Elektrociepłownie wytwarzają jednocześnie ciepło i energię elektryczną. To rozwiązuje dwa problemy w gospodarstwie domowym. Państwo promuje również nowoczesne, ekologiczne ogrzewanie. Ale dla kogo opłaca się skojarzyć elektrociepłownię? W naszym poradniku wyjaśniamy, jak to działa, wymagania instalacyjne i koszty.
Elektrociepłownia jako ogrzewanie: najważniejsze rzeczy w skrócie
- Elektrociepłownia jednocześnie wytwarza energię elektryczną i ciepło na zasadzie skojarzonego ciepła i mocy, po czym ciepło z produkcji energii elektrycznej przepływa do obiegu grzewczego. Z tego powodu sprawność systemu wynosi około 90 procent. Dla porównania: przeciętna elektrownia gazowa to około 40 proc.
- Kompaktowe systemy składają się z napędu (silnika, turbiny lub ogniwa paliwowego), generatora i wymiennika ciepła.
- Elektrociepłownie mogą być zasilane gazem, olejem, peletami drzewnymi lub węglem, w zależności od zainstalowanej technologii. Z biogazem lub drewnem jako paliwem możesz pracować całkowicie neutralnie pod względem emisji CO2.
- W zależności od wielkości i wydajności, połączone systemy ciepłownicze są podzielone na nano, mikro, mini i standardowe skojarzone jednostki ciepłownicze. Elektrociepłownie Nano są również ekonomiczne dla rodzin.
- Opłacalność elektrociepłowni zależy od jej wykorzystania mocy. Oprócz długiego czasu pracy, cena energii elektrycznej operatora sieci ma również znaczenie dla krótkiego okresu amortyzacji.
- Federalne Biuro Ekonomii i Kontroli (BAFA) wspiera instalację elektrociepłowni za pomocą stałych dotacji i dopłat do taryfy za energię elektryczną. Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) i niektóre kraje związkowe również oferują zachęty finansowe i tanie pożyczki.
Jak działa elektrociepłownia?
Elektrociepłownia to system, który wytwarza zarówno energię elektryczną, jak i ciepło. Wykorzystuje zasadę połączonego ciepła i mocy, zgodnie z którą energia mechaniczna silnika (moc) jest wykorzystywana do wytwarzania energii elektrycznej, a jego gorące spaliny zapewniają ogrzewanie. Oznacza to, że połączone elektrociepłownie osiągają wysoką sprawność wynoszącą 90 procent i więcej. Wytworzona energia składa się średnio z jednej trzeciej energii elektrycznej i dwóch trzecich z ciepła. Jednak liczby te różnią się w zależności od systemu i projektu. Technologia połączonego źródła ciepła i energii pasuje do obudowy, która jest mniej więcej wielkości lodówki. Nazwa elektrociepłownia blokowa wywodzi się od kompaktowych wymiarów.
Niektóre elektrownie węglowe i gazowe również wykorzystują skojarzoną energię cieplną i elektryczną. W 2017 r. Ich udział w produkcji energii elektrycznej netto w Niemczech wyniósł 21 proc. Jednak w dużej elektrowni rurociągi transportują ciepło do miejsca zużycia, ponieważ obszary mieszkalne i przedsiębiorstwa są daleko. Po drodze straty są nieuniknione. Specjalnością blokowych elektrociepłowni jest to, że zarówno energia elektryczna, jak i ciepło są wytwarzane lokalnie i zdecentralizowane. Zwiększa to znacznie ich wydajność w porównaniu do systemów scentralizowanych.
Elektrociepłownie ze względu na niskie straty i możliwość eksploatacji z biopaliwami stanowią filar transformacji energetycznej. Rząd federalny od 2000 roku promuje właścicieli blokowych elektrociepłowni z różnymi modelami wynagradzania. W ostatnich latach na rynku wzrosła liczba tzw. Nano i mikro bloków elektrociepłowni. Systemy o mocy do 15 kilowatów są również opłacalne dla prywatnych konsumentów pod pewnymi warunkami.
Proces w skrócie
Elektrociepłownia działa w następującej kolejności:
- Silnik napędzany gazem, olejem napędowym lub parą napędza generator za pomocą wału. Większe elektrociepłownie również zamiast silników wykorzystują turbiny gazowe. Gaz jest sprężany i osiąga wysokie temperatury. Gorący gaz napędza następnie mniejsze turbiny, które przekazują energię mechaniczną do generatora.
- Generator wytwarza energię elektryczną. Jest albo zużywany w gospodarstwie domowym lub w przedsiębiorstwie, albo trafia do publicznej sieci energetycznej.
- Wymiennik ciepła przekazuje ciepło spalin do wody grzewczej.
- Woda chłodząca silnik i gorący olej silnikowy również oddają ciepło do wody grzewczej za pomocą wymiennika ciepła.
Budowa elektrociepłowni
Rodzaj ogrzewania składa się z następujących elementów:
- Silnik
Najpopularniejszymi silnikami stosowanymi w elektrociepłowniach są silniki gazowe, wysokoprężne, parowe i Stirlinga. Każdy typ silnika ma zalety i wady. Silniki benzynowe zasilane gazem są uważane za wydajne i trwałe, ale wymagają regularnej konserwacji. Silniki wysokoprężne mają najlepszą wydajność, ale są droższe niż silniki benzynowe. W przypadku silników Stirlinga, w przeciwieństwie do silników Otto i Diesla, ciepło dostarczane jest z zewnątrz. Mogą pracować z drewnem lub pelletem, dzięki czemu są szczególnie przyjazne dla środowiska i wymagają niewielkiej konserwacji. Jednak sprawność elektryczna jest niższa niż w przypadku silników Otto. - Turbina gazowa (alternatywa dla silnika)
Sprężarka spręża powietrze z otoczenia do wysokiego ciśnienia. Mieszanka powietrzno-gazowa pali się w komorze spalania i osiąga wysokie temperatury. Gorący gaz napędza generator. Ze względu na wysokie koszty turbina gazowa jest opłacalna tylko w przypadku większych elektrociepłowni. - Ogniwo paliwowe (alternatywa dla silnika)
W ogniwach paliwowych wodór i tlen reagują podczas tzw. Zimnego spalania. W ten sposób wytwarzają energię elektryczną i ciepło. Elektrociepłownie z napędem z ogniw paliwowych są stosunkowo nową technologią, ponieważ działają neutralnie pod względem emisji CO2, dlatego są coraz bardziej rozpowszechniane, zwłaszcza w elektrociepłowniach nano i mikro. - Generator
Generator do wytwarzania energii elektrycznej może być zarówno synchroniczny, jak i asynchroniczny. Generuje trójfazowy prąd przemienny i jest zwykle podłączony do instalacji niskiego napięcia budynku. Właściciele elektrociepłowni blokowej wykorzystują energię elektryczną samodzielnie lub wprowadzają ją do publicznej sieci energetycznej. W drugim przypadku otrzymują wynagrodzenie od operatora sieci oraz dodatkową stałą opłatę na podstawie ustawy o elektrociepłowniach.
Jak działa elektrociepłownia napędzana silnikiem elektrycznym.
- Wymiennik ciepła
Wymiennik ciepła ma za zadanie przekazywanie ciepła ze spalin, wody chłodzącej silnik i oleju silnikowego do wody użytkowej w obiegu grzewczym. Do najczęściej stosowanych wymienników ciepła należą wymienniki płaszczowo-rurowe oraz płytowe wymienniki ciepła. - Sterowanie
Sterowanie umożliwia operatorom elektrociepłowni konfigurację różnych parametrów. Używasz go między innymi do ustawiania trybu pracy. Nowoczesnymi elektrociepłowniami można sterować za pomocą aplikacji na laptopie lub nawet na smartfonie. - Kocioł
szczytowy Kocioł szczytowy nie należy do blokowej elektrociepłowni. Jednak w razie potrzeby praca odbywa się równolegle, aby pokryć szczytowe obciążenia zużycia ciepła. Wymiarowanie blokowej elektrociepłowni pod kątem obciążeń szczytowych nie ma sensu ekonomicznego, ponieważ liczba godzin pracy byłaby zbyt niska. O wiele wydajniejsza jest elektrociepłownia pokrywająca obciążenie podstawowe. Wszystkie typy kotłów, takie jak gazowe i olejowe kotły kondensacyjne, nadają się jako uzupełnienie bloku kogeneracyjnego. - Zasobnik buforowy Zasobnik
buforowy nie jest obowiązkowy w blokowej elektrociepłowni, ale ma sens ekonomiczny, zwłaszcza dla odbiorców prywatnych, ponieważ zużycie ciepłej wody ulega znacznym wahaniom w ciągu dnia. Zbiornik zawiera wodę grzewczą i służy do gromadzenia nadmiaru ciepła. Jeśli system nie jest w stanie sprostać zapotrzebowaniu podczas obciążeń szczytowych, ciepła woda wpływa do obiegu grzewczego. Dla elektrociepłowni o mocy 50 kW, zasobnik buforowy wynosi idealnie 3000 litrów, w przypadku nano jednostki kogeneracyjnej w domu jednorodzinnym zwykle wystarcza 1000 litrów.
Paliwo do ogrzewania
W elektrociepłowni blokowej stosowane są następujące paliwa w zależności od technologii napędu:
- Gaz ziemny, w tym gaz płynny
- Biogaz z gospodarstw
- Olej opałowy
- Olej roślinny, taki jak rzepakowy lub palmowy (tylko do niektórych silników Diesla)
- Pelety drzewne (tylko do silników Stirlinga i parowych)
- Zrębki / gaz drzewny (tylko w przypadku dużych elektrociepłowni)
- Węgiel kamienny lub brunatny
Pelety drzewne to przyjazny dla środowiska sposób eksploatacji elektrociepłowni.
Klasyfikacja elektrociepłowni według wydajności
Poniższa tabela zawiera przegląd typów skojarzonych jednostek ciepłowniczych i energetycznych:
|
Przeznaczenie |
moc |
posługiwać się |
technologia |
|---|---|---|---|
|
Elektrociepłownie nano |
Do około 2,5 |
Domy jednorodzinne |
Silnik Stirlinga, silnik parowy, |
|
Elektrociepłownie typu mikro -blokowe |
2,5 do 15 |
Budynki mieszkalne |
Silnik Stirlinga, silnik wysokoprężny i gazowy, ogniwa paliwowe |
|
Mini |
15 do 50 |
Małe firmy produkcyjne, |
Silnik gazowy, silnik parowy, silnik |
|
Jednostki kogeneracyjne |
50 do 250 |
Duże zakłady produkcyjne, |
Turbiny gazowe, silniki diesla i |
interpretacja
Elektrociepłownie mogą być projektowane z wykorzystaniem energii elektrycznej lub ciepła. W pierwszym wariancie decydujące znaczenie ma produkcja energii elektrycznej. Jednak ponieważ systemy wytwarzają więcej ciepła niż energii elektrycznej i występuje brak możliwości magazynowania ciepła, duża część ciepła pozostaje niewykorzystana. Dlatego większość skojarzonych elektrociepłowni jest wymiarowana zgodnie z zapotrzebowaniem na ciepło.
Dystrybucja i przyszłość elektrociepłowni
Większość elementów elektrociepłowni nie jest nowymi wynalazkami. Silnik Stirlinga istnieje od 1816 roku. Od drugiej połowy XIX wieku również generatory wytwarzają energię elektryczną. Zasada skojarzonego wytwarzania ciepła i energii jest również znana od dawna. Już w 1902 r. Turbiny parowe wytwarzały energię elektryczną w miejskiej ciepłowni Beelitz-Heilstätten, podczas gdy ciepło z pary ogrzewało budynek.
Niemniej jednak przez długi czas nie było sposobu na zmniejszenie technologii, aby kompaktowe systemy do prywatnego wytwarzania energii były opłacalne. Pierwsze bloki kogeneracyjne pojawiły się na rynku w połowie lat 80. W 2000 r. Weszła w życie pierwsza wersja ustawy Combined Heat and Power Act. Po raz pierwszy udzielił dotacji właścicielom bloków kogeneracyjnych. W latach 2009 i 2016 dokonano korekt.
Dania odgrywa wiodącą rolę w instalowaniu elektrociepłowni w całej Europie. Już w 2005 roku 50 procent wytwarzanej tam energii pochodziło z elektrociepłowni.
Również w Niemczech w ostatnich latach wzrosła liczba jednostek kogeneracyjnych do użytku prywatnego. Jednak ten rodzaj ogrzewania nadal nie należy do najczęstszych. Ma to głównie podłoże historyczne. W szczególności zdecentralizowane wytwarzanie energii nabrało tempa dopiero na przełomie tysiącleci dzięki ustawie o odnawialnych źródłach energii. W kontekście transformacji energetycznej, prawdopodobnie coraz większą rolę będą odgrywać elektrociepłownie.
Wymagania dotyczące instalacji ogrzewania
- Jeśli chcesz zainstalować zespół kogeneracyjny, temperatura powrotu systemu grzewczego powinna być niższa niż 70 stopni Celsjusza. Jeśli jest wyższy, wymiennik ciepła nie może już całkowicie odprowadzać ciepła z silnika. W takim przypadku system działa nieekonomicznie. Jeśli silnik zbytnio się nagrzeje, system również się wyłączy.
- Innym wymaganiem jest podłączenie do lokalnego gazociągu, jeśli silnik gazowy napędza generator. Jednak niektóre elektrociepłownie blokowe mogą również pracować na gaz płynny.
- Do instalacji elektrociepłowni wymagane są dwa dodatkowe liczniki energii elektrycznej. Podczas gdy pierwszy mierzy wytworzoną energię elektryczną, drugi rejestruje część, która przepływa do sieci publicznej. Jest to ważne między innymi po to, aby otrzymać od operatora sieci taryfę gwarantowaną.
Możesz ubiegać się o dodatkowe liczniki energii elektrycznej dla swojej jednostki kogeneracyjnej u operatora sieci.
Sprawność i obszary zastosowań elektrociepłowni
Elektrociepłownie są wykorzystywane w domach jednorodzinnych i wielorodzinnych, firmach i obiektach użyteczności publicznej, takich jak szkoły i baseny. Ponieważ czas amortyzacji skraca się wraz z rozmiarem systemu, w wielu szpitalach, biurowcach i szkołach instalowane są systemy o mocy 50 kilowatów lub większej.
Zasadniczo elektrociepłownia osiąga wyższy stopień sprawności niż wszystkie inne rodzaje ogrzewania dzięki połączeniu wytwarzania ciepła i energii elektrycznej. Jeśli spojrzeć tylko na wytwarzanie energii, sprawność elektryczna wynosi od 25 do 40 procent. Jednak elektrociepłownia wykorzystuje tylko część energii do produkcji energii elektrycznej. Arkusze danych i statystyki wskazują zatem na ogólną wydajność.
Elektrociepłownie wytwarzają energię elektryczną znacznie wydajniej niż konwencjonalne elektrownie węglowe lub gazowe. Przeciętna elektrociepłownia osiąga sprawność od 45 do 50 procent. Od 50 do 55 procent energii jest tracone w postaci ciepła. Dalsze straty energii, rzędu 3 do 6 procent, wynikają z transportu energii elektrycznej.
Elektrownie opalane węglem i gazem z połączoną energią cieplną osiągają ogólną sprawność 86% i więcej. Jednak 10 do 15 procent odzyskanego ciepła jest tracone w długich rurociągach.
Poniższa grafika pokazuje, dlaczego połączenie wytwarzania energii elektrycznej i ciepła jest tak wydajne. Przy 100 jednostkach energii otrzymujemy 36 jednostek energii elektrycznej i 51 jednostek ciepła, na przykładzie z blokową elektrociepłownią. Dla tej samej ilości energii elektrycznej należałoby obliczyć 80 jednostek energii w konwencjonalnej elektrowni o sprawności 45 procent. Zdecentralizowany system ogrzewania gazowego o sprawności 84 procent wymaga dodatkowych 60 jednostek energii na ciepło. Łącznie 140 jednostek energii. W tym przykładzie dzięki połączonej jednostce ciepła i mocy oszczędzasz 40% energii.
Elektrociepłownia optymalnie wykorzystuje energię przy minimalnych stratach.
Z ekologicznego punktu widzenia elektrociepłownia typu blokowego może pracować całkowicie neutralnie pod względem emisji CO2 lub o niskiej emisji CO2, jeśli stosowane są paliwa takie jak biodiesel, biogaz lub pelety drzewne. Nawet w przypadku eksploatacji na paliwa kopalne elektrociepłownia jest przyjazna dla środowiska ze względu na swoją wysoką wydajność.
Kiedy warto korzystać z elektrociepłowni? Porównanie z innymi grzejnikami
W przypadku konwencjonalnych systemów grzewczych, takich jak ogrzewanie gazowe, sprawność elektrociepłowni jest na pierwszy rzut oka tylko nieznacznie wyższa. Nowoczesne kotły osiągają sprawność 90 procent i więcej. Pod względem samego ogrzewania, skojarzone bloki elektrociepłowni niekoniecznie są bardziej wydajne. Zaletą jest to, że jednocześnie produkują tanią energię elektryczną. Właściciele oszczędzają koszty, używając tańszej sieci elektrycznej.
To, czy zakup jest dla Ciebie opłacalny, zależy od zużycia ciepła i energii elektrycznej. Ze względu na wyższe koszty zakupu w porównaniu z konwencjonalnym kotłem, bloki kogeneracyjne są szczególnie opłacalne dla gospodarstw domowych i obiektów, które mają stałe zapotrzebowanie na ciepło przez cały rok. W celu wydajnej pracy elektrociepłownia typu mikro lub mini blok powinna pracować co najmniej 5000 godzin rocznie.
Inne czynniki wpływające na efektywność elektrociepłowni to koszty inwestycji, technologia, aktualne ceny energii elektrycznej i paliw z sieci oraz zmiany w programach finansowania. W przypadku zamiaru montażu elektrociepłowni zalecamy niezależne, fachowe doradztwo. Doradca ds. Energii będzie współpracował z Tobą, aby wykonać obliczenia porównawcze uwzględniające wszystkie parametry.
Wskazówka: porównaj wydajność i koszty połączonego bloku ciepłowniczego i energetycznego z innymi rodzajami ogrzewania w naszym kompaktowym przeglądzie ogrzewania.
Koszt elektrociepłowni
Koszty dla elektrociepłowni różnią się w zależności od wielkości systemu i zainstalowanej technologii. W przypadku nano-elektrociepłowni kosztują one od 15 000 euro. W przypadku jednostki mikrokogeneracji należy spodziewać się od 20 000 do 25 000 euro. Decydująca jest nie tylko cena zakupu. Podłączenie do sieci gazowej i elektrycznej oraz akcesoria takie jak magazyn buforowy również kosztują kilka tysięcy euro.
Oprócz kosztów inwestycji, przy obliczaniu opłacalności elektrociepłowni należy również uwzględnić koszty utrzymania. Dla elektrowni cieplnych typu nano i mikrobloki wynoszą one od 500 do 1000 euro lub 3 centy za kilowatogodzinę energii elektrycznej wytwarzanej rocznie. Producenci elektrociepłowni często oferują pełne umowy serwisowe.
Koszty eksploatacji elektrociepłowni zależą od paliwa. Dzięki zasilanemu gazem ziemnym nano zespolonej elektrociepłowni, zużycie jest podobne do konwencjonalnego systemu ogrzewania gazowego, w zależności od potrzeb. Do tego dochodzą koszty eksploatacji kotła szczytowego.
Regulacje prawne i finansowanie
Obecna wersja ustawy o elektrociepłowniach z 2016 r. Reguluje promocję elektrociepłowni. Obejmuje zarówno stałe dotacje na instalację, jak i wynagrodzenie za energię elektryczną wytwarzaną przez ogrzewanie.
Małe elektrociepłownie blokowe o mocy do 20 kilowatów (moc elektryczna) otrzymują rozłożone w czasie dotacje od BAFA. Na przykład 10-kilowatowy system kosztuje 3400 euro. Szczególnie wydajne elektrociepłownie z drugim wymiennikiem ciepła spalin do wykorzystania wartości opałowej otrzymują dodatkowe 25% dotacji podstawowej. Państwo premiuje systemy o wysokiej sprawności elektrycznej 60% podstawowej dotacji.
Wskazówka:Złóż wniosek o dofinansowanie dla swojego bloku kogeneracyjnego do 31 grudnia 2020 r., Gdyż ten program finansowania wygaśnie z końcem roku!
Kreditanstalt für Wiederaufbau wspiera również zakup elektrociepłowni. Dzięki programom 271 i 281 dla dużych blokowych elektrociepłowni i 270 dla małych instalacji udziela pożyczek o niskim oprocentowaniu i latach bez spłaty, które mogą również pokryć pełne koszty nabycia. Program 433 może być używany dla mini-systemów z napędem z ogniw paliwowych. Istnieje dotacja w wysokości do 28 200 euro na ogniwo paliwowe.
Oprócz jednorazowych płatności i niskooprocentowanych kredytów na zakup, Ustawa o skojarzonej elektrociepłowni przewiduje również dotacje na cały czas pracy elektrociepłowni. Oprócz wynagrodzenia operatora sieci właściciele otrzymują dodatkową premię za energię elektryczną wprowadzoną do sieci publicznej. W zależności od mocy elektrycznej systemu waha się ona od 8 centów za kilowatogodzinę dla systemów do 50 kilowatów do 4,4 centów za kilowatogodzinę dla dużych elektrociepłowni o mocy powyżej 250 kilowatów. Stypendium jest ograniczone do określonego okresu. Z jednostkami mini-kogeneracji do 50 kW to 60 000 pełnych godzin pracy.
