A mikro-chp rendszerek alkalmazhatósága a decentralizált energiatermelésben

A mikro-CHP rendszerek alkalmazhatósága a decentralizált energiatermelésben Karacsi Márk PhD hallgató, Alkalmazott Informatikai Doktori Iskola, Óbudai Egyetem [email protected] 61. MEE Vándorgyűlés Debrecen, 2014. szeptember 10-12.

Áttekintés 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Fogyasztók csoportosítása mikro-CHP rendszerek bemutatása Tesztrendszer adatok mikro-CHP a villamos energia rendszerben, szigetüzem Követelmények, negatív hatások és azok kiküszöbölései Piaci kitekintés Megtérülés Smart mikro-CHP rendszerek Konklúzió

61. MEE Vándorgyűlés – 2014, Debrecen

1. Fogyasztók csoportosítása • Passzív fogyasztó • Igény szerinti reagálás o Reagálás időprofilos tarifára (nagy dinamika szükséges!) • •

Csúcselkerülés Völgyidőszaki fogyasztás átcsoportosítás

• Intelligens fogyasztói berendezések • Jelenleg installált technológiák alkalmazhatóak (HKV,RKV)


1. Fogyasztók csoportosítása • Aktív fogyasztó • Elosztott termelő egységgel rendelkezik • Negatív energiamérleg • Szabályzásba bevonható (mérlegkör tagság)

• Elosztott energiatárolóval rendelkezik • Szabályzásba bevonható („csúcsletörés”)

• Megfelelő kommunikáció kiépítése és tarifák meghatározása szükséges


2. mikro-CHP rendszerek

• • • •

Háztartási méret Hő és villamos energia Magas hatásfok Decentralizált

• Használt Otto-motor (Benzin/LPG) • 7,5 kW kalickás forgórészű aszinkron gép • Segédellenállások (indítás, szinkron) • 3 fázisú 230/400V csatlakozás • 12 V DC kiment • Mérőeszközök 61. MEE Vándorgyűlés – 2014, Debrecen

3. Tesztrendszer • Hő és Villamos energia termelő képesség,


3. Tesztrendszer • Hatásfok (teljes hő hasznosítás esetén) Elégetett gáz m3

Hő [MJ]

Villamos energia [MJ]

Energia veszteség [MJ]

Gáz bojler

1,00

29,44

-

4,56

CCGT

0,42 1,42

29,44

7,14 12,95

7,14 5,89

µCHP

Gáz bojler: CCGT: Mikro-CHP:

86% hő hatásfok 50% villamos hatásfok 61% hő hatásfok + 26% villamos hatásfok


3. Tesztrendszer • CO2 kibocsátás (teljes hő hasznosítás esetén) 4,5 4 3,5 3 Gas Boiler + CCGT electricity generation

2,5 2

mCHP

1,5 1 0,5 0 Produced Energy (Heat+Electricity) [MJ/10]

CO2 Emission [Kg]

Több mint fél kg-al kevesebb széndioxid!


4. mikro-CHP a villamos energia rendszerben, szigetüzem • Hálózati működés, visszatáplálás

Medő energia igény 9 8,5 Q [kVAr]

o Stabil működés o Beavatkozás mentes (hálózati reguláció miatt) o Üzemmód beállítás lényeges o Meddő Energia Probléma (kompenzálás, elszámolás)

8

7,5 7

6,5 6 1


2,8

3 P [kW]

4

5,7

4. mikro-CHP a villamos energia rendszerben, szigetüzem • Sziget üzemű terheléses vizsgálat eredményei o Stabil rendszer* o Elfogadható ∆U és ∆f értékek (max. ~27%,~18%)* Üzemállapot

Frekvencia [Hz]

Feszültség [V]

200

Hatásos teljesítmény [kW] 0

Meddő teljesítmény [kVAr] 1,8

Szigetüzemű üres járás Szigetüzemű üres járás kompenzációval 3x0,5kW terhelés 3x0,5kW terhelés kompenzációval 3x1kW terhelés 3x1kW terhelés kompenzációval 3x1,5kW terhelés 3x1,5kW terhelés kompenzációval

43 47,7

230

0

2,6

41 49,5

170 230

0,4 0,66

1,3 2,8

46,3 50,8

210 244

0,8 1,05

2,1 3,3

46,6 48,58

203 225

1,2 1,4

2 2,6

*Laboratóriumi körülmények között


4. mikro-CHP a villamos energia rendszerben, szigetüzem • Sziget üzemű problémák o Aktív szabályzás hiánya o Hálózati visszakapcsolási problémák


4. mikro-CHP a villamos energia rendszerben, szigetüzem • Sziget üzemű munkapontok felvétele

Feszültség a P és Q arányában

Frekvencia a P és Q arányában


5. Követelmények, negatív hatások és azok kiküszöbölései • Stabil szigetüzemű működés követelményei o o o o o

Energiamérleg tartása Terhelés priorizálás Feszültség tartás Frekvencia tartás Meddő kompenzáció


5. Követelmények, negatív hatások és azok kiküszöbölései • Szabályzási problémák o Energiamérleg tartása -Termelés szabályzás (P-f) -Terhelés szabályzás o Meddő energia kompenzáció -Feszültség szabályzás (U-Q) Energia menedzsment -Tervezés és menetrend o Megfelelő védelmek alkalmazása -Hálózati, terhelési, feszültségesési és stabilitási védelmek


5. Követelmények, negatív hatások és azok kiküszöbölései • Negatív hatások kiküszöbölései o Hagyományos Otto-motor védelmek alkalmazása o Fordulatszám szabályzó alkalmazása (frekvencia) o Meddő energia kompenzálás alkalmazása o Elektronikus terhelés védelem alkalmazása o Terhelés menedzsment (degradált üzemállapot)


6. Piaci kitekintés • Többféle motorválaszték o o o o

Dugattyús motor (jó villamos ƞ, többféle üzemanyag, nagy zaj) Gázmotor (kis villamos ƞ, egyféle üzemanyag, kis zaj, karbantartásigény) Stirling-motor (kis villamos ƞ, tisztább égés, kevés karbantartás) Tüzelőanyag cella (kísérleti fázis)

• Széles teljesítmény skála o Hőteljesítmény – 20kW-500 kW o Villamos teljesítmény – 1kW-20 kW

• Bekerülési költség 450-900 €/kWh


7. Megtérülés feltételei • Folyamatos hőigény – Jellemzően közintézmények, uszodák, irodaépületek

• Megfelelő méretezés/technológia választás – Energia igények ismerete, optimális rendszer kiválasztása

• Politikai támogatottság törvényhozás által – Adókedvezmények, garantált visszavásárlási ár, beruházás támogatás (jelenleg Magyarországon nem vagy csak részben létezik)


8. Smart mikro-CHP rendszerek • • • • •

Smart Grid filozófia Kommunikáció Menetrend Intelligens DSM Rendszer szintű U-Q szabályzás


9. Konklúzió

• Műszaki – – – – –

Stabil működés elérhető Környezettudatos üzemelés Előre mutató (elosztott energiatermelés) Szabályzások szükségesek Smart koncepcióba illeszthető

• Gazdasági – – – – –

Jobb hatásfok a centralizált energiatermelésnél Hálózati díjak és veszteségek kvázi 0-ra csökkenek Jelenleg nem egyértelműen megtérülő beruházás Törvényi ösztönzés javíthatja a mutatókat Beruházási támogatások javíthatják a mutatókat 61. MEE Vándorgyűlés – 2014, Debrecen

Köszönöm a figyelmüket! Karacsi Márk PhD hallgató, Alkalmazott Informatikai Doktori Iskola, Óbudai Egyetem [email protected]


A mikro-chp rendszerek alkalmazhatósága a decentralizált energiatermelésben

Recommend Documents