Kombinirane toplotne in elektrarne hkrati proizvajajo toploto in elektriko. To reši dva problema v gospodinjstvu. Država spodbuja tudi sodobno, ekološko ogrevanje. Toda komu se splača kombinirana toplotna in električna enota? V našem priročniku razložimo, kako deluje, zahteve za namestitev in stroške.
Kombinirana toplotna in elektrarna kot ogrevanje: najpomembnejše stvari na prvi pogled
- Kombinirana toplotna in elektrarna hkrati proizvaja električno energijo in toploto po principu kombinirane toplotne in električne energije, nato pa toplota iz proizvodnje električne energije teče v ogrevalni krog. Iz tega razloga je učinkovitost sistema približno 90 odstotkov. Za primerjavo: povprečna elektrarna na plin znaša približno 40 odstotkov.
- Kompaktni sistemi so sestavljeni iz pogona (motorja, turbine ali gorivne celice), generatorja in izmenjevalnika toplote.
- Kombinirane toplotne in elektrarne lahko upravljate s plinom, oljem, lesnimi peleti ali premogom, odvisno od vgrajene tehnologije. Z bioplinom ali lesom kot gorivom lahko delate popolnoma CO2 nevtralno.
- Glede na velikost in moč so kombinirani toplotni in električni sistemi razdeljeni na nano, mikro, mini in standardne kombinirane enote za ogrevanje in napajanje. Nano kombinirane toplotne in elektrarne so prav tako varčne za družine.
- Ali se kombinirana toplotna in elektrarna splača, je odvisno od njene izkoriščenosti. Poleg dolgega časa delovanja je za kratko obdobje amortizacije odločilna tudi cena električne energije omrežnega operaterja.
- Zvezni urad za ekonomijo in nadzor (BAFA) podpira namestitev kombiniranih toplotnih in elektrarn s fiksnimi subvencijami in doplačili na tarifo za električno energijo. Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) in nekatere zvezne države ponujajo tudi finančne spodbude in poceni posojila.
Kako deluje kombinirana toplotna in elektrarna?
Kombinirana toplotna in elektrarna je sistem, ki proizvaja elektriko in toploto. Uporablja načelo kombinirane toplote in moči, po katerem se mehanska energija motorja (moči) uporablja za proizvodnjo električne energije, njegovi vroči izpušni plini pa zagotavljajo ogrevanje. To pomeni, da elektrarne s toplotno in elektrarno dosegajo visoko učinkovitost 90 odstotkov in več. Ustvarjena energija je v povprečju sestavljena iz ene tretjine električne energije in dveh tretjin toplote. Vendar se te številke razlikujejo glede na sistem in zasnovo. Tehnologija kombinirane toplotne in električne enote se prilega ohišju, ki je približno velikosti hladilnika. Ime blokovne termoelektrarne izhaja iz kompaktnih dimenzij.
Nekatere elektrarne na premog in plin uporabljajo tudi toploto in elektriko. Leta 2017 je njihov delež neto proizvodnje električne energije v Nemčiji znašal 21 odstotkov. V veliki elektrarni pa cevovodi toploto odpeljejo do kraja porabe, saj so stanovanjska območja in podjetja daleč stran. Izgube so neizogibne na tej poti. Posebnost blokovskih termoelektrarn je, da se elektrika in toplota proizvajata lokalno in decentralizirano. To v primerjavi s centraliziranimi sistemi znatno poveča njihovo učinkovitost.
Zaradi majhnih izgub in možnosti obratovanja z biogorivi so kombinirane toplotne in elektrarne steber energetskega prehoda. Zvezna vlada že od leta 2000 promovira lastnike blokovskih termoelektrarn z različnimi modeli nagrajevanja. V zadnjih letih se je na trgu povečalo število tako imenovanih nano in mikro kombiniranih enot za toploto in energijo. Sistemi z močjo do 15 kilovatov so pod določenimi pogoji vredni tudi zasebnim potrošnikom.
Kratek postopek
Termoelektrarna deluje v naslednjem zaporedju:
- Plinski, dizelski ali parni motor poganja generator s pomočjo gredi. Večje kombinirane elektrarne uporabljajo tudi plinske turbine namesto motorjev. Plin je stisnjen in doseže visoke temperature. Nato vroči plin poganja manjše turbine, ki prenašajo mehansko energijo na generator.
- Generator proizvaja električno energijo. Porabi se bodisi v gospodinjstvu bodisi v podjetju ali se pretaka v javno elektroenergetsko omrežje.
- Toplotni izmenjevalnik prenaša toploto izpušnih plinov v ogrevalno vodo.
- Hladilna voda motorja in vroče motorno olje prav tako oddajata toploto ogrevalni vodi s pomočjo izmenjevalnika toplote.
Gradnja toplotne in elektrarne
Tip ogrevanja je sestavljen iz naslednjih elementov:
- Motor
Najpogostejši motorji za termoelektrarne so plinski, dizelski, parni in Stirlingovi motorji. Vsak tip motorja ima prednosti in slabosti. Bencinski motorji na plinski pogon veljajo za učinkovite in trajne, vendar jih je treba redno vzdrževati. Dizelski motorji imajo najboljši izkoristek, vendar so dražji od bencinskih. Pri Stirlingovih motorjih se v nasprotju z Otto in dizelskimi motorji toplota dovaja od zunaj. Uporabljajo se lahko z lesom ali peleti, zato so še posebej okolju prijazni in zahtevajo tudi malo vzdrževanja. Vendar je električna učinkovitost manjša kot pri bencinskih motorjih. - Plinska turbina (kot alternativa motorju)
Kompresor stisne zunanji zrak do visokega tlaka. Zmes zrak-plin gori v zgorevalni komori in doseže visoke temperature. Vroči plin poganja generator. Zaradi visokih stroškov se plinska turbina splača le za večje soproizvodnje toplotne in elektrarne. - Gorivne celice (kot alternativa motorju)
V gorivnih celicah vodik in kisik reagirata med tako imenovanim hladnim zgorevanjem. S tem ustvarjajo elektriko in toploto. Kombinacije toplotnih in elektrarn s pogonom na gorivne celice so razmeroma nova tehnologija, saj delujejo nevtralno s CO2 in se vedno bolj širijo, zlasti v nano in mikro kombiniranih termoelektrarnah. - Generator
Generator za proizvodnjo električne energije je lahko sinhroni in asinhroni. Ustvari trifazni izmenični tok in je običajno povezan z nizkonapetostnim sistemom stavbe. Lastniki blokovskih termoelektrarn sami uporabljajo električno energijo ali jo dovajajo v javno omrežje. V drugem primeru prejmejo plačilo od omrežnega operaterja in dodatno fiksno doplačilo po zakonu o kombinirani toplotni in električni energiji.
Kako deluje kombinirana enota za ogrevanje in pogon na motorni pogon.
- Izmenjevalnik toplote
Naloga izmenjevalnika toplote je, da toploto izpušnih plinov, hladilne vode motorja in motornega olja prenaša v delovno vodo v ogrevalnem krogu. Najpogosteje uporabljeni toplotni izmenjevalniki vključujejo toplotne izmenjevalnike s ploščatimi in cevnimi izmenjevalniki. - Nadzor
Nadzor omogoča upravljavcem kombinirane toplotne in elektrarne nastavitev različnih parametrov. Med drugim ga uporabljate za nastavitev načina delovanja. Sodobne elektrarne s toploto in elektrarno je mogoče upravljati prek aplikacije na prenosnem računalniku ali celo na pametnem telefonu. - Kotel z največjo obremenitvijo Kotel z
največjo obremenitvijo ne spada v blokovno elektrarno. Po potrebi pa delovanje poteka vzporedno, da se pokrijejo največje obremenitve pri porabi ogrevanja. Dimenzioniranje blokovne termoelektrarne glede na največje obremenitve ni ekonomsko smiselno, ker bi število obratovalnih ur ostalo prenizko. Kombinirana toplotna in elektrarna, ki pokriva osnovno obremenitev, je veliko bolj učinkovita. Vse vrste kotlov, kot so plinski in oljni kondenzacijski kotli, so primerni kot dodatek k kombinirani toplotni in električni enoti.
Varnostno skladiščenje Pufersko skladiščenje v blokovski termoelektrarni ni obvezno, je pa ekonomsko smiselno, zlasti za zasebne potrošnike, saj poraba tople vode čez dan močno niha. Posoda vsebuje ogrevalno vodo in se uporablja za shranjevanje odvečne toplote. Če sistem med največjimi obremenitvami ne more zadovoljiti povpraševanja, topla voda teče v ogrevalni krog. Za blokovno termoelektrarno z močjo 50 kilovatov je vmesno skladišče idealno 3000 litrov, za termoelektrarno nano bloka v družinski hiši pa običajno zadostuje 1000 litrov.
Gorivo za ogrevanje
V blokovni termoelektrarni se odvisno od pogonske tehnologije uporabljajo naslednja goriva:
- Zemeljski plin, vključno s tekočim plinom
- Bioplin s kmetij
- Kurilno olje
- Rastlinsko olje, kot je repično olje ali palmovo olje (samo za nekatere dizelske motorje)
- Lesni peleti (samo za Stirling in parne stroje)
- Lesni sekanci / lesni plin (samo za velike soproizvodnje toplote in elektrarne)
- Trdi premog ali lignit
Lesni peleti so okolju prijazen način obratovanja toplotnih in elektrarn.
Razvrstitev kombiniranih toplotnih in elektrarn glede na zmogljivosti
Naslednja tabela ponuja pregled vrst kombiniranih toplotnih in energetskih enot:
|
določitev |
moč |
uporaba |
tehnologija |
|---|---|---|---|
|
Nano |
Do približno 2,5 |
Enodružinske hiše |
Stirlingov motor, parni stroj, |
|
Termoelektrarne mikro |
2,5 do 15 |
Stanovanjske stavbe |
Stirlingov |
|
Mini |
15 do 50 |
Majhna proizvodna podjetja, |
Plinski motor, parni stroj, |
|
Kogeneracijske enote |
50 do 250 |
Veliki proizvodni obrati, |
Plinske turbine, dizelski in |
interpretacija
Kombinirane toplotne in elektrarne je mogoče načrtovati z električno ali toplotno energijo. V prvi varianti je proizvodnja električne energije odločilna. Ker pa sistemi proizvajajo več toplote kot električne energije in pomanjkanje zaloge toplote, velik del toplote ostane neizkoriščen. Zato je večina naprav za soproizvodnjo dimenzionirana glede na potrebe po toploti.
Distribucija in prihodnost toplotnih in elektrarn
Večina sestavnih delov kombinirane toplotne in električne enote ni nov izum. Stirlingov motor obstaja od leta 1816. Generatorji proizvajajo električno energijo tudi od druge polovice 19. stoletja. Tudi princip kombinirane toplote in moči je že dolgo znan. Že leta 1902 so parne turbine proizvajale elektriko v daljinski toplarni Beelitz-Heilstätten, medtem ko je toplota iz pare ogrevala stavbo.
Kljub temu pa tehnologije dolgo časa ni bilo mogoče zmanjšati tako, da bi se splačali kompaktni sistemi za zasebno proizvodnjo energije. Prve kombinirane elektrarne so prišle na trg sredi osemdesetih let. Leta 2000 je začela veljati prva različica zakona o kombinirani toplotni in električni energiji. Prvič je zagotovila nepovratna sredstva za lastnike kombiniranih toplotnih in električnih enot. Prilagoditve so bile opravljene v letih 2009 in 2016.
Danska ima vodilno vlogo pri postavitvi kombiniranih toplotnih in elektrarn po vsej Evropi. Že leta 2005 je 50 odstotkov tam proizvedene energije izhajalo iz soproizvodnje toplote in elektrarne.
Tudi v Nemčiji se je v zadnjih letih povečalo število naprav za soproizvodnjo za zasebno uporabo. Vendar ta vrsta ogrevanja še vedno ni ena najpogostejših. Za to so večinoma zgodovinski razlogi. Zlasti decentralizirano pridobivanje električne energije se je na Zakonu o obnovljivih virih energije šele povečalo na začetku tisočletja. V kontekstu energetskega prehoda bodo verjetno tudi vedno bolj pomembno vlogo imele soproizvodnje toplote in elektrarne.
Zahteve za vgradnjo ogrevanja
- Če želite namestiti kombinirano toplotno in električno enoto, mora biti temperatura povratka vašega ogrevalnega sistema nižja od 70 stopinj Celzija. Če je višja, izmenjevalnik toplote ne more več popolnoma odvajati toplote iz motorja. V tem primeru sistem deluje negospodarno. Če se motor preveč segreje, se sistem tudi sam izklopi.
- Druga zahteva je povezava z lokalnim plinovodom, če plinski motor poganja generator. Nekatere blokovske termoelektrarne pa je mogoče upravljati tudi s tekočim plinom.
- Za namestitev kombinirane toplotne in električne enote sta potrebna dva dodatna števca električne energije. Medtem ko prvi meri proizvedeno električno energijo, drugi beleži delež, ki teče v javno omrežje. To je med drugim pomembno, da od omrežnega operaterja prejmete povratno tarifo.
Za dodatne števce električne energije za kombinirano toplotno in električno enoto se lahko prijavite pri svojem omrežnem operaterju.
Učinkovitost in področja uporabe kombinirane toplotne in elektrarne
Kombinirane toplotne in elektrarne se uporabljajo v enodružinskih in večdružinskih hišah, podjetjih in javnih objektih, kot so šole in bazeni. Ker se čas amortizacije zmanjšuje z velikostjo sistema, so v številnih bolnišnicah, poslovnih stavbah in šolah nameščeni sistemi z močjo 50 kilovatov ali več.
Načeloma kombinirana toplotna in elektrarna doseže višjo stopnjo učinkovitosti kot vse druge vrste ogrevanja zaradi kombinacije proizvodnje toplote in električne energije. Če pogledate samo proizvodnjo električne energije, je električna učinkovitost med 25 in 40 odstotki. Vendar kombinirana toplotna in elektrarna samo del energije porabi za proizvodnjo električne energije. Podatkovni listi in statistični podatki torej kažejo splošno učinkovitost.
Kombinirane toplotne in elektrarne proizvajajo električno energijo veliko bolj učinkovito kot običajne elektrarne na premog ali plin. Povprečna termoelektrarna doseže izkoristek od 45 do 50 odstotkov. Od 50 do 55 odstotkov energije se izgubi kot toplota. Nadaljnje energetske izgube od 3 do 6 odstotkov nastanejo pri prevozu električne energije.
Elektrarne na premog in plin s kombinirano toploto in elektriko dosegajo skupno učinkovitost 86 odstotkov in več. Vendar se v dolgih cevovodih izgubi od 10 do 15 odstotkov obnovljene toplote.
Spodnja grafika prikazuje, zakaj je kombinacija proizvodnje električne energije in toplote tako učinkovita. S 100 enotami energije dobite 36 enot električne energije in 51 enot toplote v primeru s blokovsko elektrarno. Za enako količino električne energije bi morali izračunati 80 energetskih enot s klasično elektrarno z izkoristkom 45 odstotkov. Za decentraliziran sistem ogrevanja s plinom z izkoristkom 84 odstotkov je potrebnih dodatnih 60 enot za ogrevanje. Skupaj je 140 energetskih enot. Zahvaljujoč kombinirani enoti za ogrevanje in porabo energije v tem primeru prihranite 40 odstotkov energije.
Kombinirana toplotna in elektrarna porabi energijo optimalno z minimalnimi izgubami.
Z ekološkega vidika lahko blokovna termoelektrarna deluje popolnoma nevtralno ali z nizko vsebnostjo CO2, če se uporabljajo goriva, kot so biodizel, bioplin ali lesni peleti. Celo elektrarna, ki deluje na fosilna goriva, je zaradi svoje visoke stopnje učinkovitosti okolju prijazna.
Kdaj se splača kombinirana toplotna in električna enota? Primerjava z drugimi grelci
Kar zadeva običajno ogrevanje, kot je ogrevanje na plin, je izkoristek kombinirane toplotne in elektrarne na prvi pogled le nekoliko večji. Sodobni kotli dosegajo učinkovitost 90 odstotkov in več. Kar zadeva samo ogrevanje, kombinirane toplotne in električne enote niso nujno učinkovitejše. Prednost je, da hkrati proizvajajo tudi poceni elektriko. Lastniki prihranijo stroške z uporabo cenejše električne energije iz omrežja.
Ali se vam nakup splača ali ne, je odvisno od vaše porabe toplote in električne energije. Zaradi višjih stroškov nabave v primerjavi z običajnim kotlom so kombinirane toplotne in električne enote še posebej koristne za gospodinjstva in objekte, ki imajo stalno potrebo po toploti vse leto. Mikro ali mini naprava za soproizvodnjo mora obratovati vsaj 5000 ur na leto, da lahko varčno deluje.
Drugi dejavniki, ki vplivajo na učinkovitost kombinirane termoelektrarne, so investicijski stroški, tehnologija, trenutne cene električne energije in goriv v omrežju ter spremembe programov financiranja. Če nameravate namestiti kombinirano toplotno in električno enoto, priporočamo neodvisen, strokovni nasvet. Energetski svetovalec bo skupaj z vami naredil primerjalni izračun, ki bo upošteval vse parametre.
Namig: v našem kompaktnem pregledu ogrevanja primerjajte učinkovitost in stroške kombinirane toplotne in električne enote z drugimi vrstami ogrevanja.
Stroški kombinirane toplotne in elektrarne
Stroški blokovne termoelektrarne se razlikujejo glede na velikost sistema in nameščeno tehnologijo. Za nano kombinirano toplotno in elektrarno se začnejo pri 15.000 evrih. Za enoto za mikro soproizvodnjo bi morali pričakovati od 20.000 do 25.000 evrov. Ni odločilna le nabavna cena. Nekaj tisoč evrov stane tudi priključek na plinsko in električno omrežje ter dodatki, kot je medpomnilnik.
Poleg stroškov naložbe upoštevajte tudi stroške vzdrževanja pri izračunu donosnosti kombinirane toplotne in električne energije. Za termoelektrarne nano in mikro blokov znašajo med 500 in 1.000 evri ali 3 centi na kilovatno uro proizvedene električne energije na leto. Proizvajalci termoelektrarn pogosto ponujajo pogodbe o popolnem vzdrževanju.
Obratovalni stroški toplotne in elektrarne so odvisni od goriva. Pri kombinirani enoti za ogrevanje in napajanje z nano na zemeljski plin je poraba podobna porabi običajnega ogrevalnega sistema na plin, odvisno od vaših potreb. Temu se dodajo še obratovalni stroji kotla z največjo obremenitvijo.
Pravni predpisi in financiranje
Trenutna različica zakona o kombinirani toplotni in električni energiji iz leta 2016 ureja promocijo kombiniranih toplotnih in elektrarn. Vključuje tako fiksne dotacije za instalacijo kot nadomestilo za električno energijo, proizvedeno iz ogrevanja.
Majhne blokovske termoelektrarne z močjo do 20 kilovatov (električna moč) prejemajo znesek subvencije po stopnjah BAFA. Denimo 10-kilovatni sistem stane 3.400 evrov. Zlasti učinkovite kombinirane toplotne in elektrarne z drugim toplotnim izmenjevalnikom izpušnih plinov za izkoriščanje kurilne vrednosti prejmejo dodatnih 25 odstotkov osnovne subvencije. Država sisteme z visoko električno učinkovitostjo nagrajuje s 60 odstotki osnovne subvencije.
Namig:Oddajte vlogo za financiranje vaše kogeneracijske enote do 31. decembra 2020, saj bo ta program financiranja potekel konec leta!
Kreditanstalt für Wiederaufbau podpira tudi nakup kombiniranih toplotnih in elektrarn. S programoma 271 in 281 za velike blokovne termoelektrarne in 270 za majhne sisteme odobrava posojila z ugodnimi obrestnimi merami in leti brez odplačevanja, ki lahko pokrijejo tudi celotne stroške pridobivanja. Program 433 se lahko uporablja za mini sisteme s pogonom na gorivne celice. Nepovratna sredstva znašajo do 28.200 evrov na gorivno celico.
Zakon o kombinirani toplotni in električni energiji poleg enkratnih plačil in nizko obrestnih posojil za nakupe predvideva tudi nepovratna sredstva za ves čas delovanja kombinirane toplotne in električne energije. Poleg plačila omrežnega operaterja lastniki prejmejo še dodaten bonus za električno energijo, dovedeno v javno omrežje. Glede na električno moč sistema se giblje od 8 centov na kilovatno uro za sisteme do 50 kilovatov do 4,4 centa na kilovatno uro za velike soproizvodnje toplote in elektrarne z močjo več kot 250 kilovatov. Dotacija je omejena na določeno obdobje. Z enotami za mini kogeneracijo do 50 kilovatov je 60.000 ur polne uporabe.
