MEELS – IEA projekt
2003
Frankfurt am Main (DE)
Kogenerációs erõmûvek elterjedése
ÁLTALÁNOS Frankfurt Németország kereskedelmi és pénzügyi központja. Korábbiakban, a Main folyó partján fekvõ szabad városok egyikeként, az európai kereskedelem fontos csomópontja, valamint birodalmi koronázási város volt.
HÁTTÉR Az “Energiereferat” 1989-ben jött létre, mint Frankfurt helyi energiaügynöksége, a CO2–kibocsátás csökkentése és a város energia stratégiájának kidolgozása céljából. Tevékenységük az energiahatékonyság javí tására és az energiafogyasztás minden területen történõ csökkentésére koncentrál. 1990-tõl az “Energiereferat” rendszeres tanulmányokat készít a potenciális kogenerációs energiaelosztási lehetõségek feltárása érdekében. Ennek céljából egy következetes módszert fejlesztettek ki a mûszaki és gazdasági megvalósítás felmérésére. A tanulmányok kiterjednek a kogeneráció környezetvédelmi kihatásaira, és esetenként, a trigenerációra is. A távfûtés területén Frankfurtnak hosszú hagyománya van. Az elsõ kogenerációs (CHP) erõmû 1926-ban kezdte meg mûködését, és gõzt szolgáltatott az Egyetemi Kórház számára, a közeli kikötõ irodaépületeinek, valamint a város lakóházainak. A kogeneráció alapú távfûtés nagymértékû bõvítése 1963-1964 között történt, amikor a város észak-nyugati részén lévõ új fejlesztési területet rácsatolták egy szemétégetõbõl táplált gõzvezetékre. A kogeneráción alapuló távfûtés kapacitását 1994-ig folyamatosan bõvítették, így a mosatni összteljesítmény eléri a 1004MW-ot.
VÉGREHAJTOTT INTÉZKEDÉSEK
1990-ben az önkormányzat úgy döntött, hogy az elosztott kogeneráció a város klímavédelmi programjának egyik fontos elemévé kell válnia. A döntést követõen az Energiereferat még 1990-ben elkezdte az elosztott kogenerációra potenciálisan alkalmas létesítmények rendszeres tanulmányozását. A projekt keretében kifejlesztettek egy következetés módszert a mûszaki és gazdasági megvalósítás alkalmasságának felmérésére. A tanulmányok kiterjedtek a kogeneráció környezetvédelmi kihatásaira, és esetenként, a trigenerációra is. A megvalósíthatósági tanulmányokat 13 létesítményre készítették el, ahol nagyméretû igény jelentkezett, mind hõ- mind villamos energiára (korházak, uszodák, irodaházak). Kezdetben csak a meglévõ távfûtési hálózaton kívül esõ létesítményeket vizsgálták, hogy elejét vegyék a távfûtés és a kogeneráció közötti versenynek. A tanulmányok elsõsorban a mûszaki megvalósíthatóságra koncentráltak, és nem vették figyelembe a meglévõ fûtõrendszer állapotát, illetve az üzemeltetõ érdeklõdését egy új technológia iránt. Ennek eredményeként az elvégzett tanulmányokból csupán egy korházi projekt valósult meg 1994-ben. Évi 8200 üzemeltetési óra mellett ez a trigenerációs korházi projekt rendkívül sikeresnek bizonyult. Tanulva az említett tanulmányok tapasztalatából, további létesítmények lettek kiválasztva és újabb megvalósíthatósági tanulmányok készültek, melyek a mûszaki szempontok mellett a gazdaságossági és a beruházási készség szempontjait is figyelembe vették. További tanulmányok készültek speciális létesítményekre is, mint például idõsotthonok, kollégiumok és fogyatékosokat foglalkoztató üzemek részére. 1
MEELS – IEA projekt
2003
Eddig több mint 140 megvalósíthatósági tanulmány készült el korházakra, irodaházakra, idõsotthonokra és más olyan létesítményekre, melyekre magas hõ- és/ vagy villamos energiafogyasztás jellemzõ. Az új vagy meglévõ épültekre készített megvalósíthatósági tanulmányok mellett, az Energiereferat esettanulmányokat készít az új városfejlesztési koncepciók energiaellátási alternatíváira is. Ennek a folyamatnak a neve innovatív rendszertervezés. E folyamat eredményeként a városban a kis- és közepes méretû elosztott kogenerációs egységek villamos összteljesítménye 0,1 MW-ról 24,0 MW-ra (irodaházak, uszodák, korházak, stb.) nõtt 1990 és 2002 között. Összességében 70 kogenerációs egységet helyeztek üzembe, melyek teljesítménye az 5 kWel (óvoda) és 4000 kWel (Német Szövetségi Bank) tartományba esik. A Frankfurtban végzett felmérések azt mutatják, hogy további 20-30MW közötti kis- és közepes méretû kogenerációs egység telepítésére van lehetõség. 1. ábra: Az elosztott kogeneráció fejlõdése Frankfurt am Main-ban 27
number of units
16
24
installed electrical power 14
21
cumulatet electrical power
12
18
10
15
8
12
6
9
4
6
2
3
0
cumulated electrical power output (MW)
yearly installation (MW, number of units)
18
0 1991 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003
A kogenerációs egységek finanszírozását és üzemeltetését az épület tulajdonosa vagy kivitelezõ cégek végzik (például helyi szolgáltatók, magánkivitelezõk, épületfenntartók). A legtöbb egység földgázzal üzemel, ami lehetõvé teszi a CO és NOx kibocsátások csökkentését 50%-al a megengedett értékek alá. Egyes egységek gázolajjal üzemelnek. Az elsõ, komposztgyártó cégtõl vásárolt, biogáz alapú kogenerációs egységet (440 kWel) 1999-ben helyezték üzembe. Az új német törvény (EEG) értelmében, a megújulókból termelt villamos energia egységára megfelelõ szintre került, ezért a jövõben a megújuló energiaforrásokra alapuló kogenerációs egységek (biogáz, biodízel) elterjedése várható. Az széleskörû alkalmazhatóság, mint például korházak, iskolák, irodák, lakóparki kisméretû fûtõmûvek, magánházak, uszodák, botanikus kertek és kollégiumok, azt bizonyítják, hogy a kogeneráció nem csak az ipar területén használható.
Capacity in kWel
8000
16
7000
Number of Installations 13
14
6000 5000
10
10
9
4000 3000 2000
3
1000
4
3
4
2
g el
lin
Ba
w
in
D
g
os H
m im Sw
is D
2. ábra: Beépített kapacitás és telepítések száma különbözõ alkalmazásokra.
th
l te
ss ne si
Bu
Sc
ho
st
ol
ry
l du In
pi os
ea
ta
tin H
er th tri
ct
-H
O
O
ff
ic
e
g
0
Number of installtions
Capacity
9000
MEELS – IEA projekt
2003
A mûszaki és gazdasági összehasonlítás eszközei Az elmúlt tíz év alatt az Energiareferat sokféle mûszaki, gazdasági és környezetvédelmi felmérést készített a kogenerációs projektekre. Ezek magukban foglalják a különbözõ alkalmazások éves hõigény görbéjének felmérésére használható táblázatkezelõ programokat, a kogenerációs egység üzemóra számának becslésére alkalmas programokat és a német mérnöki útmutatás (VDI 2067) alapján történõ gazdasági értékelésre használható táblázatkezelõ programokat. 1994 óta, az európai beszállítóktól bekért, szabványosított árbecslések alapján tartják nyilván a piacon kapható különbözõ típusú kogenerációs egységeket. 1995-tõl, a mérnöki és tervezõ cégek komoly érdeklõdésének köszönhetõen, az Energiereferat elkezdte a felmérés összefoglalójának rendszeres kiadását. A 2001-es kiadásban több mint 250 különbözõ üzemanyagú (földgáz, gázolaj, biogáz, biodízel) kogenerációs egység beruházási és karbantartási, valamint felújítási költségeire vonatkozó adatot gyûjtöttek össze. Ez az információ szerves része egy kogenerációs egységekre vonatkozó mérnöki kézikönyvnek és része a kogenerációs egységek tervezésére és gazdasági értékelésére alkalmas számítógépes programnak (BHKW-PLAN; ZSW Stuttgart) is. Hannoverrel együttmûködésben a frankfurtiak egy speciális eszközt fejlesztettek ki az egyedi gázbojlerek által és a kogeneráció alapú távfûtésben termelt hõenergia költségeinek összehasonlítására. Ezt az eszközt kimondottan a városfejlesztési tervezõk számára tervezték, az új létesítmények energiaellátási alternatívák kidolgozására. A fent említett eszköz lehetõvé teszi a megvalósíthatósági tanulmányok gyors, szabványos és könnyen összehasonlítható módon történõ elkészítését.
Gyakorlati tapasztalatok 1998 óta, a kogenerációs egységek üzemeltetõit és felhasználóit rendszeresen meghívják az üzemeltetési, karbantartási és teljesítményi problémákkal kapcsolatos kerek asztal jellegû megbeszélésekre. A 2002-es megbeszélésen 44 helyrõl származó, összesen 59 motort érintõ és 9700kW-os összteljesítményre vonatkozó adatot elemeztek ki. Office (3)
6.196
Business (1)
4.715
Industry (1)
6.700
Hospital (2)
7.125
District heating (6)
5.970
School (9)
5.372
Swimming bath (2)
6.939
Others (7)
5.135
Hostel (9)
5.825 0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
3. ábra: Különbözõ kogenerációs egységek üzemóra száma (2001)
Az éves üzemóra szám 800 és 8715 között változott, a rendelkezésre állás 95% fölött volt. A tényleges karbantartási költségek 0,35 eurocent/kWh (generátor teljesítmény: 1000 kW) és 3,15 eurocent /kWh (generátor teljesítmény: 30 kW alatt) között mozogtak.
Innovatív technológiák A szabványos motormeghajtású kogenerációs egységek támogatása mellett az “Energiereferat”, a helyi szolgáltatókkal és más partnerekkel együttmûködve, megkísérelte bemutatni és kipróbálni az innovatív és/ vagy továbbfejlesztett kogenerációs megoldásokat is. Az elsõ ilyen jellegû kísérleti projekt a Senertec-Dachs mikro-kogenerációs egysége (5.5 kW), melyet a hesseni kormány finanszírozott együttmûködésben a regionális energia ügynökséggel és helyi szolgáltatókkal. Ez egy nagysikerû kezdeményezés volt, 15 beépített egységgel 1994 elején (ebbõl 5 Frankfurtban). Eddig ezen egységek egy része több mint 50000 órát mûködött, komolyabb meghibásodás nélkül. 3
MEELS – IEA projekt
2003
1998-ban egy üzemanyag-cella alapú kogenerációs egységet ONSI PC25; 200 kWel) helyeztek üzembe egy uszoda hõ- és villamos energia ellátására. A projekt a helyi szolgáltató (MAINOVA AG) kivitelezésében készült, a fõ szolgáltató (E.ON) által biztosított energia-megtakarítási alapból szerzett támogatással. A projekt értékelését a Frankfurti Egyetem mérnökkara végezte. A MAINOVA AG egy 10 kWel Stirling-motoros mintaprojektet is elindított. Egy kollégiumban telepített kogenerációs (50 kW) egységet felszereltek egy kiegészítõ hõcserélõvel a távozó gázok hõenergiájának felhasználására (kondenzációs hõcserélõ), melyet elõmelegítésre használtak az épület használati melegvíz elõállítására. A megoldás nagyon sikeresnek bizonyult, 95% fölé emelve a teljes energiahatékonyság értékét. Egy botanikus kertben felszerelt kogenerációs egységhez hozzáillesztettek egy magas hõmérsékletû abszorpciós hõcserélõ prototípust, melyet a kimenõ gázok leadott hõenergiájával tápláltak, és ezt normál üzemi feltételek között tesztelték. Amíg a kondenzációs hõcserélõvel a hõmérséklet értéke nem haladja meg az 50°C-t, ennél a prototípusnál 90°C kimenõ hõmérséklet is elérhetõ. Ennek az egységnek a többletköltsége négy évnél rövidebb idõ alatt térül meg. A kísérlet pozitív eredményét követõen további két ilyen prototípusok felszerelését tervezik Kölnben és Frankfurtban. 2002 júliusában egy 100 kW-os villamos teljesítményû, hõ- és villamos energiát termelõ, mikro-gázturbinát szereltek fel egy beltéri uszodába.
TANULSÁGOK A frankfurti tapasztalat bizonyítja a kisméretû kogenerációs egységek alkalmazásának fontosságát a CO2 kibocsátás csökkentése és az energiafelhasználás hatékonyságának javítása területén. A Frankfurtban mûködõ 70 egység évente több mint 68000 tonnával csökkenti a CO2-kibocsátást. Az eddig megvalósított nagyszámú projekt és a potenciális kogenerációs alkalmazások további hosszú listája világosan bizonyítja, hogy még mindig komoly lehetõségek vannak a kogenerációs egységek számára és a helyi villamos energia termelésére egy integrált rendszeren belül Frankfurtban és Európában egyaránt. A frankfurti tapasztalatok átvehetõk és felhasználhatók más európai városokban is. A kisméretû kogenerációval járó 30% -os primer energiafelhasználás csökkentés nagyon fontos tényezõ és nagymértékben elõsegítheti a CO2-kibocsátás aránylag gyors csökkentését még egy liberalizált piacon is. Az ilyen kogenerációs egységek sikeres elterjedésének legfontosabb eleme egy helyi tanácsadó bevonása a terjesztésben, továbbá a potenciális létesítmények folyamatos feltérképezése. A frankfurti önkormányzat 7 eurocent/kWh ártámogatásról szóló döntése jó lépésnek bizonyult, és megfelelõ keretet adott a kis- és közepes méretû kogenerációs egységek elterjedéséhez, de ez 2000-ben a liberalizációt követõen megszûnt.
TANULSÁGOK A SZABÁLYOZÓK SZÁMÁRA A liberalizált villamos energiapiac rontott a kogeneráció feltételein, az alacsonyabb villamos energiaárak és helyi tarifák miatt, de a kormány és az európai szintû energiapolitika alkotói készségesnek mutatkoznak arra, hogy támogassák a kogeneráció terjesztését az üvegházhatású gázkibocsátások csökkentése érdekében. Ezért célszerû olyan nemzeti- vagy európai-szintû mechanizmusok kidolgozása, melyek révén támogatni lehet az egyik leghatékonyabb CO2-kibocsátást csökkentõ energiatermelõ eljárás gazdasági feltételeit. Az új, 2002-ben jóváhagyott, német CHP –törvény csak kismértékben támogatja ezt, egy ún. “bonusz” modell bevezetésével. Ez a modell csak közvetlenül a villamoshálózatra táplált kogenerációt támogatja. Jelenleg is sok akadálya van a kogenerációval termelt villamos energia felhasználásának, mivel az áramszolgáltatók nem engedélyezik az ily módon termelt villamos energia közvetlen értékesítését a lakosság számára. Az Európai Bizottság elkészítette ugyan a kogenerációs villamos energia támogatásáról szóló tervezetét, de ez nem tartalmaz semmilyen konkrét célokat és ajánlásokat az európai vagy a nemzeti keretekre vonatkozóan, amin keresztül elérhetõvé válna a kogeneráció kínálta elõnyök elérése. Két lehetõség nyílik a kogenerációt támogató keret felállítására: Tanúsítási rendszer felállítása kiegészítve egy növekedõ, kogenerációval elõállított, villamos energia kvótával (országonként meghatározandó), mely kötelezõ lenne minden áramszolgáltatóra (és természetesen megfelelõ bírságolási rendszerrel nem-teljesítés esetén), Fix átvételi ár meghatározása, mely függ az energiatermelõ egység nagyságától, hasonlóan a német és az osztrák megújuló energiákra vonatkozó szabályozáshoz. Nemrég egy hasonló javaslatot terjesztett elõ a német CHP egyesület (BKWK).
4
MEELS – IEA projekt
2003
TOVÁBBI INFORMÁCIÓ Frankfurt am Main Energiereferat – Városi Energiaügynökség Dr. Werner NEUMANN Galvanistraße 28 DE-60486 Frankfurt am Main Email:
[email protected]
Az Energie-Cités által készített esettanulmány a Nemzetközi Energia Ügynökség „DSM Implementing Agreement”, Önkormányzatok és Energiahatékonyság egy liberalizált rendszerben, 9. feladat részeként. A Frankfurt am Main-i Energiereferat közremûködését ezúton is köszönjük.
5
