Jak docílit vyšší energetické efektivity u bioplynových stanic

Jak docílit vyšší energetické efektivity u bioplynových stanic Bohuslav Málek, Tomáš Voříšek SEVEn, Středisko pro efektivní využívání energie o.p.s. Konference „Výstavba a provoz bioplynových stanic“, Třeboň 11.10.2012 Úvod k sekci připravené v rámci projektu CHP Goes Green

OBSAH PREZENTACE

1

Teoretické základy KVET

2

Možnosti snížení ztrát na BPS

3

Dodatečná výroba elektřiny

4

Využití disponibilního tepla

5

Příklady Jak docílit vyšší energetické efektivity u bioplynových stanic

Konference „Výstavba a provoz bioplynových stanic“, Třeboň 11.10.2012

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.

Jak docílit vyšší energetické efektivity u bioplynových stanic


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 Jak docílit vyšší energetické efektivity u bioplynových stanic


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 Jak docílit vyšší energetické efektivity u bioplynových stanic


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 Jak docílit vyšší energetické efektivity u bioplynových stanic


12

Zvýšení výroby elektřiny



13




14


zdroj: J. Géba, B:POWER INVESTMENT, a.s. Jak docílit vyšší energetické efektivity u bioplynových stanic


15


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 Jak docílit vyšší energetické efektivity u bioplynových stanic


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 Jak docílit vyšší energetické efektivity u bioplynových stanic


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

Jak docílit vyšší energetické efektivity u bioplynových stanic

Recommend Documents