~ 6 let
Příklad 2 ORC modul Zvýšení stupně energ. využití bioplynu pouze o cca 2-4% body ORC nezakládá nárok na příspěvek na KVET, neřeší požadavek stáv. cenových rozhodnutí ERÚ o využití tepla, ani podmínku 50 % využití primární energie Investiční náklady cca 150 300 tis. Kč/kWe inst. (k dispozici jsou předem dané jmenovité výkony, s menším využitím měrná cena roste) Prostá návratnost 5 10 let výroba 8 MWh/r na 1 kwe inst, výnos ~ 30 tis. Kč/r na 1kWe inst. realizovatelné pro BPS o el. výkonu od 1 MWe bez možnosti uplatnění tepla 23
Příklad 3 Sušení digestátu (příklad: zpracování 1 000 t digestátu/rok) Jako užitné teplo zřejmě uznáno bude spotřeba tepla cca 1 000 MWh/r odp. zvýšení stupně energ. využití bioplynu o 5 % bodů (BPS 1 MWe) resp. o 10% bodů (0,5 MWe) Investiční náklady na sušárnu cca 5 mil Kč odpovídá anuitním nákladům na výhř. produktu přes 100 Kč/GJ Provozní náklady do 100 Kč/GJ pouze elektřina, obsluha a údržba (bez vstupního tepla z BPS) Výsledné výrobní náklady přes 200 Kč/GJ samotný sušený digestát není jako palivo konkurenceschopný šance pouze v kombinaci s jinou biomasou a granulační linkou 24
Příklad 4 Dodávka tepla teplovodem nebo plynovodem Výrazné zvýšení stupně energetického využití bioplynu (SEV) pro vytápění lze dosáhnout SEV přes 50% při celoročním technologickém využití až k 75 % Investiční náklady závisí na délce trasy teplovod kolem 6 mil. Kč/km, plynovod 2 mil. Kč/km plus náklady na dělenou KGJ cca 15 mil. Kč Při konkurenční ceně tepla 200 Kč/GJ musí být min. dodávka teplovodem cca 3 000 GJ na každý 1 km trasy plynovodem např. cca 12 500 GJ při dopravní vzdálenosti 5 km 25
Doporučení, příklady projektů Publikace ke stažení na czba.cz 26
O projektu CHP Goes Green 6 PŘEDSTAVENÍ PROJEKTU CHP GOES GREEN 27
O projektu CHP Goes Green Odborná podpora a propagace využití OZE v KVET (a naopak) Doba trvání: 7/2010 6/2013 Projektové konsorcium: 9 partnerů ze 6 zemí za ČR SEVEn 28
O projektu CHP Goes Green Projektové aktivity v ČR zaměřeny na efektivní využití energie z bioplynu / BPS, zahrnuje tyto činnosti: technická asistence (ústředním) orgánům státní správy při tvorbě nových předpisů vzdělávání odborné veřejnosti (projektanti, investoři atd.) propagace dobrých příkladů a řešení z tuzemska i zahraničí iniciace dalších podobných projektů v ČR Spolupráce s COGEN Europe Více viz: www.chp-goes-green.info 29
DĚKUJEME ZA POZORNOST! Bohuslav Málek, Tomáš Voříšek SEVEn, Středisko pro efektivní využívání energie, o.p.s. Americká 579/17, 120 00 Praha 2 www.svn.cz www.chp-goes-green.info The sole responsibility for the content of this presentation lies with the authors. It does not necessarily reflect the opinion of the European Union. Neither the EACI nor the European Commission are responsible for any use that may be made of the information contained therein. 30