Hőtárolók a kapcsolt energiatermelésben
XIX. Főenergetikusi és Innovációs Szeminárium Visegrád, 2012. május 9-11.
Kapcsolt energiatermelés
Azonos technológiai folyamatban hő- és villamosenergia egyidejű termelése: - gázmotor (földgáz, biogáz) - KCE (gázturbina-fűtőturbina) (földgáz) - kazán-fűtőturbina (földgáz, fűtőolaj, szén, biomassza) Az üzemvitelt alapvetően a pillanatnyi hőigény határozza meg.
Kapcsolt energiatermelő berendezések elterjedése • 56/2002. (XII.29.) GKM rendelet az átvételi kötelezettség alá eső villamos energia átvételének szabályozásáról (KÁT) • a hulladékból nyert • a megújuló energia felhasználásával termelt • a kapcsoltan termelt villamosenergia termelését támogatta • Előnyei: • környezetvédelmi • gazdasági • ellátásbiztonsági • a kapcsolt energiatermeléssel olcsóbb távhő előállítása
Kapcsolt energiatermelő berendezések ”tündöklése és bukása” !? • 2011-től a KÁT szabályozó/támogató rendszer nagy részben leépítésre került, a teljes megszüntetés, szabadpiaci alapra történő átvezetés folyamatban van. • A termelt villamosenergia értékesítése (MAVIR kapcsolt mérlegkörben) HUPX piaci nyomott áron; • A kapcsolt energiatermelő berendezésben termelt hő értékesítés korlátozott áron (hatósági áras termelői hőár, hatósági áras lakossági távhő ár). • 2011. október 1-től ”HÁT” rendszer!
”Hát ez mire elég ?”
Kapcsolt energiatermelés önköltsége Ft/kWh
Nyereséges
Veszteséges
Hő egységára
Ft/GJ
Kapcsolt energiatermelés önköltsége Ft/kWh
2010. december 31-ig
KÁT
Hő egységára
Ft/GJ
Kapcsolt energiatermelés önköltsége Ft/kWh
2011. június 30-ig KÁT
Hő egységára
Ft/GJ
Kapcsolt energiatermelés önköltsége Ft/kWh
2011. október 1ig
KM
Hő egységára
Ft/GJ
Kapcsolt energiatermelés önköltsége Ft/kWh
2011. október 1-től
KM
”HÁT”
Hő egységára
Ft/GJ
Kapcsolt energiatermelés önköltsége Ft/kWh
2011. október 1-től
KMKM ”HÁT”
Hő egységára
Ft/GJ
Kapcsolt energiatermelés önköltsége Ft/kWh 2012. július 1-től 201. . ..…. 1-től
Hő egységára
Ft/GJ
Kapcsolt energiatermelés önköltsége Ft/kWh
Földgáz ár változása
Hő egységára
Ft/GJ
Kapcsolt erőművek jellemzői - hőigény szerinti üzemeltetés - a fogyasztói hőigény határozza meg az üzemvitelt; - a KÁT időszak alatt folyamatos, teljes terhelésű üzemre tervezve; - a hő egységára a megtermelés időpontjától független; - a ”megfelelő” villamosenergia átvételi ár csak jogszabályi úton biztosítható. - villamosenergia igény szerinti üzemeltetés - a fogyasztói (szerződéses menetrend, rendszer szabályozási pillanatnyi szükséglet, …) villamosenergia igény határozza meg az üzemvitelt; - a termelés időpontjától, ütemezésétől, változtathatóságától jelentős mértékben függ az ár.
Kapcsolt erőművek villamosenergia termelése Villamosenergia értékesítése a szabadpiacon: - standard termék (zsinór üzem, menetrendtartás, …) - HUPX-en limitáras termékként, stb. - szabályozásban való részvétel (a kiserőművek terhelésváltozási sebessége kedvező) - egyéb villamosenergia kereskedés Kapcsolt kiserőművek integrációja: - Mérlegköri szolgáltatást biztosító egységhez csatlakozás - piaci igények szerinti, optimalizált formában történő villamosenergia értékesítés - ”Virtuális erőmű” termelés szervezési koncepció (rendszerirányítási egység) - ”nagy” termelőként jelenik meg a piacon
Energiatárolás szükségessége A ”kedvező” villamosenergia árbevétel elérése: - az üzemeltetés célfüggvénye a villamosenergia termelés !
- a hőtermelés eltér a pillanatnyi hőigénytől: - gondoskodni kell a pillanatnyi ”kiegyenlítő” hőenergia termeléséről (a kapcsolt többlet termelés esetén a többletet ”el kell dobni”) - hőtárolóval kell áthidalni a termelés és a fogyasztói hőigény különbségét
Energiatárolás lehetőségei
Villamosenergia: - ”közvetlenül nem tárolható” - közvetett tárolás lehetséges - a fogyasztói igény jelentkezésekor kell megtermelni Hőenergia:
- fázis váltásos (párolgáshő, kristályosodási hő) - fázis váltás nélküli (fajhő)
ALFen Kft.
Hőfogyasztási diagram Nyár MWth
000
2400
óra
Hőfogyasztási / hőtermelési diagram Hőtároló esetén MWth
Hőtermelés
Hőfogyasztás
000
2400
óra
400 m3-es hőtároló
A hőtároló műszaki problémáinak megoldása -
A hideg és meleg rétegek hőmérséklet-kiegyenlítődésének megakadályozása; A be-és kitárolás teljesítmény-változásakor az örvénylések elkerülése; Az úszó szerkezetek üzembiztonságának növelése; A teljes feltöltés és kisütés lehetőségének megteremtése, a tárolókapacitás maximális kihasználása érdekében; Az automatikus működés, a pillanatonként változó termelés/fogyasztás különbözet automatikus kezelése.
Hőmérséklet-eloszlás a hőtárolóban
Tmeleg
Átmeneti réteg
Thideg
Vízhőmérséklet
C0
Gázmotor beruházási alternatívák - 1 db nagyteljesítményű gázmotor (napi indulási/leállási igénnyel) + hőtároló
- több kisebb teljesítményű motor + hőtároló,
- több kisebb teljesítményű motor hőtároló nélkül, (a nyári hőigény szerinti teljesítmény szabályozással, indulás/leállással )
Villamosenergia átvételi ár időszaki megoszlása Munkanap Ft/kWh Csúcs
Völgy
Mélyvölgy 000
2400
óra
Villamosenergia átvételi ár időszaki megoszlása Munkaszüneti nap Ft/kWh Csúcs
Völgy
Mélyvölgy 000
2400
óra
Hőtárolóban eltárolt hőmennyiség Heti ciklus
Nyári időszak
GJ Max.
Ürítés Töltés
0
24
48
72
96
120
144
168
óra
5.000 m3-es hőtároló
Hőtároló tartály jellemzői - Földfelszíni, állóhengeres, 10 cm hőszigeteléssel, 12 db rétegvíz hőmérővel - Névleges térfogat:
5.000 m3
- Átmérő:
22 m
- Magasság:
12 m
- L/D viszony:
0,55
- Hőtároló képesség 88/45 oC hőmérséklet lépcsővel: 860 GJ - Betárolási és kitárolási hőteljesítmény:
8 MWth
Távhőrendszer kialakítása hőtárolóval Apríték kazán
Gázkazán
Gázmotor
Hőtároló
Hőfogyasztó
A hőtároló beépítésének hatása - a hőtermelés és hőkiadás időben elkülönül; - a villamos energia termelés független a pillanatnyi hőigénytől; - a villamos energia termelés igény szerint, optimalizáltan végezhető; - a hőszolgáltatás szabályozhatósága, a szolgáltatás folyamatosságának biztonsága nő; - víztárolás, nyomástartás biztosítása; - a kazánok üzemvitele kedvezőbb: - nincs szükség állandó terhelésváltoztatásra, - szilárd tüzelésű kazán optimális üzeme biztosítható (apríték tüzelésű kazánok )
Gazdasági előnyök KÁT alatt: - a csúcsidei (magasabb értékű) villamosenergia termelés magasabb árbevételt eredményez; - a névleges teljesítményen üzemelő berendezés hatásfoka, üzemeltetési és karbantartási költség fajlagosai kedvezőbbek.
KÁT után: - egy piaci alapon működő mérlegkör tagjaként lehet érvényesíteni a rugalmasság többletértékét; - lehetővé teszi egy ”virtuális erőmű” termelés szervezési egységhez történő csatlakozást (menetrendtartás, kiegyenlítő energia termelése).
A KÁT-os értékesítés zónaidők szerinti megoszlása 2009-ben: Időzóna Időarányos megoszlás
csúcs %
völgy %
mélyvölgy %
Átlagár Ft/kWh
46,20
37,90
15,80
25,90
Kapcsolt
55,20
39,28
5,49
29,20
Kapcsolt hőtárolós kialakításnál:
71,99
26,88
1,13
32,20
Megújuló - ezen belül a szélenergia
48,55 46,15
40,54 35,82
10,91 18,02
Értékesítés megoszlása:
Kapcsolt energiatermelés napi teljesítmény-görbéje 1.
Kapcsolt energiatermelés napi teljesítmény-görbéje 2.
Hőtároló beruházás Megtérülést befolyásoló tényezők: - a beruházás költsége; - a villamos energia árbevétel ”többlet” értéke; - üzemeltetési többletköltségek: - szivattyúzási energiaszükséglet a beépítéstől függően, - felületi hőveszteség. Kialakítás, rendszerbeillesztés: - beruházási költség csökkenthető ha van átalakítható tartály; - a hőtermelő/távhőszolgáltató rendszer helyi adottságaiból származó beépítési lehetőségek jelentős beruházási költség eltéréseket okozhatnak.
A hőtárolás korlátai
- A hőtároló kapacitását korlátozza:
Q = m * c * dt
- a tartály mérete - a maximális vízhőmérséklet: az atmoszférikus tartály miatt 100 oC alatt - a hidegági vízhőmérséklet: minimális értékét a hőfogyasztótól visszatérő vízhőmérséklet behatárolja
Hőtároló mérete
m3
Hőtároló kapacitása
Kapcsolt fűtőmű kapacitása Forrás: Streckeine, 2009
MWe
Hőtároló beruházásokat befolyásoló tényezők - a KÁT rendszer ”megszűnt”, a vill.energia értékesítése piaci áron történik; - a kapcsolt energiatermelő berendezésben termelt hő értékesítési ára korlátozott: - hatósági áras egyedi termelői hőár, - hatósági áras lakossági egyedi távhő ár; (a hatósági hőárak számítási modellje nem ismert) - a 2011. október 1-től érvényben lévő hő-ártámogatás (”HÁT”) mértéke változik, várhatóan idővel kivezetésre kerül a rendszerből; - földgáz ár, földgáz/villamosenergia ár arány várható alakulása; - jogszabályban korlátozott haszon (2 - 4,5%).
A jelenlegi gyakori, kiszámíthatatlan szabályozás változások miatt a fejlesztések, beruházások visszafogásra kerültek.
Köszönöm megtisztelő figyelmüket !
