Ortep s.r.o., Praha Mgr. Pavel Kaufmann, Ing

Obsah Ortep s.r.o., Praha Mgr. Pavel Kaufmann, Ing. Michal Říha

2

Přístup SRN k podpoře kombinované výroby elektřiny a tepla Ing. Miroslav Kubín, DrSc. 5

Technicko−ekonomická analýza kombinované výroby elektřiny a tepla v teplárenských mikrocentrálách Prof. Ing. Jaroslav Kadrnožka, CSc. Ing. Aleš Kornas

10

Měřit nebo neměřit? Ing. Petr Linhart

16

Kalkulace energetické účinnosti vnějších teplovodních rozvodů RNDr. Tomáš Chudoba, CSc. 19

Bezdrátové technologie v teplárenství Petr Lichtenberg

25

Aktuality

27

CONTENS − INHALT

28

Informační servis VYHLÁŠKA č. 152 MPO, kterou se stanoví podrobnosti pro přípravu a uskutečňování kombinované výroby elektřiny a tepla CENOVÉ ROZHODNUTÍ ERÚ č. 1/2002 kterým se stanovují ceny elektřiny a souvisejících služeb

časopis podnikatelů v teplárenství

Vydavatel: Teplárenské sdružení České republiky Ředitel výkonného pracoviště: Ing. Miroslav Krejčů, MBA Bělehradská 458, 530 09 Pardubice 9 tel.: 040/ 641 4440 fax: 040/ 641 2737 e−mail: [email protected] URL: http://www.tscr.cz IČ: 42940974, neplátci DPH bankovní spojení: KB Pardubice č.ú.: 35932−561/0100 Registrace: OŽU Pardubice č. j. 00/08001/S−133 Redakce a inzerce: Teplárenské sdružení České republiky Kontaktní osoba: Olga Stará Bělehradská 458, 530 09 Pardubice 9 tel.: 040/ 641 4440 fax: 040/ 641 2737 e−mail: [email protected] Redakční rada: Ing. Michal Říha − předseda, Mgr. Pavel Kaufmann − místopředseda, Prof. Ing. Miroslav Kadrnožka, CSc. − čestný člen, Ing. Jiří Bartoň, CSc., Ing. Josef Bubeník, Doc. Ing. Karel Brož, CSc., Ing. Jiří Cikhart, DrSc., Prof. Ing. Bedřich Duchoň, CSc., Ing. Vladimír Kohout, Ing. Vojtěch Kvasnička, Olga Stará, Ing. Miroslav Vincent, Ing. Václav Wagner, Ing. Vilibald Zunt Výroba a distribuce: Grafická úprava, sazba: Anna Benešová Tisk: Garamon, s.r.o. Hradec Králové Distribuce: Ferda Česká reklamní počta Hradec Králové Zaregistrováno: Ministerstvo kultury ČR, ev. číslo MK ČR − E − 6736 ze dne 10. 1. 1994 Časopis vychází s podporou České energetické agentury. Vychází jako dvou− měsíčník v nákladu 1500 ks a toto číslo vyšlo 28. 2. 2002. Cena předplatného je 480 Kč a 780 Kč pro zahraničí.

1/ 2002 ročník 12 Na obálce: Výřez obrazovky se systémem DYMOS

Veškerá autorská práva k časopisu 3T −Teplo, technika, teplárenství vykoná− vá vydavatel. Jakékoli užití časopisu nebo jeho části, zejména šíření jeho rozmnoženin, přepracování, přetisk, překlad, zařazení do jiného díla, ať již v tištěné nebo elektronické podobě, je bez souhlasu vydavatele zakázáno. Za obsah inzerce ručí zadavatel. Za původnost a obsahovou správnost jednot− livých příspěvků ručí autor. Rukopisy redakce nevrací. V případě přijetí díla k uveřejnění, redakce autora o této skutečnosti uvědomí. Právní režim vydání nabídnutých autorských děl se řídí autorským zákonem v platném znění a dal− šími navazujícími právními předpisy. Zasláním příspěvku autor uděluje pro případ jeho vydání vydavateli svolení vydat jej v tištěné podobě v časopise 3T, jakož i v jeho elektronické podobě na internetových stránkách TS ČR, popř. CD − ROM nebo v jiné formě, jiným způsobem v elektronické podobě. Autor− ská odměna je poskytnuta jednorázově do 1 měsíce po uveřejnění příspěvku ve výši dle ceníku vydavatele.

3T 1/2002

1

Ortep s.r.o., Praha

PŘEDSTAVUJEME . . .

Firma Ortep s.r.o. byla založena za významné podpory Teplárenského sdružení České republiky pracovní− ky teplárenského odboru výzkumného ústavu EGÚ, a.s., v roce 1994. Impulsem k jejímu vytvoření byla ze strany teplárenských podniků potřeba takové společnosti, pro kterou by byla specializace na teplárenství hlavní činností. S tím Ortep, s.r.o. začínal a toho se chce držet i v budoucnosti. Činnost společnosti byla hned od začátku rozvinuta na základě bohatých zkušeností odborníků s praxí ve vývojové a výzkumné základně. Po vzniku firmy byly do Ortepu přeneseny tradiční činnosti z EGÚ, jako zpracování studií proveditelnosti, řešení problematiky tepelných sítí, rozvojových teplofikačních studií a další. Postupem času s vývojem v naší energetice přibývaly a přibývají další činnosti a specializace. Ortep, s.r.o., je dnes zavedená a uznávaná konzultační, inženýrská a dodavatelská firma zaměřená na systémy zásobování teplem, zejména centrali− zované, s kombinovanou výrobou elektřiny a tepla. Poskytuje své služby a produkty především výrobcům, distributorům a odběratelům tepla, průmyslo− vým podnikům i municipalitám. Členům Sdružení by měla být důvěrně známá, jelikož se pravidelně na každé valné hromadě seznamují s výroční zprávou o její činnosti a výsledcích. Sdružení je totiž jejím spoluvlastníkem. Ředitele společ− nosti Ortep s.r.o. Ing. Josefa Karafiáta, CSc., jsme se zeptali, co dalšího dnes, po osmi letech, firma nabízí? „Ve službách je to tradičně zpracování studií proveditel− nosti a přípravy podnikatel− ských plánů. Dále provozní analýzy energetických zdro− jů a jevů v tepelných sítích. Návrhy koncepcí a způsobů řízení provozu teplárenských soustav. Podpora při tvorbě řídicích a informačních systé− mů výtopen metodou ASIST. Bilanční výpočty současných Ing. Josef Karafiát, CSc. a budoucích potřeb tepla, ředitel společnosti Ortep s.r.o. prognózy vývoje. Podpůrné a poradenské práce v marketingu, ekonomice a legislativě. Vedle služeb nabízíme i konkrétní produkty. Územní ener− getická koncepce − krajů, měst a obcí a energetický audit − zdrojů, distribučních soustav, spotřebičů a vytápěných bu− dov v souladu s podmínkami zákona č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií. Ze softwarových produktů pak nabízíme modulární dis− pečerský systém DYMOS určený pro dispečerské řízení a optimalizaci teplárenských soustav. Jeho základem je kompletní simulační model systému výroby, distribuce a spotřeby tepla. Celý systém umožňuje práci v predikč− ním, simulačním a analytickém režimu a práci v reálném čase. Dále generátor výstupní teploty s adaptací GVT kompakt určený pro optimalizaci a řízení teplotních pa− rametrů horkovodních soustav. K jeho základním funk− cím patří kultivace teplotního režimu horkovodů nebo optimalizace řízení výstupní teploty. GVT kompakt je jednoúčelový soubor programů určený pro teplárenské soustavy s maximálně dvěmi samostatně teplotně říze− nými lokalitami. Prediktor spotřeby a dodávky tepla s adaptací PREDIK− TOR kompakt je určený pro jedno a vícedenní předpo− věď spotřeby a dodávky tepla do parních a horkovodních soustav. Základní využití Prediktoru je v optimalizaci ří− zení provozu zdroje, které přináší koordinaci požadavků

2

3T 1/2002

na dodávku tepla a výrobu elektrické energie, přípravu řazení, najíždění a odstavování zdrojů. Prediktor kompakt je určen pro teplárenské soustavy s maximálně dvěma hor− kovodními a dvěma parními samostatnými oblastmi zá− sobovanými z jednoho zdroje. Stejně jako u GVT i u něho lze největších ekonomických přínosů dosáhnout v sou− stavách s kombinovanou výrobou elektřiny a tepla. Po− sledním v naší nabídce je Program pro statický výpočet teplotních a hydraulických poměrů v parních a vodních tepelných sítích a otopných soustavách MOP. Jeho základ− ní funkce nabízejí výpočet tlakových a tepelných ztrát, přerozdělení průtoků v sítích s více okruhy a více zdroji a se ztrátou oběhového množství, výpočet čerpacích a redukčních stanic, výpočet tlakových a teplotních po− měrů v otopných soustavách, výpočet složitých topologic− kých struktur včetně dvoutrubkové souproudé otopné soustavy a výpočet proudění přehřáté i mokré páry včet− ně výpočtu odvodu kondenzátu.“

Vraťme se k začátkům společnosti, jak probíhal její vývoj? „Postupem doby samozřejmě přicházely nové řešitel− ské okruhy. Na konci minulého desetiletí to byla přede− vším ekologizace tepláren nebo rozvoj dispečerského řízení velkých teplárenských soustav, modelování a simu− lace provozu energetických zdrojů, sítí i spotřebitelských částí. Další novinkou je energetické auditorství. To pova− žujeme za jednu z perspektivních oblastí, kde opět mů− žeme využít svých znalostí a zkušeností z problematiky teplárenských zdrojů. V současnosti zajišťujeme veškeré administrativní náležitosti i příslušné odborné zkoušky, abychom mohli co nejdříve nabídnout teplárenským spo− lečnostem kvalitní zpracování energetického auditu pod− le předepsaných pravidel. Druhým významným směrem je otázka řízení tepláren− ských zdrojů s ohledem na liberalizaci trhu s elektřinou. Tedy činnost, která by měla přispět k tomu, aby teplárny byly schopny obstát v soutěži na trhu s elektřinou

s ostatními výrobci. Nabízíme dokonce dvě aplikace. Jed− nu pro dominantního výrobce na trhu, kterým je u nás ČEZ, a druhou pro nezávislého výrobce, kam lze zařadit ostatní elektrárny s dodávkou tepla a teplárny. Využití našich produktů je podmíněno tím, že výroba tepla musí ovlivňovat provoz příslušného zdroje. Třetím směrem naší činnosti je využití zkušeností zís− kaných při realizaci praktických zakázek a při kontaktech s teplárnami. To vede k vytváření materiálů, sloužící k podpoře dalšího rozvoje dálkového vytápění a KVET. V nedávné minulosti to byla studie Tucet otázek KVET, nyní studie Konkurenční ceny pro CZT a chystá se pro− jekt Program podpory KVET.“ Pokud se nemýlíme, získal Ortep už i mezinárodní zkušenosti ?

Pracovní tým společnosti Ortep, s.r.o.

„Hlavními zákazníky jsou pro nás teplárenské společ− nosti, nabízíme svoje služby i státním organizacím, účast− níme se ve státních programech podpory středního pod− nikání nebo v programu Technos. Samozřejmě, že se však snažíme pronikat i do zahraničí. Dělali jsme již pro Evropskou banku pro rekonstrukci a rozvoj (EBRD). S americkou energetickou agenturou USAD spolupracu− jeme na dvou projektech v Rumunsku. První se věnuje dosažení energetických úspor v přístavním městě Con− stanta a zpracovali jsme rovněž studii obnovy a budoucího rozvoje soustavy CZT ve městě Orarea. Pro zahraniční zájemce jsme dokonce v minulosti dělali například testy spalování biomasy. S partnery zejména z USA udržujeme stálé kontakty a připravujeme další aktivity v programu obnovy zemí bývalé střední a východní Evropy. Ty jsou směřovány zejména na regiony Ukrajiny a zemí bývalé Jugoslávie.“

Už poněkolikáté tu zazněl pojem DYMOS. Při− bližte nám jeho historii a vývoj . . .

„Naším tradičním partne− rem je také Slovensko. Komerčně se uplatňujeme zejména v Košicích, jak v oblasti studií, tak při mo− delování jevů v tepelných sítích a dispečerském systé− mu řízení. Je to proto, že Košice jsou vlastně opa− kovaným projektem praž− ských Malešic. Zdroj je stej− ný a pražská soustava slouží Ing. Jan Havelka Košicím za vzor. Jelikož jsme technický ředitel pro pražskou soustavu udě− lali hodně práce, s důvěrou se Košičtí obrátili na Ortep. Zatím jsme jim dodali hydraulický model tepelné sítě. V Košicích mají tzv. „mřížovou síť“ se spoustou okruhů, což je specifická věc a pro nás i malá výzva se s tímto ře− šením poprat. Přímo ve velíně používají naši nadstavbo− vou soustavu pro operativní řízení propojených sítí a připravujeme záměr studie na velký dispečerský řídící systém DYMOS.“

Díky této spolupráci po třech letech vznikl dispečer− ský systém DYMOS, který už má veškeré atributy pro− fesionálního softwarového produktu. Vyznačuje se prací nad reálnými daty i reálným časem, fyzikálním mode− lem soustavy, který umožňuje provádět predikci a předpovídání chování soustavy v nejbližších 24 hodi− nách. Postupně byl tento model doplněn o chování tepel− ných sítí, a nakonec přešel do modelování zdrojů a výroby elektřiny. Navazuje na něj ekonomický model, který je schopen řešit ekonomické ukazatele soustavy jako cel− ku a právě v současné době jsme se dopracovali k tomu, že na začátku letošního roku bychom měli dokončit nad− stavbu, která provádí první úroveň optimalizace nasazo− vání zdrojů v soustavě. DYMOS by tak měl umět na základě zadaného postu− pu řazení zdrojů v soustavě, parametrů spalovaného paliva

3T 1/2002

PŘEDSTAVUJEME . . .

Do našeho rozhovoru se zapojuje i technický ředi− tel společnosti Ortep Ing. Jan Havelka . . .

„Na začátku Ortep řešil otázky řízení výstupní tep− loty ze zdrojů do horkovodních tepelných sítí. Tak vznikl náš základní modul − generátor výstupní teplo− ty GVT. To je modul, který optimalizuje výstupní tep− lotu do horkovodu a tím přináší zdroji s KVET lepší měrné spotřeby na výrobu elektřiny i tepla. To má vliv na snížení spotřeby paliva a s tím související snížení ekologické zátěže, což se projevuje i nezanedbatelným finančním efektem. Začínali jsme s první aplikací pro Elektrárny Opato− vice. Zlom nastal v roce 1996, kdy jsme vyhráli výbě− rové řízení na vybudování dispečerského systému pro soustavu Mělník − Praha. Hlavním důvodem úspěchu ve výběrovém řízení byly naše zkušenosti s modelo− váním horkovodních soustav s dopravním zpožděním. Umíme jako jedni z mála simulovat technické procesy s proměnným dopravním zpožděním, což je jev, který je v soustavě Mělník − Praha naprosto neopominutel− ný. Se ziskem tohoto kontraktu jsme začali budovat tým, který se začal problematikou simulace a modelo− vání v reálném čase profesionálně zabývat. Tým tvoří dvě profese. Jednak odborníci znalí technologie, kteří vědí jak fungují zdroje a specialisté programátoři, kte− ří rozumějí počítačům.

3

a požadavků na výrobu a dodávku elektřiny vytvářet algoritmus schopný v zadaných mantinelech přerozdělit výkon v soustavě tak, aby bylo dosaženo celkového opti− ma. To je výsledek budování dispečerského řízení, k němuž jsme od roku 1996 v soustavě Mělník − Praha dospěli.“ DYMOS ale určitě není jenom pro pražskou sou− stavu? „Od roku 1999 připravujeme obdobné dispečerské ří− zení i pro Elektrárnu Poříčí (ČEZ, a.s.). Už dnes je vidět, že tento model je schopný vyhodnotit rezervy ve zdroji. Věříme, že už v této fázi nasazení našich produktů přinese elektrárně úspory. Na zavedený systém v Elek− trárně Poříčí by měl navázat ekonomický model. Cílové řešení by mělo plnit dvě základní funkce. Optimalizaci na− sazování zdrojů s požadavkem na výrobu elektřiny s prová− záním na dodávku tepla. Druhou funkcí je poskytovat pod− poru elektrárně při lepším uplatnění na trhu s elektřinou. Tedy denní obchodování, kdy by měl náš produkt být scho− pen na 24 hodin ukázat mantinely odkud a kam je zdroj schopný vyrábět elektřinu a za kolik. Vrcholem bude pod− pora komunikace s operátorem trhu s elektřinou.“ Existuje porovnání stavu před a po nasazení vaše− ho dispečerského systému řízení, tedy porovnání efektu modelu ve skutečnosti? Obracíme se opět na Ing. Karafiáta.

PŘEDSTAVUJEME . . .

„U pražské soustavy porovnání není možné, jelikož bez tohoto řízení nikdy nebyla provozována. Efekty je však mož− né vyhodnotit v Elektrárně Poříčí, kde byl model dodán na již provozovanou soustavu. Při nasazení GVT se daří snížit průměrnou výstupní teplotu vody do horkovodů o 2 až 4 °C a samozřejmě podle velikosti zdroje a osazení turbín se již dá snadno dopočíst, co to přinese na zlepšení měrné spotřeby, protože se více využívá nižších odběrových stupňů turbín. Spočítat se dá i to, jaký vliv to má na zvýšení výroby elektrické energie ve vztahu k dodanému teplu. Pod− le propočtů, které jsme prováděli i pro jiné teplárenské vel− ké soustavy, návratnost nasazení GVT se pohybují řádově v měsících a efekty jsou okamžité. U modelování, simulace a řazení zdrojů odhadujeme návratnost na jeden až dva roky. Celou řadu dalších efektů však zatím nelze vyčíslit. Přede− vším pak lepší připravenost na trh s energií, on−line obcho− dování, získávání přímých zákazníků a zkvalitnění nabídky odběrových a dodávkových diagramů, které bude schopna teplárna s naším programem nabídnout.“ To, o čem jsme se bavili, je systém DYMOS pro velké soustavy jako jsou Praha, Brno, Ostrava, Opatovice, co nabídnete ostatním? „Samozřejmě víme, že je u nás i hodně středních zdro− jů a soustav a pro ně jsme vloni uvedli na trh nové pro− dukty GVT kompakt a prediktor kompakt. To jsou vlast− ně z velkého DYMOSu vytažené moduly použitelné i na malých soustavách. Díky tomu, že již nejde o indivi− duálně programovaný software, ale spíše o univerzální, lze ho nabízet v relacích, které umožňují nasazení i na středních teplárenských soustavách. K nim v tomto

4

3T 1/2002

případě řadíme typické soustavy v okresních městech jako jsou Strakonice, Tábor, Liberec, Zlín, Olomouc či Otroko− vice. Záleží na vybavení zdroje, aby bylo co optimalizovat. Musí to být tedy soustavy s KVET o takové délce sítí, aby se projevilo už výše uvedené dopravní zpoždění či akumu− lace nebo u parních soustav soudobosti a zákonitosti průbě− hu spotřeby v závislosti na pracovních dnech nebo denní době či venkovních teplotách.“ Je asi zbytečné se ptát, kterým projektem se mů− žete nejvíce pochlubit . . . „To je jasné. Byli jsme u realizace největší teplárenské investice posledních let v Jižním městě. Podíleli jsme se na přípravě tohoto projektu v rámci řešení územní ener− getické koncepce, dimenzovali jsme tepelné sítě od hlav− ního napáječe až po poslední odbočky. Projekt podpory a rozvoje CZT v Praze je naším největším projektem. Podařilo se nám namodelovat celou pražskou soustavu, takže pro další úvahy o optimalizaci jejího provozu, roz− voj soustavy nebo změny uvnitř soustavy již nebude po− třeba zpracovávat samostatné studie nebo řešit odděleně problematiku hydrauliky či instalovaných výkonů. Vše včetně ekonomie lze simulovat na našem modelu. Co do výkonu se najdou i větší soustavy než je pražská, ale je− jím specifikem je řazení zdrojů do jedné linie. Jsme potě− šeni a hrdí na to, že jsme zadaný úkol dokázali vyřešit.“

Výřez obrazovky se systémem DYMOS

Jak si Ing. Karafiát posteskl závěrem, další nasa− zení nadřazených systémů dispečerského řízení v ostatních soustavách je i záležitost místních obchodních vztahů. Tam kde je jeden vlastník od zdroje přes distribuční soustavu až po výměníkové stanice je to poměrně jednoduché a optimalizace se provádí snadno. Tam, kde jsou v řadě tři různí maji− telé na trase nejsou z fyzikálního hlediska pro opti− malizaci žádné problémy, ale obchodní překážky jsou velké. Roztříštěnost vlastnických vztahů zpravidla brání optimalizaci řízení celé soustavy CZT. Před− nost je dávána spíše dohodám o objemech dodávek a cenovým ujednáním. Celková optimalizace vyža− duje dohodu všech partnerů, která však ve většině případů nenastane. Za rozhovor poděkovali Mgr. Pavel Kaufmann a Ing. Michal Říha

Přístup SRN k podpoře kombinované výroby elektřiny a tepla Ing. Miroslav Kubín, DrSc.

•

• Zákon k ochraně výroby elektřiny z kombinované výroby elektřiny a tepla (KVET) Dne 18. 5. 2000 vstoupil v platnost „zákon k ochraně výroby elektřiny z kombinované výroby elektřiny a tepla“. Účelem toho zákona je časově omezená ochrana kombi− nované výroby elektřiny a tepla při všeobecném zásobo− vání v zájmu úspory energie a ochrany klimatu. Podstatným obsahem jsou pravidla odběru a úhrady (dobropisů) elektřiny ze zařízení KVET. Pravidla zajišťo− vala zpočátku KVET provozovatelům minimální úhradu elektřiny vyráběné v těchto zařízeních 9 Pf/kWh, jestliže instalovaný výkon všech KVET zařízení tohoto provozo− vatele činí minimálně 25 % celkového instalovaného vý− konu a vyrobené množství elektřiny z KVET zařízení či− nilo nejméně 10 %. Minimální úhrada se vždy k 1. lednu nového roku snižuje o 0,5 Pf/kWh. Jestliže provozovatel sítě má v kalendářním roce realizovat platbu, může od předřazeného provozovatele sítě požadovat vyrovná− ní za tuto platbu (pozn. tj provozovatel distribuční sítě od provozovatele přenosové sítě). Vyrovnávací částka činí 3 Pf/kWh (za elektřinu, která se má uhradit). Tato vyrov− návací částka se rovněž k 1. lednu nového roku snižuje o 0,5 Pf/kWh. Tento zákon pozbude platnosti v okamžiku, kdy vstoupí v platnost zákon k dlouhodobému zajištění provozu a výstavby KVET, nejpozději však k 31. 12. 2004.

•

• •

třina). Objem podpory, která je pro tento účel k dispozici se zúčtuje podle prokázaného podílu elektřiny z KVET. Provozovatelé KVET zařízení obdrží přirážku za elektřinu dodanou do veřejné sítě (podílu elektřiny z KVET). Tento systém je podložen závazkem provozovatele K V E T sítě vykoupit dodanou elektřinu do sítě za „obvyklou cenu“. Jestliže provozovatel KVET zaří− zení docílí přes třetí osobu lepší cenu, může požadovat, aby provozovatel sítě prodal elektřinu třetí osobě ve prospěch provozovatele KVET. Podpora stávajícím a modernizovaným zařízením. Rozli− šuje se mezi stávajícím zařízením (uvedení do provozu před r. 1990). Modernizací se rozumí obnovení podstat− ných částí zařízení, také úplná náhrada starého zařízení novým. Do toho spadá i náhrada více starých zařízení jedním novým KVET – zařízením v rámci jedné sítě. Žádná podpora přístaveb (popřípadě po monitorování, pokud cíl CO2 nebyl dosažen) s výjimkou blokových tep− láren (BHKW) do výkonu 2 MW a palivových článků. Podpora je časově omezená, degresivní; přezkoušení v intervalu dvou let, zvláště pokud jde o výši podpory. Zohlednění nákladů podpory KVET při výpočtu poplatku za užívání el. sítě (pozn. odvíjení nákladů na konečného spotřebitele dle dohody VV2*). Podpora KVET Stávající Nové Moderni− Blokové Palivové zařízení zařízení zované teplárny články před od r. 1990 zařízení do 2 MWh (cent/kWh) r. 1990 (cent/kWh) (cent/kWh) (cent/kWh) (cent/kWh)

2002

1,53

1,53

1,53

2,56

5,00

2003

1,53

1,53

1,53

2,56

5,00

2004

1,38

1,38

1,38

2,40

5,00

2005

1,38

1,38

1,38

2,40

5,00

2006

0,97

1,23

1,23

2,25

5,00

2007

1,23

1,23

2,25

5,00

2008

0,82

1,23

2,10

5,00

2009

0,56

1,07

2,10

5,00

0,92

1,94

5,00

2010

Zákon o modernizaci kombinované výroby elektřiny a tepla (KVET – Modernisierungs−Gesetz)

Ekologická reforma daní

Vládní návrh ze 14. srpna 2001 obsahuje následující pravidla: (pozn. po předchozím projednávání všech zainteresovaných partnerů a předložení kompromisního návrhu spolkovému ministru hospodářství W. Müllerovi dne 15. 5. 2001).

S účinností od 1. 4. 1999 a od 1. 1. 2000 nabyly účinnost závažné změny pro zařízení KVET spalující zemní plyn • Daň za zemní plyn se generálně zvýšila o 0,32 Pf/kWh na 0,68 Pf/kWh. • U elektřiny se konečný spotřebitel zatížil poplatkem 2 Pf/kWh, který se od 1. 1. 2000 zvedl na 2,5 Pf/kWh.

• Podporu obdrží elektřina dodaná z KVET zařízení podle směrnic AGFW FW 308 (tj. žádná kondenzační elek−

* (pozn. VV2 − Dohoda provozovatelů přenosových sítí v SRN)

3T 1/2002

TEPLO, TECHNIKA, TEPLÁRENSTVÍ

Při liberalizaci trhu s energiemi se v řadě evrop− ských zemí dostala kombinovaná výroba elek− třiny a tepla na hranici přežití. To si vyžádalo například i v sousedním Německu dokonce „zá− kon k ochraně elektřiny z KVET“. Jeho platnost je sice časově omezená, ale měl by v přechodném období zajistit stabilizaci zdrojů KVET na ener− getickém trhu u našich západních sousedů.

5

• Zařízení KVET s ročním nebo (s možností volby) mě− síčním využitím alespoň 70 % jsou od daní za plyn a ropné produkty osvobozena. • Parní elektrárny obdrží refundaci (vrácení) daně ve výši 0,32 Pf/kWh na zvýšenou daň. • Výroba pro vlastní potřebu s elektrickým výkonem do 2 MW (0,7 MW na prvním stupni) a „Contracting“ se od daně z elektřiny osvobozují. • Výtopny jsou zdaněny sníženou sazbou pro zemní plyn ve výši 0,064 Pf/kWh na 0,424 Pf/kWh (0,36 Pf/kWh + 0,064 = 0,424 Pf/kWh). • Dálkové teplo i nadále nepodléhá dani z energie.

Certifikace elektřiny z kombinované výroby elektřiny a tepla (KVET) • Zákon o ochraně výroby elektřiny z KVET z 12. 5. 2000 je od 1. 1. 2002 nahrazen novým zákonem. Podle pů− vodního zákona nebylo rozhodující, zda elektřina byla vyrobena při současném odběru tepla nebo jen konden− začně. Nová úprava počítá se zvýhodněním elektřiny, která byla vyrobena jen v souvislosti se současnou vý− robou odběrového tepla. To znamená, že bude zvýhod− něno jen malé množství elektřiny. • AGFW příručka FW 308 (Arbeitsblatt FW 308). Tato příručka obsahuje metodiku ohraničení elektřiny z KVET ve smyslu nové zákonné úpravy. Úplné znění FW 308 je možné stáhnout z internetové stránky AGFW (www.agfw.de). Dále je úplné znění obsaženo v úředním listě „Bundesanzeiger, vydání 08. 09. 2001. Jak uvedeno bude mít v budoucnosti podporu jen elektřina z KVET. • Paralelně k vypracování příručky byla z pověření spol− kového ministerstva hospodářství (BMWi) a AGFW zpracována studie „Pluralistické zásobování teplem“ ob− sahující vědecké závěry při posuzování různých postu− pů k definici, ohraničení a certifikace elektřiny z KVET. • FW 308 definuje nejdříve zařízení KVET a komponenty zařízení, posléze In a Output zařízení, jakož i příslušné

6

Primární nosič energie zemní plyn (Input) stará 0,36 Pf/kWh nová 0,36 Pf/kWh Sazby

TEPLO, TECHNIKA, TEPLÁRENSTVÍ

Daňové sazby a přídavná ekologická daň

stará 0,36 Pf/kWh

Konečný zákazník (Output)

Elektrárna (kondenzační)

KVET

nová 0 Pf/kWh

3T 1/2002

Výroba pro vlastní 2,5 Pf/kWh potřebu a contracting Elektřina 0 (≥ 2 MW) 2,5 Pf/kWh

stará 0,36 Pf/kWh nová + 0,064 Pf/kWh ∑ 0,424 Pf/kWh

Elektřina 0

Dálkové teplo 0 Výtopna

Definice stupně využití a teplárenského modulu Stupeň využití = Netto výroba elektřiny + KVET − Netto výroba tepla Spotřeba tepla v palivu A + QBne−KVET ξ = Bne W Teplárenský modul = Netto výroba elektřiny z KVET Netto výroba tepla z KVET A Bne−KVET σ= Q Bne−KVET Netto výroba elektřiny z KVET = Teplárenský modul x Nettovýroba tepla z KVET ABne−KVET = δA x QBne−KVET popisující ukazatele. V druhém kroku se zařízení roz− děluje systematicky podle stupňů volnosti do následu− jících skupin: Ü Zařízení KVET jen s možností kombinované výroby elektřiny a/nebo tepla. Zde se celá výroba elektřiny připisuje KVET (tj. neexistuje kondenzační výroba). Ü Zařízení KVET s možností menší nebo příležitostné výroby kondenzační elektřiny nebo výtopenského tepla tvoří druhou skupinu. Zde se jedná o zařízení s jedním stupněm volnosti, které přes bypass nebo pomocný chladič také vyrobí elektřinu. Ü Třetí skupinu tvoří zařízení KVET s více stupni vol− nosti, které mohou vyrábět elektřinu z KVET a také kondenzačně. V podstatě se jedná o odběrové konden− zační zařízení (pozn. turbíny s regulovaným nebo ne− regulovaným odběrem). Ü Ve čtvrté skupině jsou zařízení, která se skládají z více komponent (GUD−paroplyn). Zásadně platí, že toky energie je možné jednoznačně popsat pomocí: 1) Stupně využití 2) Modulu teplárenské výroby elektřiny σ * Teplárenský modul je u parních turbín pro každý tla− kový stupeň, ze kterého je odebírána pára, tlakově a tep− lotně závislá konstanta (to platí přibližně také pro oblast dílčího zatížení, pokud se odběrový tlak a teplota málo mění). Jestliže se odběr páry tlakového stupně kontinu− álně měří, je dostačující určit teplárenský modul pro ten− to tlakový stupeň jednorázově. • Nettovýroba elektřiny z KVET všech zařízení je dána součinem teplárenského modulu a nettovýroby tepla z KVET. Při více tlakových stupních je třeba vytvořit z odebraného množství tepla a příslušných tepláren− ských modulů součet. Nutnou podmínkou pro všechna zařízení KVET je oddělené zjištění výroby tepla z kotlů (včetně špičkového zařízení) nebo užití ostré páry (s parametry kotlů) a vytvoření bypassu k turbíně.

0

* v české odborné literatuře má modul teplárenské výroby elektři− ny, též měrná výroba elektřiny e = E (německy Stromkennzall) Qd

Skupina 1 Pro zařízení první skupiny může být nettovýroba elek− třiny z KVET, nettovýroba tepla z KVET a spotřeba tep− la pro KVET změřena přímo. To platí zvláště pro protitlakové turbíny, ale také ve stejném smyslu pro plynové turbíny s kotli na odpadní teplo, jakož i pro většinu blokových tepláren. Teplárenské moduly a stupeň využití lze u těchto zařízení vytvořit přímo z měřených hodnot a event. pro kontrolní účely porovnat s daty vyložení (dimenzování). Příklad č. 1. Skupina 2 Ve druhé skupině je zařazeno zařízení, které může vy− rábět elektřinu a teplo samostatně jen v malém rozsahu (v podstatě to jsou protitlakové turbíny a blokové teplár− ny s pomocným chladičem nebo plynové turbíny s by− passem). Pro tato zařízení je dostačující určit teplárenský modul jednorázově a nettovýrobu tepla kontinuálně mě− řit (v prvním přiblížení lze k určení teplárenského modu− lu vztaženého k práci použít data vyložení zařízení). Výpočet podílu elektřiny z KVET lze u těchto zařízení provést na základě energetických bilancí pomocí defini−

0,8 0,85 0,6 0,8 0,8

Výroba nettoelektřiny z KVET je dána porovnáním růz− ných provozních stavů ξ − ξel . ABneKVET = ABne ξKVET − ξel

13 406 MWh 7 652 MWh 3 815 MWh

1 436 MWh 1 293 MWh

Celé zařízení (změřeno) Teplo v palivu Nettoteplo Nettoelektřina

269 381 MWh 124 687 MWh 86 450 MWh

Z toho přídavné vytápění (změřeno) Teplo v palivu přídavného vytápění 19 954 MWh Nettoteplo přídavného vytápění 17 959 MWh

Bloková teplárna (zařízení bez provozu špičko− vého kotle) Teplo v palivu (W) 11 970 MWh Nettovýroba tepla z KVET(QBne−KVET) 6 359 MWh Nettovýroba elektřiny (ABne) 3 815 MWh

Plynová turbína (bez přídavného Teplo v palivu (W) Teplo − nettovýroba tepla z KVET (QBne KVET) Nettovýroba elektřiny (ABne)

vytápění) 249 426 MWh

Elektřina z KVET zjištěná pomocí prokázaného teplárenského modulu Teplárenský modul (σA) 0,6000 (vztaženo k práci prokázané změřenými hodnotami) certifikovaná výroba elektřiny z KVET (A Bne−KVET) 3 815 MWh

Elektřina z KVET zjištěná pomocí prokázaného teplárenského modulu Teplárenský modul (σA) 0,6885 (vztaženo k práci, měřením prokázán) certifikovaná nettovýroba elektřiny z KVET (A Bne KVET) 73 483 MWh

Elektřina z KVET se stupněm využití KVET zjištěného podle stavu techniky Elektrický stupeň využití (ξel) 32 % Stupeň využití KVET (ξKVET) 85 % Teplárenský modul (σA) 0,600 Teplo v palivu KVET (WKVET) 11.970 MWh Nettovýroba tepla KVET (QBne KVET) 6 359 MWh Certifikovaná výroba elektřiny z KVET (ABne−KVET) 3 815 MWh

Elektřina z KVET zjištěná pomocí stupně vyu− žití KVET podle stavu techniky Elektr. stupeň využití (ξel) 35 % Stupeň využití KVET (ξKVET) 85 % Stupeň využití (ξ) 77 % Teplárenský modul (σA) 0,6885 Teplo v palivu KVET (WKVET) 212 013 MWh Nettovýroba tepla (QBne KVET) 106 728 MWh Certifikovaná nettovýroba elektřiny z KVET (A Bne KVET) 73 483 MWh

Bloková teplárna bez možnosti samostatné výroby elektřiny a/nebo tepla (palivo zemní plyn).

Plynová turbína s kotlem na odpadní teplo s přídavným vytápě− ním (s možností separátní výroby tepla nebo elektřiny (bypass).

106 728 MWh 86 450 MWh

3T 1/2002

TEPLO, TECHNIKA, TEPLÁRENSTVÍ

Z toho špičkový kotel (měřeno) Teplo v palivu pro špičkový kotel Nettoteplo špičkového kotle

Elektrárna: Uhelná − KVET Plynová − KVET Odpadová − KVET Palivové články Zvláštní paliva − KVET

Příklad č. 2

Příklad č. 1 Celé zařízení (změřeno) Teplo v palivu Nettoteplo Nettoelektřina

ce stupňů využití dílčích procesů (výroba elektřiny z KVET a kondenzační) jakož i celkového procesu. Stu− peň využití kondenzační výroby elektřiny (ξel) je identic− ký s elektrickým stupněm využití (ξel) při kombinované výrobě (odběru tepla) a může být vzat přímo z měřených hodnot. Stupeň využití KVET může být zjištěn z namě− řených hodnot kombinované výroby elektřiny a tepla. Pro stupeň využití KVET byly směrnicí FW 308 na základě stavu techniky zavedeny následující minimál− ní hodnoty.

7

Směrnice FW 308 umožňuje u těchto druhů zařízení po− užít pro zjištění výroby elektřiny z KVET dva postupy: 1) Výpočet nettovýroby elektřiny z KVET násobením teplárenského modulu nettovýrobou tepla z KVET, s odpovídající průkazností teplárenského modulu (např. řadou měření). 2) Zjištění nettovýroby elektřiny z KVET přes porovnání bilancí energie dílčích procesů podle stavu techniky, předem zadaným stupněm využití KVET. Příklad č. 2. Skupina 3 Do třetí skupiny patří výhradně kondenzační odběrové procesy (turbíny). Ke zjištění nettovýroby elektřiny z KVET je nutné změřit odběr tepla z výměníku tepla nebo odběr páry (při odběru z více tlakových stupňů pro každý stupeň zvlášť). Termodynamicky korektní je nettovýroba elektřiny z KVET dána opět součinem teplá− renského modulu s nettovýrobou tepla z KVET (při odběru z více tlakových stupňů je nutno vytvořit součet). Teplárenské moduly pro více tlakových stupňů lze zjistit výpočtem jen tehdy, když jsou k dispozici naměřené hod− noty z každého tlakového stupně v dostatečném počtu. FW 308 proto umožňuje také v tomto případě zjišťování podílu elektřiny z KVET přes rozklad odběru konden− začního procesu pomocí bilancí energie. Oproti výpočtu ve druhé skupině musí se zde ale respektovat odpovídající úbytek elektřiny oproti kondenzační výrobě elektřiny. (ξ − ξelkond) ABne = ξ KVET . W – Q BneKVET (ξKVET − ξelkond)

Příklad č. 3 Celé zařízení (změřeno) Teplo v palivu Netto teplo Netto elektřina

1 078 737 MWh 416 397 MWh 278 992 MWh

Z toho redukce ostré páry pro vytápění (změřeno) Teplo v páře 115 579 MWh Ostré teplo 104 021 MWh Odběrová kondenzační turbína (bez redukce ostré páry) Teplo v palivu (W) 963 158 MWh Nettovýroba tepla z KVET(Q 312 376 MWh Bne KVET) Nettovýroba elektřiny(A ) 278 992 MWh Bne

Elektřina z KVET zjištěna pomocí průkazného teplár. modulu Teplárenský modul (σA) 0,480 (vztaženo na práci, měřením prokázáno) Certifikovaná nettovýroba 149 940 MWh elektřiny (ABne KVET) Elektřina z KVET se stupněm využití KVET zjištěného podle stavu techniky Stupeň využití kondenzační výroby elektřiny(ξel kond) 33 % Stupeň využití (ξ) 61 % Stupeň využití KVET (ξKVET) 80 % Teplárenský modul (σA) 0,4800 Teplo v palivu KVET (WKVET) 577 895 MWh Nettovýroba tepla z KVET (QBne KVET)312 376 MWh Certifikovaná výroba elektřiny z KVET 149 940 MWh

TEPLO, TECHNIKA, TEPLÁRENSTVÍ

Odběrová kondenzační turbína v uhelné elektrárně s výrobou kondenzační elektřiny.

8

Obr. 1 Procesy parní turbíny

Obr. 2 Paroplynové procesy

3T 1/2002

Pro zjištění stupně využití KVET lze dosadit hodnotu odpovídající uvedené tabulce nebo stupeň využití KVET prokázat (např. měřením). Pro stupeň využití kondenzační výroby elektřiny existuje také možnost, dosadit specifickou hodnotu podle typu zařízení (obr. 1) nebo zajistit individu− ální průkaznost. Pro případ, že provozovatel KVET chce určit nettovýrobu elektřiny z KVET přes individuální tep− lárenský modul, vztažený na práci, je ovšem nutná průkaz− nost přes všechny tři ukazatele (teplárenský modul, stupeň využití KVET a kondenzační stupeň využití) – viz příklad 3. Skupina 4 V této skupině jsou zahrnuty procesy parních a paro− plynových turbín. Vlivem různého systému přídavného přitápění v kotli na odpadní teplo bypassy nebo přímou výrobou tepla v kotli jsou proveditelná různá zapojení. Podíl elektřiny z KVET zde může být prokázán jen individuálním výpočtem. Zpravidla se však jedná o nová zařízení, která jsou vybavena měřící technikou a mohou tak pomoci vytvořit úplnou bilanci energie resp. zobrazit speciální provozní stavy (nápomocné je přitom grafické

Příklad č. 4 Celé zařízení (změřeno) Teplo v palivu Nettoteplo Nettoelektřina

415 046 MWh 226 572 MWh 40 033 MWh

Z toho příd. vytápění za výparníkem (změřeno) Teplo v palivu 44 469 MWh Nettovýroba tepla z příd. vytápění 40 022 MWh Plynová turbína s kotlem na odpadní teplo bez přitápění Teplo v palivu (WGT) 370 576 MWh Netto výroba elektřiny (ABne−GT) 128 440 MWh Podíl KVET − Nettovýroby elektřiny z odběrové kond. turbíny 0,5126 Certifikovaná nettovýroba elektřiny 65 837 MWh z KVET (ABne KVET−GT) Odběrová kondenzační turbína (EK) Nettoteplo – kotel na odpadní teplo (WEK) 186 550 MWh Nettovýroba tepla z KVET (QBne KVET−EK) 74 620 MWh Nettovýroba elektřiny (ABne EK) 40 033 MWh Elektřina z KVET zjištěná pomocí teplárenského modulu prokazatelně 0,2750 Teplárenský modul (σA−EK) (vztažen k práci prokázán změřenými hodnotami) Certifikovaná nettovýroba elektřiny z KVET (ABne KVET−EK) 20 521 MWh Elektřina z KVET se stupněm využití KVET podle stavu techniky Stupeň využití kondenzační výroby elektřiny (ξel−kond−EK) 26 % Stupeň využití (ξΕK) 61 % Stupeň využití KVET (ξKVET−EK) 85 % Teplárenský modul (σA−EK) 0,2750 Nettoteplo z KVET –kotel na odpadní teplo (WKVET−EK) 111 930 MWh Nettovýroba tepla z KVET (QBne−KVET−EK) 74 620 MWh Certifikovaná nettovýroba KVET elektřiny (ABne KVET−EK) 20 521 MWh Plynová turbína a kondenzační odběrová turbína (GT+EK) Nettovýroba elektřiny (ABne) 168 473 MWh Certifikovaná nettovýroba KVET elektřiny (ABne KVET) 86 358 MWh Paroplynové zařízení (plynová turbína s kotlem na odpadní tep− lo, přídavné vytápění a následná odběrová kondenzační turbína)

l

Jestliže se celý tepelný obsah odpadních plynů plyno− vé turbíny využije přímo nebo nepřímo přes protitlako− vou parní turbínu k odběru tepla, jedná se o zařízení KVET ve smyslu první skupiny. Z tohoto důvodu je celá nettovýroba elektřiny elektřinou z KVET. l Jestliže se část tepelného obsahu odpadních plynů ply− nové turbíny využije v kotli na odpadní teplo k přímé výrobě tepla, jedná se u tohoto podílu o nettovýrobu tepla z KVET. Příslušný podíl elektřiny z plynové tur− bíny je elektřinou z KVET. l Jestliže se tepelný obsah odpadních plynů plynové tur− bíny využije přes kotel odpadního tepla v odběrové kondenzační turbíně k výrobě elektřiny a tepla, kde teplo je odebíráno z jednoho nebo více tlakových stup− ňů je směrodatné rozdělení odběrové kondenzační turbíny na kondenzační část a protitlakou část také pro elektřinu vyrobenou v plynové turbíně. l Přídavná vytápění za kotlem na odpadní teplo mohou sloužit jen separátní výrobě tepla, nejsou tedy částí KVET−procesu. l Přídavná vytápění před výparníkem resp. plochami přehří− váků kotle na odpadní teplo slouží v té míře výrobě elek− třiny z KVETu, v jaké je vyrobená pára využita k odběru tepla. Podíl elektřiny z KVET může ve všech případech být vypočítán jen pro izolované jednotlivé procesy. l Předchozí popsané výpočetní metody je nutné kombino− vat, jak tomu odpovídá kombinace plynové turbíny s odpovídajícími parními díly. Pro zjednodušené zjišťová− ní stupně využití kondenzace mohou být (v souladu se sta− vem techniky) odebírány hodnoty z grafu č. 2 (příklad 4). Shrnutí Do popsaných čtyř kategorií lze zařadit všechna známá zařízení. Tomu odpovídá i ohraničení elektřiny z KVET podle jednotného principu. Poněvadž při praktickém po− užití FW 308 mohou u jednotlivých zařízení nastat pro− blémy, týkající se vymezení elektřiny z KVET a průkaz− nosti, je doplňkově k FW 308 plánováno vydání CD−ROM s odpovídajícími Excel−tabulkami pro výpočet elektřiny z KVET. Dále bude CD−ROM obsahovat detailní přehled ze zákona požadovaných dat, jakož i požadovaného prů− kazu. S CD−ROM by měli všichni provozovatelé KVET mít možnost ještě před 1. 1. 2002 vypočítat své množství elektřiny z KVET a předem všechny otázky objasnit. Nová pravidla jsou obsažena ve studii „Pluralistické zá− sobování teplem“. Ve spolupráci s mezinárodním sdruže− ním Euroheat & Power je EU podporován evropský pro− jekt, který byl odstartován v říjnu 2001. Cílem projektu je ohraničení produktů KVET−elektřina a KVET−teplo, jakož i KVET−palivo a evropské sjednocení. Na projektu jsou zúčastněny různé evropské země, které přezkouší produkty KVET a KVET paliva s cílem iniciovat národ− ní pravidla. V důsledku jednotného ohraničení bude vytvořena věrohodná Eurostat−statistika a též základ pro evropskou bilanci CO2 z kombinované výroby elek− třiny a tepla.

kontakt

Ing. Miroslav Kubín, DrSc. Nové Dvory 225, Trutnov tel.: 0439/ 816 495

3T 1/2002

TEPLO, TECHNIKA, TEPLÁRENSTVÍ

znázornění toku energie paroplynového zařízení na bázi Sankey−diagramů. FW 308 obsahuje proto jen principiál− ní ustanovení: l Jestliže se výroba páry z výstupu plynové turbíny v kotli na odpadní teplo následně v parní turbíně využije jen k výrobě elektřiny, nejedná se o KVET proces, ale o proces kondenzační výroby elektřiny.

9

Technicko−ekonomická analýza kombinované výroby elektřiny a tepla v teplárenských mikrocentrálách Prof. Ing. Jaroslav Kadrnožka, CSc. Ing. Aleš Kornas

V článku je analyzován vliv podílu elektřiny spotřebované provozovatelem teplárenské mikrocentrály a vyrobeného tepla ε a hodnoty teplárenského součinitele αT na ekonomické přínosy kombinované výroby elektřiny a tepla. Je ukázáno, že ekonomická efektivnost velmi podstatně závisí na těchto parametrech ε a αT .

TEPLO, TECHNIKA, TEPLÁRENSTVÍ

Úvod V posledních 10 letech se stále intenzivněji rozvíjí de− centralizovaná kombinovaná výroba elektřiny a tepla (DKVET). Výhodou takové kombinované výroby elek− třiny a tepla (KVET) je nejen absence tepelné sítě (TS) a tudíž absence tepelných ztrát, případně spotřeby ener− gie při dopravě tepla, absence investičních a provozních nákladů na TS, ale též ekonomické přínosy pro provozo− vatele i na straně opatřování elektrické energie. Rovněž elektrickou energii nebo alespoň její část, je možno vyro− bit v DKVET v místě spotřeby, bez zatížení energetický− mi ztrátami při přenosu a transformacích, zpravidla až do napěťové úrovně nn a bez zatížení cenovými přiráž− kami na tyto procesy [3]. Absence těchto energetických ztrát a cenových přirážek za transformace a rozvod je důležitým stimulem i pro budování malých elektráren, zpravidla využívajících obnovitelných primárních zdrojů energie (voda, vítr, biomasa …). DKVET se dosud rozvíjí převážně na bázi spalovacích motorů. V posledních letech se však na trhu objevily překvapivě velmi levné malé plynové turbíny o výkonu 30 až 100 kWe [3]. Tyto turbíny tvoří základ kompaktních jednotek pro KVET, neboť jsou standardně vybavovány: spalinovým kotlem pro dodávku tepla v teplé vodě, měniči frekvence z vysokofrekvenčních elektrických ge− nerátorů na 50/60 Hz, plnou automatizací, včetně progra− mového spouštění a odstavování atd. Většina těchto ply− nových turbín je vybavena rekuperací tepla uvnitř cyklu. Využití palivových článků je pro DKVET rovněž per− spektivně velmi nadějné, ale tato technologie je dosud v nekomerčním stadiu, kdy více či méně prototypové jed− notky jsou nasazovány pouze v dotačních podmínkách z různých energeticko−ekologických programů. V budouc− nu však lze očekávat zájem o palivové články pro KVET, zejména pro jejich minimální negativní ovlivňování život− ního prostředí, ale nepochybně musí předcházet jejich pod− statné zlevnění a ověření dlouhodobým provozem [3].

10

3T 1/2002

Nasazení Stirlingova motoru pro KVET může při− cházet v úvahu jen pro velmi malé centrály a proto i zde bude základní podmínkou účelnosti ekonomická efek− tivnost. I u této technologie lze očekávat vhodnější ekologické parametry než u spalovacích motorů a tyto motory navíc umožní využití velmi široké palety paliv, která nelze využívat u spalovacích motorů ani u plynových turbín. Pro nejbližší období proto přichází pro DKVET v úva− hu v podstatě jen spalovací motory a plynové mikroturbí− ny. Jejich technické a ekonomické parametry jsou dosti podobné, i když mírně lepší parametry lze očekávat pod− le literárních podkladů u plynových mikroturbín (nižší provozní náklady, větší životnost, delší intervaly mezi opravami, menší rozměry a hmotnost …..) [3,4]. Společným znakem spalovacích motorů a plynových turbín s rekuperací tepla uvnitř cyklu je poměrně vysoký modul teplárenské výroby elektřiny. To je velmi výhod− né z hlediska úspory paliv při KVET vzhledem k oddělené výrobě elektřiny v elektrárnách a tepla ve výtopnách, viz např. [5]. Pro provozovatele centrály pro DKVET jsou však rozhodující ekonomické přínosy vyplývající z výroby elektrické energie. Rozdíl mezi cenou elektrické ener− gie, kterou by provozovatel musel odebrat ze sítě a zaplatit, kdyby si ji nevyrobil při KVET a cenou elektrické ener− gie, kterou při DKVET vyrobí, ale nespotřebuje a proto dodá do sítě je zpravidla značně velký. Výroba elektrické energie při DKVET pro dodávku do sítě je proto pod− statně méně ekonomicky efektivní než výroba elektric− ké energie pro vlastní spotřebu. Velmi důležitým fakto− rem ekonomické efektivnosti DKVET je proto poměr provozovatelem DKVET spotřebované elektřiny Espotř a spotřebovaného tepla Qc,r.

ε=

Espotř

(1)

Qc,r

V předloženém článku je analyzován vliv tohoto pomě− ru na výši nákladů na teplo pro obvyklý tvar diagramu trvání tepelného zatížení (viz obr. 1) a obvyklé hodnoty teplárenského součinitele . QT,j αΤ = . (2) Qmax (označení veličin viz obr. 1), pro obvyklé hodnoty měr− ných investičních nákladů, provozních nákladů atd.

a maximální tepelný výkon a

.

Qmax =

b

Obr. 1 Centrála pro DKVET a) s plynovou turbínou b) se spalovacím motorem GT − plynová turbína, RV − regenerační výměník, SK − spali− nový kotel, SM − spalovací motor, CHO − chladič oleje, CHM − chlazení motoru, SV − spalinový výměník, VK − výto− penský kotel, S − spotřebič tepla

.

QT,j

(5)

αT

Roční spotřeba tepla je . Qc,r = Qmax τν

(6)

a při dimenzování teplárenské části na . . QT,j = αT . Qmax

(7)

je teplárenská výroba tepla QT,r = αT,r . Qc,r

(8)

Výkon pro dimenzování výtopné části . . . Qν,j = Qmax − QT,j

(9)

a výtopenská výroba tepla QV,r = Qc,r − QT,r

(10)

Jmenovitý elektrický výkon teplárenské části je . Pe,j = e . QT,j

(11)

kde e je modul teplárenské výroby elektřiny a je předpo− kládán v průběhu roku konstantní.

Tab. 1 αT

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

αT,r

0

0,2567

0,4114

0,5662

0,7097

0,8261

0,9067

0,9550

0,9808

0,9947

1

Závislost ročního teplárenského součinitele αΤ,r [dle rov. (3)] a teplárenského součinitele αT [dle rovnice (2) ] − viz obr. 2, pro obvyklé poměry v bytové komunální sféře τν = 3400 h/r

Výpočtový model pro technicko ekonomickou analýzu centrály pro DKVET vybavené spalovacím motorem (SM) nebo plynovou mikroturbínou (GT) pro krytí základního tepelného zatížení a výrobu elektrické energie (tepláren− ská část centrály) a plynovým kotlem pro krytí zbývající− ho tepelného zatížení (výtopenská část centrály) [viz obr. 1] vychází z ročního diagramu trvání tepelného zatížení obvyklého v bytově komunální sféře (obr. 2). Pro tento typový diagram zatížení je závislost ročního teplárenské− ho součinitele (teplárenské výroby tepla)

αΤ,r =

QT,r

(3)

Qc,r

uvedena v tab. 1 Výpočtový algoritmus vychází z elektrického jmenovi− tého výkonu mikroteplárny Pe,j. Jmenovitý tepelný vý− kon teplárenské části centrály pro KVET je . Pe,j QΤ,j = (4) e

Obr. 2 Roční diagram trvání tepelného zatížení, obvyklý v bytové komunální sféře

3T 1/2002

TEPLO, TECHNIKA, TEPLÁRENSTVÍ

Výpočtový model, vstupní data

11

Pak roční výroba elektřiny je Evyr = e . QT,r

V těchto vztazích značí (kromě veličin již vysvětlených v textu) Npal − náklady na palivo Nprov − provozní náklady ν prov − součinitel pro odhadnutí provozních nákladů Ni = anI − investiční složka nákladů, vyjadřující promít− nutí investičních nákladů (ve výši anuity an) ce,spotř − cena elektřiny odebrané ze sítě ce,dod − cena elektřiny dodané do sítě ctp − cena tepla v palivu ηT − celková účinnost teplárenské části ηV − účinnost výtopenské části

(12)

Investiční náklady na teplárenskou část centrály jsou IT = Pe,j . nie (13) a na výtopenskou část . IV = QV,j . niq

(14)

Celkové roční náklady na výrobu tepla NQ,T jsou dány celkovými náklady v teplárenské části zmenšenými o eko− nomické efekty vyplývající z výroby elektrické energie NQT = Npal, T + Nprov,T + Ni,T − Vel =

a pro Evyr < Espotř

(15)

Evyr + QT,r ctp + (νprov,T+an) IT − Vel ηT

kde výnosy z výroby elektrické energie jsou Vel = Espotř . ce, spotř + Edod . ce,dod

(16)

přičemž spotřebovaná elektrická energie je podle rovni− ce(1) (17) Espotř = ε . Qc,r

Celkové náklady na teplo jsou pak NQ = NQT + NQV

a elektřina dodaná do sítě Edod = Evyr − Espotř

Zcela obdobně pro srovnávací výtopnu Q NQV,srov = c,r ctp + (ν prov,V + an) Iv,srov ηV

Centrála − veličina

Plynová výtopna

TEPLO, TECHNIKA, TEPLÁRENSTVÍ

Ed = 0

Celkové roční náklady ve výtopenské části jsou NQV = Npal,V + Nprov,V + Ni,V Q = V,r ctp + (ν prov,V + an) Iv ηV

pro

Evyr > Espotř

(18a)

Mikroteplárna se spalovacím motorem

Mikroteplárna s plynovou turbínou

niq (Kč / kWt )*

νprov

ηe

ηq

ηc

e

nie (Kč / kWe )**

(−)

(−)

(−)

(−)

(−)

3 000

0,02

−

0,85

0,85

−

0,29

0,52

0,81

0,59

60 kWe

35 000

0,31

0,53

0,84

0,60

Měrné náklady na teplo:

100 kWe

30 000

0,32

0,53

0,85

0,61

• v teplárenské části

150 kWe

25 000

0,33

0,54

0,87

0,62

200 kWe

20 000

0,34

0,54

0,88

0,62

30 kWe

29 000

60 kWe

25 000

100 kWe

22 000

150 kWe

18 000

200 kWe

16 000

0,03

0,30

0,50

0,80

* platí pro plynovou výtopnu ** platí pro mikroteplárnu (se spalovacím motorem i s plynovou turbínou)

3T 1/2002

NQV, srov Qc,r

40 000

Další data: ctp = 637 Kč/MWh (cena plynu 6 Kč/Nm3, Hpl = 33,9 MJ/Nm3) = 177 Kč/GJ ce,spotř = 2500 Kč/MWh ce,dod = 1100 Kč/MWh an = 0,13 Poznámka:

nqV,srov =

30 kWe

0,04

(18b)

(19)

(20)

(21)

kde investiční náklady na srovnávací vý− topnu jsou . (22) Iv,srov = Qmax . niq

Tab. 2 Vstupní data pro technicko−ekonomickou analýzu

12

je

0,60

nqT =

NQT QT,r

(23)

(24)

• ve výtopenské části N nqV = QV QV,r

(25)

• v celé centrále N nq = Q Qc,r

(26)

Vstupní data pro technicko−ekonomic− kou analýzu jsou podle [1,2,4] a podle zkušenosti vedoucího autora uvedena v tab. 2.

c) Pro menší hodnotu teplárenského součinitele αT zů− stávají náklady na teplo v teplárenské části nqT kon− stantní (např. pro αT = 0,1 pro ε ≥ 0,2, pro αT = 0,2 pro ε ≥ 0,3). Je to způsobeno tím, že veškerá vyrobená elektřina je spotřebována a tudíž Edod = 0. d) Pro malé hodnoty teplárenského součinitele αT jsou celkové měrné náklady na teplo nq při KVET vždy nižší než náklady na teplo ve srovnávací výtopně (pro analy− zovanou oblast ε ≥ 0,1). S rostoucí hodnotou tepláren− ského součinitele αT však vzniká oblast při malých hod− notách podílu spotřeby elektřiny ε, kde nq > nqV,srov. S rostoucí hodnotou teplárenského součinitele αT se tato oblast zvětšuje. Je to dáno tím, že roční využití dražšího teplárenského zatížení se snižuje. e) S rostoucí hodnotou teplárenského součinitele αT vzrůstají měrné náklady na teplo ve výtopenské části centrály nqV. Je to způsobeno tím, že roční využití této části centrály se velmi snižuje. Současně však klesá vliv této části centrály, takže měrné náklady na teplo v teplárenské části nqT a celkové měrné náklady na tep− lo nq se téměř shodují (viz závislosti pro αT = 0,7; αT = 0,8).

Obr. 3 Měrné náklady na teplo nqT , nqV , nq , nqV , srov v závislosti na podílu spotřeby elektřiny ε pro centrálu s jmenovitým elektrickým výkonem Pe,j = 100 kWe pro αT = 0,1 ; 0,2 ; 0,3 a 0,4.

Podobné diagramy byly sestaveny i pro jiné elektrické výkony centrály Pe,j ze souboru dat na tab. 2. Z nich např. vyplývá, že pro Pe,j = 150 kWe a Pe,j = 200 kWe jsou při určitých hodnotách podílu spotřeby elektřiny a nízkých hodnotách teplárenského součinitele αT − tedy při velkém ročním využití teplárenské části − přínosy vyplývající z výroby elektřiny větší než náklady v teplárenské části

Na obr. 3 a 4 jsou uvedeny měrné náklady na teplo: nqT − v teplárenské části centrály, nqV − ve výtopenské části centrály nq − pro celou centrálu, pro centrálu o jmenovitém elektrickém výkonu Pe,j = 100 kWe a pro srovnání dále nqV,srov − pro plynovou výtopnu dodávající stejné množství tepla Qc,r. Z těchto závislostí vyplývají dílčí závěry: a) Celkové měrné náklady na teplo nq klesají s rostoucím podílem spotřeby elektřiny ε. Největší pokles proti nákladům na teplo ve srovnávací výtopně je dosažen při αΤ = 0,4 až 0,5. Při menším a větším teplárenském součiniteli αΤ je tento pokles menší. b) Při malém teplárenském součiniteli αT kompenzují vý− nosy z výroby elektrické energie podstatně náklady v teplárenské části, zejména při větší hodnotě podílu spotřeby elektřiny ε. Pro αΤ = 0,1 a ε ≥ 0,2 jsou pro centrálu s Pe,j = 100 kWe náklady v teplárenské čás− ti téměř zcela kompenzovány výnosy z výroby elek− trické energie, takže náklady na teplo v teplárenské části centrály nqT se blíží nule. Vzhledem k malému teplárenskému součiniteli se však tento efekt týká jen menší části vyrobeného tepla a proto celkové měrné náklady na teplo nq jsou dosti vysoké, i když jsou nižší než ve srovnávací výtopně.

Obr. 4 Měrné náklady na teplo nqT , nqV , nq , nqV , srov v závislosti na podílu spotřeby elektřiny ε pro centrálu s jmenovitým elektrickým výkonem Pe,j = 100 kWe pro αT = 0,5 ; 0,6 ; 0,7 a 0,8.

3T 1/2002

TEPLO, TECHNIKA, TEPLÁRENSTVÍ

Příkladné závislosti měrných nákladů na teplo na podílu spotřeby elektřiny ε a na teplárenském součiniteli αr

13

centrály, takže zdánlivě paradoxně měrné náklady na teplo v teplárenské části centrály nqT jsou záporné (viz obr. 5 − pro Pe,j = 200 kW a αT = 0,1; 0,2 a 0,3). Obdobné dedukce vyplývají ze závislostí měrných ná− kladů na teplo nq na podílu spotřeby elektřiny a hodnoty teplárenského součinitele αT, které jsou pro Pe,j = 30 kWe, 100 kWe a 200 kWe uvedeny na obr. 6.

Citlivostní analýza výpočtového modelu a vstupních dat Výsledky citlivostní analýzy výpočtového modelu a vstupních dat jsou uvedeny v tab. 3 a tab. 4. Z těchto tabulek je patrné, že: Tab. 3 Změna celkových měrných nákladů na teplo δnq (%) pro změnu δce,spotř, δce,dod, δctp, δnie a δniq o 10%. δ nq= f(δ ce,spotř, δ ce,dod, δ ctp, δ cie, δ niq) ce,spotř Obr. 5 Měrné náklady na teplo nqT , nqV , nq , nqV , srov v závislosti na podílu spotřeby elektřiny ε pro centrálu s jmenovitým elektrickým výkonem Pe,j = 200 kWe pro αT = 0,1 ; 0,2 ; 0,3 a 0,4.

ce, dod

ctp

nie

niq

αT = 0,2

αT = 0,6

ε = 0,1

ε = 0,3

ε = 0,1

ε=3

SM

3,09

10,47

2,46

10,17

GT

3,19

10,67

2,74

11,86

SM

2,05

−*

4,90

3,78

GT

2,06

−*

5,35

4,25

SM

11,57

15,65

11,44

15,78

GT

12,31

16,69

13,43

19,38

SM

2,26

3,06

5,40

7,44

GT

1,58

2,15

4,09

5,89

SM

1,31

1,77

0,52

0,72

GT

1,35

1,83

0,58

0,84

TEPLO, TECHNIKA, TEPLÁRENSTVÍ

* − Edod = 0 Poznámka 1: Pro srovnávací výtopnu způsobí změna: • δ ctp = 10% změnu δ nq = 8,65% • δ niq = 10% změnu δ nq = 1,35%

Obr. 6 Měrné náklady na teplo nqV , srov v závislosti na podílu spotřeby elektřiny ε a teplárenském součiniteli αT pro Pe,j = 30 kWe , 100 kWe , 200 kWe. Pro srovnání jsou uvedeny měrné náklady na teplo u srovnatelné výtopny nqV, srov.

14

3T 1/2002

i) Největší relativní vliv má cena tepla v palivu. Relativ− ní změna celkových měrných nákladů na teplo nq je dokonce větší než relativní změna ceny tepla v palivu ctp. Je to způsobeno tím, že ve vztahu (26) se v čitateli vyskytuje vlastně součet daný rovnicemi (15), (19) a (20), u něhož je podstatný člen, daný výnosy z výroby elektrické, záporný. ii) U srovnávací výtopny je vliv změny ceny tepla v palivu poněkud menší než u teplárenské mikrocentrály [pří− čina viz i]. iii)Vliv ceny spotřebované elektrické energie vzrůstá vý− razně s podílem spotřeby elektřiny ε. iv) Velikost anuity ovlivňuje celkové měrné náklady nq tím více, čím je podíl teplárenské části v centrále větší (vzrůstá s rostoucí hodnotou teplárenského součinite− le αT).

Tab. 4 Změna celkových měrných nákladů na teplo δ nq (%) při změně velikosti anuity αT = 0,2

δ nq= f (δ an )

ε = 0,1

an

ε = 0,3

ε = 0,1

ε=3

0,06

0,13

0,2

0,06

0,13

0,2

0,06

0,13

0,2

0,06

0,13

0,2

SM

−15,40

0

15,4

−20,38

0

20,38

−24,65

0

24,65

−34,00

0

34,00

GT

−13,24

0

13,24

−17,94

0

17,94

−20,58

0

20,58

−29,70

0

29,70

v) U srovnávací výtopny je vliv změny anuity značně menší než u teplárenské mikrocentrály. Je to způso− beno značně nižšími investičními náklady. Závěr Ekonomické výhody KVET v teplárenských mikrocen− trálách na bázi spalovacích motorů a plynových mikrotur− bín závisí podstatně na podílu spotřeby elektřiny a tepla v zásobované soustavě. Snížení nákladů na teplo vyrábě− né v teplárenské mikrocentrále vzhledem k srovnávací výtopně je tím větší, čím větší je tento podíl spotřeby elek− třiny a tepla, ale závisí též na dimenzování teplárenské části mikrocentrály − na teplárenském součiniteli. Ekonomické přínosy DKVET v teplárenských mikro− centrálách spočívají v náhradě elektřiny ze sítě nn, která je 2 až 4 krát dražší než na prahu elektráren, vlastní výro− bou. Dodávka elektřiny z DKVET by měla být pokud možno malá, protože taková elektřina je provozovatelem elektrizační soustavy oceňována podstatně níže. Pro zásobování teplem spotřebitelských soustav komu− nálně bytového charakteru se optimální hodnota teplá− renského součinitele pohybuje od αT = 0,4 až do αT = 0,7. Z ekonomických hledisek nejsou rozdíly mezi spalova− cími motory a plynovými mikroturbínami významné. Vý− znamnější výhody mají plynové mikroturbíny v porovnání se spalovacími motory v oblasti ekologické (zejména z hlediska produkce NOx). Teplárenské mikrocentrály na bázi spalovacích motorů nebo plynových mikroturbín mohou přinést značné sní− žení nákladů na teplo. Podmínkou však je dosti velký podíl spotřeby elektřiny v porovnání se spotřebou tepla a správné výkonové dimenzování teplárenské a výto− penské části centrály. Ekonomické přínosy KVET v teplárenských mikrocen− trálách podstatně závisí na ceně paliva a ceně elektřiny, kterou by provozovatel musel odebírat ze sítě. Požadavek na co největší krytí spotřeby elektřiny vlastní výrobou může být důvodem pro vybudování akumulace tepla. Tyto úvahy nejsou předmětem tohoto článku, pro− tože závisí na konkrétních časových průbězích spotřeby elektřiny a spotřeby tepla. Tab. 5 Změna nákladů na teplo u srovnávací výtopny δ nq V, srovn (%) při změně velikosti anuity an

0,06

0,13

0,20

δ nq V, srovn (%)

−7,24

0

7,24

Seznam hlavních použitých označení e

− modul teplárenské výroby elektřiny (teplárenský modul) E e= . Qdod E − elektřina (vyrobená, spotřebovaná, dodaná) I − investiční náklady n − měrné náklady (investiční, na teplo) N − náklady (roční) P. − elektrický výkon Q − tepelný výkon Q − teplo (spotřebované, vyrobené, dodané) an − anuita . ctp − cena tepla v palivu αT − teplárenský součinitel αT = Q. Qmax ε − podíl spotřebované elektřiny a tepla νprov − součinitel provozních nákladů E + Qdod ηc − účinnost celková ηc = Qpal ηe − parciální účinnost výroby elektřiny ηe = E Qpal Qdod ηq − parciální účinnost výroby tepla ηq = Qpal

Indexy c d, dod j r T V max pal prov spotř vyr

− celkový − dodaný, dodávka − jmenovitý − roční − teplárna, teplárenský − výtopna, výtopenský − maximální − palivo, palivová − provozní − spotřebovaný − vyrobený

Literatura [1]Zpráva City Plan s.r.o.: Náklady a ceny v zásobování teplem a kombinova− né výrobě elektrické energie a tepla před vstupem ČR do EU. Etapa A: Ana− lýza současného stavu „ČR−98“, červen 1998. [2]Zpráva SRC International CS s.r.o.: Katalog opatření ke snížení vysoké energetické náročnosti národního hospodářství v České republice. Studie čís. CS 1186, srpen 2000. [3]Kadrnožka, J.: Nový vývojový směr v kombinované výrobě elektřiny a tepla (KVET) − decentralizovaná KVET na bázi mikrocentrál (MC−KVET). Zasláno do časopisu 3T. [4]Biasi(de), V.: Low cost and high efficiency make 30 to 80 kW mikroturbine attaractive. Gas Turbine World, Jan. −Febr. 1998, p. 28 − 31. [5]Kadrnožka, J.: Úspora tepla v palivu kombinovanou výro− Prof. Ing. Jaroslav Kadrnožka,CSc. bou tepla a elektřiny, respek− VUT v Brně, Fakulta strojního inženýrství tující tepelné ztráty a čerpací Energetický ústav − odbor tepelných práci v tepelné síti. 3T − Tep− a jaderných energetických zařízení lo, technika, teplárenství, tel.: 05/ 4114 2573, fax: 05/ 4114 3345 čís. 3/1996, str. 15 − 16. Ing. Aleš Kornas − tel.: 05/ 4114 2578

TEPLO, TECHNIKA, TEPLÁRENSTVÍ

δ nq (%)

αT = 0,6

3T 1/2002

15

Význam ostatních označení je dostatečně patrný z textu.

kontakt

Měřit nebo neměřit? Ing. Petr Linhart

Měření dodávek tepla a teplé užitkové vody je po technické a metrologické stránce prakticky vy− řešenou záležitostí. Komplikace nastávají při aplikaci zákona č. 406/2000 Sb. a 458/2000 Sb. a prováděcích vyhlášek. Největší problémy v pra− xi vyplývají z nedodržování základních technic− kých podmínek montáže a provozu měřidel a z neodborných zásahů odběratelů. Příspěvek je souhrnem poznatků provozovatelů tepláren− ských soustav a problémů diskutovaných v od− borné skupině pro měření a regulaci, která pra− cuje při Teplárenském sdružení ČR.

TEPLO, TECHNIKA, TEPLÁRENSTVÍ

Dodávka tepla pro vytápění Léty prověřený způsob měření tepla pro ústřední vytá− pění (ÚT) je zdokonalován na vyšší přesnost a rozsah měření prostřednictvím nejnovějších technologií indukč− ních a ultrazvukových průtokoměrů. Elektronické vy− hodnocovací jednotky (kalorimetry) a software (SW) odečtu, paměti a dálkové komunikace jsou pak nezbyt− ným prvkem. Jedny z prvních problémů u měřičů tepla byly (a někde ještě jsou) potíže především s minimálním průtokem prů− tokoměrné části. S regulačním ventilem na vstupu do objektu se prostě točí tak dlouho, až kalorimetr pře− stane počítat, ale topení je ještě stále vlažné. Mnozí dodavatelé tepla si také způsobují sami problé− my tím, že nekontrolují délky uklidňovacího potrubí před klasickým vrtulkovým vodoměrem měřiče tepla. Obrov− ské chyby u těchto typů vodoměrů také vznikají nespráv− nou montáží přírub a těsnění, kdy i malé přesahy způso− bují chyby v řádech desítek procent. Nejznámější a nenásilný zásah ovlivňující množství na− měřeného tepla je vypnutí přívodu el. energie do síťově napájených přístrojů. V tomto případě nepomůže nic ji− ného než kalorimetr se záznamem výpadku napájení, podle něhož lze dopočítat spotřebu. Použití bateriového přístroje, jehož SW umožňuje nastavení času a data ode− čtu, lze doporučit i v případě dálkového odečtu dat. Je však nutno počítat s tím, že časté odečty mohou značně zkrátit životnost baterie. V případě realizace přenosu naměřených údajů meta− lickými kabely je nutno pamatovat na mechanickou ochranu kabelu nejen před nežádoucím a nechtěným poškozením, především před různou „havětí“ v těžko přístupných, temných a teplých prostorách vytápěných objektů. Protože řešení výše uvedeného (a ne zcela úpl− ného) výčtu problémů je vždycky i otázkou finanční, doporučuji co nejpřesnější porovnání nákladů na novou techniku a výši ztrát a nákladů na opravy a kontroly vždy s ohledem na budoucí vývoj cen energií.

16

3T 1/2002

Dodávka tepla ve vodní páře Pro dodávky tepla ve vodní páře (dále jen „v páře“) existuje mnoho důvodů. Je to obvykle dáno technologií odběratelů, velkým převýšením mezi zdrojem a odběr− nými místy nebo nutností přenesení velkého množství tepla, případně také historickým vývojem v dané lokalitě. Měření dodávek tepla v páře je tak trochu metrologic− kou i technickou lahůdkou. Naměřené výsledky v praxi obvykle vyvolávají vrásky u dodavatelů tepla. Pára je ne− stabilní teplonosné médium, se kterým je nutno zacházet obdobně jako se zmrzlinou v parném létě − dobře tepelně izolovat od okolí a rychle ji spotřebovat. Nejproblematič− tější jsou předimenzované tepelné rozvody, kde dochází při nižších rychlostech proudění páry ke kondenzaci. Odpouštění kondenzátu je nejen ztrátou tepla v něm ob− saženého, ale i ztrátou teplonosné látky. Se stejným pro− blémem se potýkají i parní přípojky, a to už i od délek několika metrů. Absolutní velikost ztrát jde v letním ob− dobí do desítek procent obzvláště u odběratelů s nespoji− tou regulací ohřevu TUV (systém vypnuto−zapnuto). Používané metody měření velmi úzce souvisí s množstvím měřeného tepla. Měření na parním zdroji nečiní obvykle potíže. Přímá měřidla tepla v páře jsou však v porovnání s ostatním „železem“ v kotelně přece jen choulostivým zařízením. Topiči pak dokáží z neznalosti měřícího systé− mu rychlým otevřením ventilů najížděného kotle „od− fouknout“ měřicí sondy. Škody jdou pak do výše desítek až stovek tisíc. S rozvojem techniky pro přenos dat se stává velkým problémem i rozdílný potenciál kovových částí technologických celků výroben (vznikající např. nepro− pojenými nebo špatně propojenými kovovými částmi technologie). Zdánlivě nepatrný rozdíl potenciálu nebo elektrický zkrat na blízkém zařízení s vyšším výkonem zaviní zničení přenosového kabelu a výstupních a vstup− ních jednotek měřicí cesty. Při měření na „venkovních“ parních rozvodech tepla nastávají výše zmíněné problémy. Při návrhu měřidla u zákazníka jde o ryze ekonomický vztah mezi cenou do− daného tepla a cenou měřidla a náklady na jeho cejcho− vání a údržbu. Přestože vydaná směrnice o přípustných metodách měření tepla v páře a v kondenzátu poskytuje všechny proveditelné kombinace pro měření, jsou některé způsoby měření vnímány odběrateli nepříznivě. Zvláště pak náhradní metody u nichž je entalpie páry stanovena (a samozřejmě schválena SEI) ve vybraných (referenč− ních) bodech parní sítě. Ve skutečnosti však odběratelé sami způsobují dodavateli ztráty. Špatně izolované a ne− odvodňované parní přípojky jsou běžným jevem. Ne− funkční odvaděče kondenzátu pak omezí funkci ještě stále používaných bubnových vodoměrů. V případě nasazení moderních ultrazvukových průtokoměrů dokáže pára pro− niklá do kondenzátního potrubí nejen zničit měřicí sys− tém, ale z vlastního přístroje vznikne vlivem vysoké

Teplá užitková voda Smířili jsme se se situací, že nikdy nebude souhlasit sou− čet údajů bytových vodoměrů a centrálního vodoměru ve výměníkové stanici při měření spotřeby teplé užitkové vody (TUV). To je technická a matematická realita. Otáz− kou však zůstává, do jaké míry je rozdíl dán plusovými nebo minusovými odchylkami jednotlivých vodoměrů nebo zda jsou některé vodoměry ovlivňovány zvnějšku. Lze se opráv− něně domnívat, že u suchoběžných vodoměrů narážím na známé finty s přiloženým magnetem. Druhou (a ne vždy cílenou) metodou je přetlačování studené vody do teplé. Z technických důvodů se bez zvýšených energetických ztrát obtížně udržuje na výtoku TUV shodný tlak jako v rozvodu studené vody. Neblahým výsledkem tohoto ovlivňování není jen to, že se nájemníci vzájemně okrádají. Horší pří− pad nastává tím, že se do systému TUV dostává studená voda jinak než přes centrální vodoměr ve výměníkové sta− nici (VS). Tato voda se musí ale také v uzavřeném oběhu ohřát, tudíž prostým dosazením dodaného tepla do objemu vody naměřeného pouze jedním vodoměrem může nastat výpočtový případ průměrné teploty TUV vyšší než 100 °C. A za všechno pak může dodavatel… V mnoha lokalitách tyto problémy vyřešily nové typy vodoměrů se zpětnými klapkami nebo jejich dodatečná montáž. Sou− běh odečítaných údajů lze jednoduše řešit elektronickými hlavicemi s nastavitelným datem a hodinou odečtu. Vyregulování (nejen) topné soustavy Následující část příspěvku si klade za cíl nastínit ně− které nejčastější problémy s hydraulickým vyregulováním topné soustavy a rozvodu TUV, možnosti řešení a chyby při návrzích a provozu těchto soustav. Není pochyb o tom, že laická veřejnost ani netuší, že dopravit teplo do radiátoru nebo TUV do vodovodního kohoutku a zachovat při tom všechny potřebné paramet− ry při minimálních nákladech na dopravu je leckdy tech− nickým oříškem nejen pro teoretiky, ale hlavně pro prak− tiky v oboru. Hlavním úkolem vyregulování topné soustavy je opti− malizace průtoku topné vody v celé soustavě s ohledem na dosažení co nejnižších nákladů na energii pro provoz

oběhových čerpadel a tepelné ztráty. Problémem není ani tak průtok v hlavních větvích horko− a teplovodních na− paječů, ale průtoky v odbočkách a především větvení roz− vodů v objektech. Voda se shodně jako např. elektrický proud nebo plyny protlačuje tam, kde má nejmenší od− por. Důsledkem je to, že v objektech s rozsáhlými vodo− rovnými rozvody a dlouhými svislými rozvody („stoupač− kami“) může docházet k přetápění nebo nedotápění v různých částech objektu. Důvodem jsou rozdílné délky potrubí k jednotlivým radiátorům. Hrubé nastavení průtoku do objektu umožňuje regu− lační ventil na vstupu do objektu a průtok radiátorem lze opět hrubě nastavit na ventilu radiátoru − klasickém „ko− lečku“ s dvojregulační funkcí (základní funkce vyp.−zap. s omezenou možností regulace výkonu radiátoru a pře− stavitelné nastavení průtoku při plném otevření) nebo jemně pomocí ventilu s termostatickou hlavicí. Aby při tomto systému regulace dodávky tepla nedocházelo vli− vem nepřesného hydraulického nastavení k nedotápění, „dohánějí“ se odchylky vyšší teplotou topné vody a prů− tokem. Tento stav se týká velké většiny objektů postave− ných v 50. až 80. letech. S rozvojem techniky pro měření spotřebovaného tepla (především poměrových indikáto− rů) a nasazování termoregulačních ventilů bylo nutno řešit shodné a neměnné podmínky vytápění ve všech částech objektů i soustavě jako celku. V nejhorší variantě nevyregulování soustavy nebo ob− jektu, kdy oběh topné vody zajišťují pouze kaskádovitě řazená čerpadla a regulaci výkonu radiátoru pouhé „ko− lečko“, může uzavření několika radiátorů změnit hyd− raulické poměry v celé soustavě (samozřejmě podle její velikosti). V ideálním případě nevyregulované soustavy s čerpadly řízenými podle diferenčního tlaku a radiátory osazenými termoregulačními ventily může dojít k „pískání“ ventilů termoregulačních hlavic. Základní velikost diferenč− ního tlaku topné a vratné vody v kritických (obvykle kon− cových) místech soustavy se realizuje jednak výkonem čerpadel a (pokud to je možné) přepojováním okruhů v soustavách. Vstupy do objektů je vhodné ve všech přípa− dech osadit regulátory diferenčního tlaku (RDT). V rozsáh− lých objektech se uplatní i regulace na stoupačkách, pří− padně regulace určitých částí objektu (zónová regulace) jako celku (s ohledem na tepelné příspěvky osluněním). Potíže nastávají nejen při výpočtu a návrhu vyregulo− vání (nedostatek technických podkladů o soustavě), ale především při realizaci a provozu. Např. při prvních ře− zech do potrubí (pro osazení armatur) se mnohdy zjistí, že vnitřní povrchy potrubí nejsou v dobrém stavu. Další (a pro uživatele důležitější) vadou je „pískání“ termosta− tických ventilů. To je obvykle dáno špatným nastavením RDT. Situaci pak v provozu komplikují „kutilové“, kteří se snaží vytápění v objektech vylepšit přenastavováním RDT. Výchozí stav se podaří nastavit už jen odborné fir− mě. Proto − plombujte všechna nastavení a „ošetřete“ si neodbornou manipulaci s regulačními prvky v dodavatel− ských smlouvách! Vyregulování systému TUV se potýká s podobnými problémy jako ÚT, po hydraulické stránce je však situace více komplikována zarůstáním potrubí především železi− tými sloučeninami vyloučenými z vody. To klade větší

TEPLO, TECHNIKA, TEPLÁRENSTVÍ

teploty hromádka kovu a rozteklého plastu. Podobné účinky má pára na kondenzátní potrubí z plastu. Situace se pak v praxi řeší kombinacemi nerezových a plastových potrubí. Měření dodaného tepla v páře pomocí množství pro− teklého kondenzátu přivedlo opět mnoho odběratelů k myšlence jak tento způsob obelstít. Současné systémy s „uzavřeným okruhem“, kdy je kondenzát tlakově vra− cen zpět, jsou výhodné a osvědčené pro malé odběry typu rodinných domků. Ke slovu pak ale přicházejí „francou− záky“ a odběratel začíná zkoušet, kudy odpouštět kon− denzát, aby neprotékal přes průtokoměr. Pracovníkům teploměrných služeb pak nezbývá nic jiného než zaplom− bovat „vše, co se dá“. Ani to však není zcela definitivní řešení, protože vysvětlování odběratelů proč došlo k po− ruše plomby by se většinou hodilo do některého z humo− ristických pořadů.

3T 1/2002

17

nároky na zjištění skutečného stavu rozvodů (např. provedením kontrolních řezů) před montáží regulačních prvků. Ačkoliv je to k neuvěření, občas se vyskytnou i objekty bez (!) nebo s uzavřenou „zpátečkou“. Pro praxi nutno připomenout nutnost izolace potrubí (zkontrolujte si stav vodorovných rozvodů pod objektem!) a dopo− ručení osazení zpětných klapek na jednotlivé výtoky. V rozsáhlejších rozvodech je vhodné osadit na vstupy do objektů regulátory průtoku. Při nasazování domovních předávacích stanic (DPS) lze především v rozvodech TUV dosáhnout výrazných úspor. Jednak sníženými tepelnými ztrátami (kratší rozvody a možnost regulace teploty vody např. v noci) a jednak snížením čerpací práce (opět noční vypínání nebo zpomalení oběhu). Současné moderní vý− měníky TUV (např. švédské produkce) umožňují navíc dosažení maximálního spádu topné vody. Měření a rozdělování tepla mezi jednotlivé byty (radiátory)

TEPLO, TECHNIKA, TEPLÁRENSTVÍ

V následující části půjde o dělení tepla mezi radiátory umístěné uvnitř objektu. Je celkem jedno jsou−li v by− tech, jde−li o společné prostory uvnitř domu nebo prosto− ry v domě využívané např. k podnikatelským účelům. Stále se vedou pře o to, zda lze dodávku tepla považovat za službu spojenou s užíváním bytu nebo za dodávku ener− gie jako takové. Stávající způsoby realizace rozvodu tepla pomocí svislých stoupaček nahrávají spíše službě, mnoho dnešních nových objektů má zaveden primární, resp. se− kundární rozvod do bytové výměníkové stanice a to nahrá− vá spíše pojetí dodávky tepla jako energie. Jádrem diskuse je totiž často kritizovaná spravedlnost při účtování skuteč− ně spotřebovaného tepla v bytech. Tato snaha vedená mnoh− dy do extrémů produkuje systémy rozdělování spotřeby tepla založená na více různých systémech indikace spotře− by tepla a metodách jejich vyhodnocování. Nespočetné množství různých koeficientů, opravných součinitelů a dalších čísel bývá pro běžného nájemníka těžko stravitelným soustem. O vlastních metodách indi− kace a jejich vyhodnocování se vedou mezi jejich zastán− ci urputné vědecké (i nevědecké) spory. Někdy to neza− svěcenému může připadat jako spor o to, zda vejce uva− řené natvrdo rozbíjet na špičaté nebo kulaté straně. Vejce se totiž tak jako tak sní a i obhájci všech metod prokazují úspěšnost výsledků a spokojenost zákazníků. Problémem není ani tak věrohodnost čísel získaných snímáním povrchové teploty radiátoru, teploty „zpáteč− ky“ nebo měřením teploty místnosti. Základní podstatou je otázka, zda má obyvatel bytu platit za teplo dodané do bytu nebo za tepelnou pohodu v bytě. Mnozí odborní− ci, kteří se účastnili zpracování předchozích vyhlášek, si určitě dobře pamatují na slova pracovníků Ministerstva průmyslu a obchodu (asi tak z roku 1994), že vše vyřeší trh s byty. Domnívám se, že tento předpoklad se ještě dlouho nenaplní a stávající stav se dočká ještě nejméně jedné vyhlášky. Jednou z překážek řešení jsou „stoupačky“, které samy o sobě dokážou vysálat do prostoru značný výkon. Ten se může v součtu na jeden byt pohybovat podle dimenze potrubí a teploty topné a vratné vody pohybovat až

18

3T 1/2002

na úrovni několika set wattů. Diskuse se také vedou o otázce přestupu tepla mezi byty. Zde se však nabízí srov− nání s individuálním vytápěním plynem nebo elektřinou. Tam není spotřeba korigována žádným koeficientem − kolik spotřebujete, tolik zaplatíte. Podobný problém se na− skýtá u rohových, podstřešních a nadsklepních bytů, kte− ré mají větší tepelné ztráty. Ryze technicky vzato by však měly v těchto bytech být takové počty radiátorových člán− ků, které by zajistily stejnou teplotu (tepelnou pohodu) jako v ostatních bytech. Poslední otázkou je správnost hydraulického vyregulování neboli zajištění správného průtoku topné vody všemi radiátory, čímž se celá diskuse vrací zpět na začátek. Za předpokladu, že majitel objektu je schopen zajistit diferencované nájemné s ohledem na polohu bytu (např. pod střechou je lepší výhled, ale mohou tam být vyšší nároky na spotřebu tepla atd. ...), je jedinou správnou metodou co nejjednodušším způsobem přepočítat naměřené hodnoty na spotřebované teplo. V případě, že nelze nájemné diferencovat, nezbývá nic jiného, než přistupovat k problému jako k zajištění shod− né tepelné pohody ve všech bytech za shodnou cenu. Samozřejmě se zmíním i o více či méně známých po− kusech ovlivnit čidla různých indikátorů. Cílem ovlivňo− vání není nic jiného než snížení platby za úhradu tepla. První indikátory využívající trubičky s kapalinou byly „tes− továny“ obalováním do různých zábalů a aplikováním těž− ko odpařitelných kapalin do trubičky, aby se maximálně zamezilo odparu. Pozdější elektronické systémy s jedním nebo dvěma čidly se staly prakticky neovlivnitelnými, shodně jako systém využívající změny zabarvení speciál− ního sklíčka působením teploty vratné vody. Elektronic− ké systémy s dálkovým přenosem dat (ať již kabelem nebo radiovým signálem) se tak svojí neovlivnitelností, přes− ností a komfortem (při odečtu není nutno navštívit byt odběratele) staví do jedné řady s moderními elektroměry a plynoměry. Závěr V tomto příspěvku byly ve zkrácené podobě vysti− ženy základní problémy provozu soustav CZT se zaměřením na spotřebitelskou část soustavy. Jde o souhrn diskusí v odborné skupině pro měření a re− gulaci, postřehy ze seminářů a konferencí pořádaných Teplárenským sdružením ČR a poznatky z prak− tických případů, jejichž účastníci se obrací na výkonné pracoviště TS ČR s žádostí o pomoc. V praxi jsou důsledky výše uvedených problémů jádrem mnoha sporů, které často končí soudními spory nebo návrhy na odpojení odběrů od soustavy CZT ze strany odbě− ratele nebo dodavatele. Tím, kdo doplatí na nechuť jednat a řešit, je vždy konečný spotřebitel. A právě ochota k oboustranné diskusi a vstřícný přístup všech zainteresovaných stran je jediným prostředkem k řešení dodavatelsko−odběratelských vztahů a jde nad rámec vymezený fyzikál− ní realitou a legislativními kontakt Ing. Petr Linhart prostředky. Teplárenské sdružení ČR Bělehradská 458, 530 09 Pardubice Tel.: 040/ 641 4448 Fax: 040/ 641 2737

Kalkulace energetické účinnosti vnějších teplovodních rozvodů RNDr. Tomáš Chudoba, CSc.

Článek modeluje strukturu a provozní podmín− ky teplovodní sítě sestavené z předizolovaného potrubí, situované do typického českého sídliště. Model obsahuje 2 celkové délky trasy − 3 km a 14 km a dva způsoby provozu − s vlečnou regu− lací teploty a s konstantní teplotou. Pro jednu z variant představuje úplnou tabulku výpočtů energetické účinnosti z hlediska tepelných ztrát ηz dle odst. (5) § 3 vyhlášky 151/2001 Sb. Poté kalkuluje účinnost pro všechny uvedené varian− ty a srovnává výsledky z různých hledisek. Kal− kulovaná energetická účinnost sítě, která přenese 100 000 GJ/rok, dosahuje bez problémů hodnot kolem 90 %, ve zvlášť výhodném případu až 97 %. Článek připomíná, že kalkulace je mnohdy jediná možná metoda určení energetic− ké účinnosti, neboť kalorimetrická metoda selhá− vá díky jejím vysokým hodnotám.

• jen větší dimenze lze použít jako akumulátor tepelné energie • energetická účinnost z hlediska tepelných ztrát dosa− huje hodnot kolem 95%, ale často více • není ekonomicky odůvodnitelné a technicky snadné v běžných případech zjišťovat účinnost použitím kalo− rimetrické metody dle § 11 vyhlášky 151/2001 Sb. V následujících řádcích se zaměříme na kalkulaci ener− getické účinnosti systému vnějších předizolovaných tep− lovodních rozvodů. Nebudeme však pracovat se systé− mem reálným, ale pro jednoduchost pouze s modelem tepelné sítě. Dále se pokusíme podstatně více přiblížit reálným provozním hodnotám, než tomu bylo ve výše ci− tovaném článku. Cílem následujícího textu tedy je reál− né hodnoty energetické účinnosti zkalkulovat, a to proto, že provozně měřit a změřit tyto účinnosti není ve většině praktických případů možné.

Vymezení problému Z dostupné odborné literatury a nových prováděcích vyhlášek k zákonu 406/2000 Sb. o hospodaření energií lze usuzovat, že neexistuje příliš mnoho praktických zku− šeností se skutečně dosahovanou energetickou účinností vnějších rozvodů tepla z hlediska tepelných ztrát ηz dle odst. (5) § 3 vyhlášky 151/2001 Sb. Pokud se týká samot− ného předizolovaného potrubí, jeho tepelně izolační vlast− nosti jsou dostatečně popsány v technické dokumentaci výrobců. Lze tak s dostatečnou přesností zjistit jak tloušť− ku a součinitel tepelné vodivosti izolace, tak i tloušťku stěny pláště a nakonec i tepelné ztráty zabudovaného potrubí při ustáleném stavu tepelného toku. Kalkulovat nebo změřit energetickou účinnost zabudovaného a reál− ně provozovaného teplovodního systému vnějších rozvo− dů je však značně složitější. V článku Energetická účinnost předizolovaného potrubí a vyhláška 151/2001 Sb., který vyšel v čísle 2/2002 časopi− su Energie a peníze, jsme mimo jiné zkoumali energetic− kou účinnost z hlediska tepelných ztrát ηz nezávislých, izolovaných úseků vnějších rozvodů v závislosti na růz− ných parametrech. Zjistili jsme například, že: • větší dimenze potrubí nepotřebují větší tloušťku tepel− né izolace • větší tloušťka tepelné izolace výrazně nezlepší účinnost, pokud je potrubí z hlediska energetického provozová− no nevhodně • účinnost silně závisí na rychlosti proudění média, tep− lotě a teplotním spádu a délce potrubí

Budeme předpokládat, že tepelnou energií zásobujeme část některého českého města, která obsahuje 1 800 stej− ných bytů v obytných domech, každý byt se standardní spotřebou tepla a TUV. Budeme dále předpokládat, že sledujeme účinnost po dobu jednoho běžného kalendář− ního roku, který měl klimatické podmínky podle obr. 1. Účinnost budeme sledovat po měsících, a proto je zná− zorněna pouze měsíční průměrná teplota venkovního vzduchu a měsíční počet denostupňů. Spotřeba tepla jednoho bytu za jeden rok odpovídá vy− hláškou 152/2001 Sb. předpokládané spotřebě třípokojo− vého bytu o rozloze asi 60 m2, obydleného třemi osobami a činí 40 GJ/rok pro ÚT a 18 GJ/rok pro TUV. Spotřeba tepla pro ÚT je rozdělena do jednotlivých měsíců alikvot− ně dle počtu denostupňů, spotřeba TUV je po jednotli− vých měsících stálá. Otopné období trvá od října do dubna,

Obr. 1: Modelové klimatické podmínky

3T 1/2002

TEPLO, TECHNIKA, TEPLÁRENSTVÍ

Model sítě a jejího provozu

19

Obr. 2: Spotřeba tepla jednoho bytu v průběhu roku

a) v provozních hodinách v závislosti na vnější průměrné teplotě vzduchu dle obr. 3 b) mimo provozní hodiny je snižována na spád 70/55 oC c) mimo otopné období je teplota udržována neustále na spádu 70/55 oC. Teplotní spád je udržován ve všech variantách a v ce− lém systému shodný: ∆T = 15 K. Množství dodávaného tepla je regulováno kvantitativně změnou rychlosti prou− dění média. Pro čtyři různé kalkulované dimenze (viz níže) se rychlost média v provozních hodinách mění dle grafu na obr. 4. V mimoprovozních hodinách se rychlost snižuje takřka k nule − teplo je dodáváno jen pro hrazení tepelných ztrát v potrubí (viz níže). Výpočty provedeme pro dvě varianty topologie a míry rozsáhlosti vnější sítě, které jsou zachyceny na obr. 5a a 5b.

TEPLO, TECHNIKA, TEPLÁRENSTVÍ

Obr. 3: Provozní teplota média: v době provozu a při variantě vlečné regulace

20

v ostatních měsících je dodávána pouze TUV. Názorně je spotřeba tepelné energie jednoho bytu uvedena na obr. 2. Odběr tepla pro ÚT a TUV se reálně odehrává pouze v tzv. provozních hodinách, které jsou od 6. hodiny ranní do 8. hodiny ranní a od 17. do 21. hodiny večerní. Mimo tuto dobu uživatelé bytů v daném modelu teplo neodebírají. Teplota média je v jednotlivých částech systému ve všech variantách ve všech provozních režimech shodná − je−li např. řečeno, že teplota média je 75 oC, pak tento údaj platí pro všechny dimenze a pro všechna místa sítě. (Sítí rozumíme vnější rozvody od paty kotelny po paty zásobovaných objektů.) Teplota však může být rozdílná dle variant výpočtu, provozní doby a kalendářního měsí− ce. Ve variantě Konstantní teplota je teplota média stále stejná, nezávislá na kalendářním měsíci a denní době a činí (přívod/zpátečka) 90/75 oC. Ve variantě Vlečná regu− lace se teplota média mění:

Obr. 5a: Schéma I tepelné sítě

Obr. 5b: Schéma II tepelné sítě

Schéma na prvním obrázku znázorňuje velmi rozsáh− lou síť s touto charakteristikou:

• • • • • Obr. 4: Rychlost média v provozních hodinách

3T 1/2002

•

Schéma I byty jsou seskupeny do domů po 6 bytech a připojeny přípojkou DN 32, 12 m dlouhou celkový počet bytů je 1 800, celkový počet domů a tedy přípojek DN 32 je 300 vždy asi 6 přípojek DN 32 je paralelně napojeno na páteřní rozvod DN 80 o délce 120 m počet páteřních rozvodů DN 80 je celkem 54 vždy asi 8 páteřních rozvodů DN 80 je paralelně napo− jeno na rozvod DN 200 o délce 300 m počet rozvodů DN 200 je celkem 7

• všech 7 rozvodů DN 200 je paralelně připojeno na jeden dálkový přivaděč DN 550 o délce 2 000 m • dálkový přivaděč je napojen na tepelný zdroj • celková délka všech tras činí 14 180 m. Na obrázku 5b je zachyceno schéma velmi kompakt− ní vnější teplovodné sítě s touto charakteristikou. Schéma II • byty jsou seskupeny do domů po asi 33 bytech a při− pojeny přípojkou DN 80, 25 m dlouhou • celkový počet bytů je 1 800, celkový počet domů a tedy přípojek DN 80 je 54 • vždy asi 8 přípojek DN 80 je paralelně napojeno na rozvod DN 200 o délce 200 m • počet rozvodů DN 200 je celkem 7 • každý ze 7 rozvodů DN 200 je připojen na blokovou kotelnu • počet blokových kotelen může být od 1 do 7; rozvody DN 200 z nich vycházejí paralelně • celková délka všech tras činí 2 750 m. Současnost odběru tepelné energie řešíme tak, jak již bylo výše uvedeno: veškerá tepelná energie je odebírá− na pouze v provozní hodiny 6:00 až 8:00 a 17:00 až 21:00, a to v daném měsíci rovnoměrně a v různých měsících v závislosti na průměrné vnější teplotě. Energetickou účinnost určujeme v souladu s vyhláškou 151/2001 Sb. jako poměr energie odebrané na patách domů vůči tepel− né energii dodané do sítě na patě tepelného zdroje. Tla− kové poměry v síti neřešíme.

Kalkulace energetické účinnosti z hlediska tepelných ztrát je provedena v rozsáhlé tabulce zahrnující celou tepelnou síť. Na obr. 6 je uvedena tabulka pro schéma I a variantu s vlečnou regulací teploty média. Ostatní vý− počty proběhly analogicky. Probereme si nyní některé části tabulky. Její první část Charakteristiky provozu popisuje již uvedené údaje o klimatických podmínkách a podmín− kách provozu sítě a spotřeby tepelné energie. Druhá část Přípojky DN 32 kalkuluje energetickou účinnost po jednotlivých měsících a ve dvou odlišných režimech: Provoz a Mimo provoz. Na řádku 22 je uve− deno odebrané teplo všemi 6 byty za daný měsíc, o řádek níže je rychlost proudění v přípojce v době provozu, tedy během odběru tepla. Na řádku 24 jsou uvedeny tepel− né ztráty přípojky na jednotku délky a pro dané provozní a klimatické podmínky. Metoda kalkulace těchto ztrát je shodná s metodou uvedenou ve výše citovaném článku. Ztráty přípojky v jednotkách GJ za celý měsíc a v provoz− ní době jsou uvedeny na řádku 26. Řádek 27 uvádí ener− getickou účinnost přípojky v provozní době. Řádek 29 dokumentuje, že odebrané teplo všemi byty v mimoprovozní době je nulové. Přípojky jsou však udr− žovány na snížené teplotě 70/55 oC, a proto jsou jejich tepelné ztráty nenulové (řádek 32 a 33). Energetická účinnost přípojek (řádek 34) v mimoprovozní době je

Obr. 6: Tabulka výpočtů účinnosti rozvodů

3T 1/2002

TEPLO, TECHNIKA, TEPLÁRENSTVÍ

Kalkulace

21

délka (m) úèinnost (%)

DN 32

DN 80

DN 200

DN 550

20

96,8

(*) 12

(*) 98,0

6

99,0

200

91,8

(*) 120

(*) 94,9

60

97,4

20

99,1

500

95,8

(*) 300

(*) 97,4

100

99,1

5 000

91,3

(*) 2 000

(*) 96,3

1 000

98,1

500

99,1

Celkem oznaèené (*) úseky

(*) 87,2

TEPLO, TECHNIKA, TEPLÁRENSTVÍ

Obr. 7: Tabulka účinnosti rozvodů pro různé délky

22

nulová, neboť z nich není odebírána žádná energie: veš− kerá energie dodaná do přípojek je tepelná ztráta. Řádky 36 až 39 shrnují energetickou bilanci provozu i mimoprovozu a pro všech 300 přípojek. Na řádku 37 jsou např. uvedeny celkové ztráty všech přípojek v jed− notlivých měsících, o řádek níže pak celkové dodané teplo do všech přípojek a řádek 39 uvádí energetickou účin− nost za uvedený měsíc. Celoroční účinnost je uvedena na řádku 40. Poslední sloupec Celk shrnuje některé číselné hodnoty a slouží rovněž pro kontrolní výpočty. Třetí část Rozvod DN 80 postupuje analogicky s drob− nými rozdíly. V části Mimo provoz se objevují na řádku 52 nenulové hodnoty dodaného tepla, neboť rozvod DN 80 musí dodávat tepelnou energii pro ztráty v přípojkách DN 32. Podobně rychlosti proudění jsou nenulové, ale při kvantitativní regulaci velmi nízké (řádek 53). Pro kontrolu může sloužit řádek 38 „Teplo do všech přípojek“ (DN 32) a řádek 59 „Teplo ze všech rozvodů“ (DN 80). Hodnoty jsou v obou řádcích shodné, neboť veškeré teplo předané z rozvodů DN 80 do přípojek DN 32 je buď dodáno odběratelům nebo je v nich ztraceno formou tepelných ztrát přes izolaci do okolního prostředí. Celoroční účinnost uvedená na řádku 63 se týká pouze rozvodu DN 80, nikoliv přípojek DN 32. Čtvrtá a pátá část Rozvod DN 200 a Dálkový přiva− děč DN 550 jsou věrnou analogií předcházejících částí tabulky.

média (méně než 1,3 m/s), nízké dimenze a nikoliv maxi− málně využitelný teplotní spád (pouze 15 K) pro zajištění úplné a postačující dodávky tepelné energie. Z hlediska potřebného výkonu je celá dodávka tepla „vtěsnána“ do pouhých 6 provozních hodin. Ukazuje se tak opět, že pro− blém dimenzování potřebného výkonu zdrojů i rozvodů nespočívá v ustálené dodávce tepelné energie, ale v od− běrových špičkách, které krátkodobě a pouze několikrát v roce vyžadují několikanásobné překročení běžných pro− vozních hodnot. I výpočet v tabulce na obr. 6 tedy může sloužit k tlaku na provozní potlačení požadavků na odbě− rové špičky např. akumulací tepla v TUV nebo v částech potrubního systému o větších dimenzích. Lze pak snížit dimenze instalovaných potrubí a snížit tak celkové ener− getické ztráty i investiční náklady. Všimněme si rovněž (např. řádek 80), že i když rozvod DN 200 pracuje pouze pro ztráty svoje a všech nižších dimenzí, je jeho účinnost poměrně vysoká, a to nad 72 %. Výrazný vliv na účinnost má i délka potrubí. Zkrátí−li se délka trasy, účinnost se razantně zvyšuje, o čemž svědčí přehledná tabulka na obr. 7. Detailnější výpočet ukáže, že celoroční účinnosti 99,0% lze dosáhnout (při popsa− ném provozním režimu) s těmito délkami jednotlivých dimenzí: DN 32: 6 m, DN 80: 23 m, DN 200: 120 m, DN 550: 550 m. Konečným cílem výpočtů je znalost energetické účin− nosti celého systému tepelné sítě. V této souvislosti je třeba připomenout pravidlo pro určení účinnosti celé sítě složené z uvedených úseků čtyř dimenzí. Celková účin− nost je rovna součinu účinností jejích jednotlivých úse− ků. Platí tedy, že pro označené úseky v tabulce obrázku 7 je výsledná účinnost 87,2%, což je součin označených účinností. Takové pravidlo platí pouze proto, že jsme roz− dělili celou síť na úseky, přičemž jsme určili účinnost

Výsledky Všimneme si nejdříve některých hodnot v právě uve− dené tabulce na obr. 6. Snad poněkud překvapí poměrně krátké provozní časy (6 hodin denně), nízké rychlosti

3T 1/2002

Obr. 8a, 8b: Ztráty izolací na jednotku délky

Obr. 10: Účinnost pro dva různé režimy teplot

každého z nich a veškeré teplo vystupující z jednoho úse− ku vstoupilo do úseku následujícího. V praxi bude asi pro− vedení takového rozdělení na jednoznačně definované úseky podstatně složitější. Grafy na obrázku 8a a 8b srovnávají tepelné ztráty na jednotku délky ve dvou režimech: provoz a mimo provoz ve variantě vlečné regulace. V zimních měsících se tedy vlivem snížení provozní teploty média o 15 K snižují ztrá− ty zejména větších dimenzí. Grafy na obrázku 9 hodnotí naopak jednotlivé úseky v celé délce a z hlediska celoroční účinnosti souhrnně v době provozní i mimoprovozní. V průběhu roku mimo otopné období účinnost všech rozvodů výrazně klesá. Pou− ze však u dlouhého páteřního rozvodu DN 80 se sníží až pod hodnotu 88 %, u ostatních zůstává výrazně nad 90 %. Zajímavé je i srovnání změny energetické účinnosti vli− vem změněného režimu provozní teploty média repre− zentované na obr. 10. Nenechme se však mást pouhým dvouprocentním rozdílem v letních měsících rozvodu di− menze DN 200: za 5 letních měsíců přenese systém asi 13 000 GJ. Zmíněná 2 % odpovídají tedy 260 GJ, což činí 91 000,− Kč při jednotkové ceně 350,− Kč/GJ. Na části rozvodu dimenze DN 80 činí rozdíl dokonce 4 %, a to rov− něž z přenesených 13 000 GJ. Zde by úspora snížením teploty činila již 182 000,− Kč. Celkem se tedy při uve− deném snížení teploty média pouze v letních měsících a na dvou úsecích ušetří 273 000,− Kč/rok. V posledním obrázku − přehledné tabulce na obr. 11 jsou uvedeny hodnoty účinnosti pro několik variant. Všechny byly vypočteny postupem uvedeným výše. Zejména se rozlišují tyto varianty:

TEPLO, TECHNIKA, TEPLÁRENSTVÍ

Obr. 9: Účinnost pro různé dimenze rozvodů

• dle teploty média rozlišujeme variantu s konstantní teplotou (Trvale 90/75) a s „Vlečnou regulací“ dle prů− měrné vnější teploty • dle topologie a délky sítě rozlišujeme variantu Sché− ma I (délka 14 180 m) a Schéma II (délka 2 750 m). Ve čtvrtém sloupci tabulky jsou uvedeny celkové roční ztráty tepelné energie v jednotkách tis. Kč, přičemž cenu tepla předpokládáme ve výši 350,− Kč/GJ. Další sloupce připomínají některé základní hodnoty dané varianty. Celkové výsledky jsou uvedeny v posledních 5 sloup− cích tabulky, které mají společné označení „Účinnost“. Sloupec „Každá větev“ zvlášť obsahuje hodnoty jednot− livých částí sítě za daných provozních a ostatních uvede− ných podmínek. Následuje sloupec účinnosti celé sítě, přičemž ve variantě Schéma II se síť skládá pouze ze dvou velikostí dimenzí: DN 80 a DN 200. Následující sloupce obsahují hodnoty pro případy, kdy ve variantě Schéma I chybí jedna nebo dvě části sítě: buď chybí část DN 32, nebo DN 550 nebo obě. Délka vnějších rozvodů včetně dálkového přivaděče a přípojek pro 1 800 bytů, tj. asi 6 000 obyvatel žijících v panelovém sídlišti může být dle tabulky a zvoleného modelu velmi rozdílná. Zejména její rozsáhlost a provoz− ní podmínky jsou určujícími faktory pro výslednou ener− getickou účinnost z hlediska tepelných ztrát. Například tedy v případě, že: • hustota zastavěnosti zásobovaného sídliště je vysoká a teplovodní přípojky jsou tudíž krátké, • počet bytů v jednotlivých domech je vysoký, • tepelné zdroje jsou v blízkosti zásobovaných objektů a • z hlediska ztrát v rozvodech se dodržují energeticky výhodné provozní podmínky, je dosažitelná celoroční energetická činnost vnějších roz− vodů kolem 97% (varianta vlečné regulace a schématu II).

Obr. 11

3T 1/2002

23

TEPLO, TECHNIKA, TEPLÁRENSTVÍ

Naopak, pokud je teplovodní síť rozsáhlá, tepelná ener− gie je přiváděna ze vzdálenosti několika kilometrů a spí− še do menších objektů a pokud není mimo provozní ho− diny snižována teplota média, bude klesat energetická účinnost až k hodnotě kolem 80 %. Tabulka poskytuje i hrubou orientaci v dalších možných běžných případech. Neslouží a ani nemůže sloužit ke sta− novení energetické účinnosti jiných reálně provozovaných vnějších rozvodů. Potvrzuje však, že ve většině sítí je z důvodů uvedených i v nahoře citovaném článku fyzi− kálně a za přijatelných ekonomických podmínek nemož− né energetickou účinnost měřit. Chceme−li se dobrat je− jího stanovení, a to nejen proto, že to přikazuje vyhláška 151/2001 Sb., ale například i z důvodů ekonomických pro rozpočítávání nákladů na rozvod a dodávku tepelné ener− gie, bude asi nezbytné využít metodu výše popsanou: energetickou účinnost zkalkulovat a nikoliv změřit po− mocí kalorimetrické metody. Postup by mohl být například následující. Především je třeba zmapovat tepelnou síť a zjistit zejména údaje o délkách potrubí, dimenzích, tloušťkách izolace, hloub− ce uložení atd. a poté vhodně strukturu sítě s ohledem na způsob provozu zjednodušit. Dále bude nezbytné znát provozní hodiny, teploty média, teploty okolního vzdu− chu a množství tepla odevzdávané do sítě. Mimo posled− ní veličiny lze doporučit hodinový interval odečtů. Veškeré tyto údaje je pak třeba zanést do vhodně struk− turovaného sešitu tabulkového kalkulátoru se zadanými vzorci a energetickou účinnost systému vypočítat. Program kalkulátoru by měl umožňovat měnit provoz− ní teploty, provozní hodiny, venkovní teploty a všechny další proměnlivé veličiny tak, aby byly postupným ladě− ním nalezeny optimální provozní parametry s ohledem na klimatické podmínky, požadavky odběratelů, minima− lizaci tepelných ztrát a v neposlední řadě i požadavky vyhlášky 152/2001 Sb. o pravidlech pro vytápění a dodáv− ku TUV. I nevelká síť o dél− kontakt ce kolem 3 000 m a dodáv− RNDr. Tomáš Chudoba, CSc. kou 100 000 GJ/rok se může Erding a.s. Kosmákova 28, 615 00 Brno odměnit ročními úsporami tel.: 05/ 4524 4874 ve výši statisíců Kč. mobil: 0603/ 290 326

24

Aquatherm Praha 2001

○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

Ve dnech 20. až 24. listopadu 2001 se na výstavišti v Praze Holešovicích konal již 8. ročník odborného veletrhu Aquatherm. Představilo se na něm 452 přímých vystavovatelů z 10 zemí na čisté výstavní ploše 14 546 m2. Zahraničních vystavovatelů bylo 59 (1 632 m2). Z toho více než polovina z Německa (19) a Itálie (17), které měli na veletrhu kolektivní expozici. Společně s nimi prezentovali svoje výrobky a služby i zástupci ze Slo− venska (9), Rakouska (7), Polska (3) a po jednom z Japonska, Slovinska,Turecka a Velké Británie. V expozicích přímých vystavovatelů bylo zastoupeno ještě dal− ších 274 firem z 23 zemí (Belgie, Česká republika, Dánsko, Fin− sko, Francie, Holandsko, Chorvatsko, Itálie, Japonsko, Maďarsko, Německo, Polsko, Rakousko, Slovensko, Norsko, Lichtenštejn− sko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Kanada, Jižní Korea, USA a Velká Británie). Veletrh byl provázen řadou doprovodných akcí. Například Mezinárodní seminář HVAC – technologie pro třetí tisíciletí, pořádaný Federací evropských odborných společností z oboru technika prostředí (REHVA) v nedalekém Planetáriu. Ten byl věnován úsporám energie, moderním technologiím, kvalitě vnitřního prostředí a evropské legislativě. Mezinárodní konference „Východ“ byla organizována v Parkhotelu Českou společností pro technická zařízení (ČSTZ). Ta ve stejném místě pořádala i konferenci k Zákonu o hospodaření s energií v praxi, určenou především pro montážní firmy. V rámci Aquathermu byla vyhodnocena i soutěž Země pro vnoučata. Zvláštní ocenění byla udělována firmám za nejlepší projekty v oblasti úspor energie a ochrany životního prostředí. V soutěži o nejlepší exponáty veletrhu bylo uděleno celkem 10 zlatých medailí, 18 čestných uznání a vůbec poprvé i 1 zvláštní uznání.

ZLATÉ MEDAILE obdrželi: Grundfos A/S za oběhové čerpadlo GRUNDFOS MAGNA UPE Series 2000 (člen Teplárenského sdružení ČR); Schiedel, s.r.o. za komínový systém AVANT PRIMO; Robert Bosch GmbH za plynový průtokový ohřívač vody Hydro Power, typ WK 350−7KG; Viessmann Werke GmbH za závěsný plynový kondenzační kotel Vitodens 200 typ WB2; PROTHERM, s.r.o. za stacionární plynový kondenzační kotel se zásobníkem TUV, PROTHERM LEV 20 KKZ; Janka Radotín, a.s. za klimatizační jednotku KLMV SENÁTOR; LDM,s.r.o. za řadu regulačních ventilů BEEline s integrova− ným omezovačem průtoku; Vlastimil Mandík za software HEFAISTOS; ENBRA, s.r.o. za měřicí přístroj ENBRA SBS 3000 – SMART BALANCING SYSTÉM; Thermona, s.r.o. za softwarové vybavení řízení kotlů s využi− tím nové vlastní konstrukce interface.

Jedno z čestných uznání obdržel i další člen Teplárenského sdružení České republiky společnost BYTTHERM, s.r.o. za komplexní systém rozúčtování nákladů na otop, TUV a SV, BT−SYSTÉM. Další z čestných uznání obdržela i společnost PolyComp, a.s., za parní motor PM−VS75, o němž jsme informo− vali ve Zpravodaji TS ČR. Zvláštní uznání, které bylo uděleno v historii veletrhů Aqua− therm poprvé a obdržela ho firma Buderus Heiztechnik GmbH za plynové difúzně−absorpční tepelné čerpadlo LOGANOVA GWP 102. Příští ročník veletrhu Aquatherm Praha se bude konat ve dnech 26. až 30.listopadu 2002.

3T 1/2002

Bezdrátové technologie v teplárenství

Bezdrátová technologie je velmi rychle se rozví− jející odvětví. Prvotní nejistoty typu „jak to může bez drátů fungovat“ nebo „to nemůže být bez− pečné“ jsou minulostí. Kdysi drahé, pomalé a ne− standardní bezdrátové LAN produkty jsou nyní rychlé, standardizované a cenově dostupné. Pře− svědčilo se o tom i Tepelné zásobování Brno.

Bezdrátové technologie dnes pokrývají celou škálu různých aplikací od připojení počítačových periférií, jako jsou tiskár− ny a skenery, přes lokální sítě až po vysokorychlostní páteř− ní spoje. Stále více jsou dané technologie také využívány pro technologické přenosy, kdy tyto spoje umožňují např. přenášet data z jednotlivých výměníků, čerpacích stanic apod. z celého města do jednoho centrálního dispečinku. Propojení podnikových LAN sítí, připojení vzdálených pra− covišť, metropolitní sítě, dálkové monitorování a ovládání, spojení v rámci budov, podniku, města a mezi městy – tady všude se dají využít bezdrátové systémy. Podívejme se tedy podrobněji na základní vlastnosti těchto technologií. Bezdrátové technologie je velice široký pojem, a proto je třeba hned na začátku vymezit, čeho se bude následující popis týkat. Budou to především WLAN (Wireless Local Area Network) neboli bezdrátové lokální sítě. Slovo „lokál− ní“ v názvu je poněkud zavádějící a naznačuje spíše pů− vodní záměr než současnou realitu. Tyto bezdrátové lokální sítě využívají přenosové pásmo 2,4 GHz, což je pásmo vol− né, prosté poplatků a bez přihlašovací povinnosti. Přestože je to nekoordinované pásmo, určitá pravidla zde samozřej− mě platí. Veškerá zařízení jsou provozována na základě ho− mologace a Generální licence GL12/R, která mimo jiné např. omezuje vyzařovaný výkon. Navíc je tato technologie navr− žena tak, aby byla maximálně odolná proti rušení. Jednou z nejčastějších otázek uživatelů, uvažujících o na− sazení „bezdrátů“, je otázka bezpečnosti. U bezdrátové sítě se signál volně šíří a mohlo by se zdát, že se může připojit kdokoliv. To je ovšem opravdu jenom zdání. Kaž− dá stanice se musí identifikovat pomocí tzv. SSID, což je 32znakový řetězec a navíc je tento klíč společně s daty kódován dalším až 128bitovým klíčem, který se již vzdu− chem nepřenáší. Níže popsaná technologie Cisco Airo− net byla navíc vyvinuta pro vojenské účely a jejich rádio− vá část využívá modulaci s rozprostřeným spektrem. Veli− ce zjednodušeně řečeno to znamená, že tyto systémy jsou imunní vůči interferencím generovaným jinými signály a lze je obtížně zachytit. Zařízení, pracující s rozprostřeným spektrem, mohou vy− užívat v podstatě dvě technologie. Jednou je technologie Frekvenčních přeskoků (FHSS) při které jsou k přenosu používány sekvence jednotlivých kmitočtů. Druhou je technika přímé frekvence (DSSS), při které je kmitočto− vé pásmo pevně přiděleno jednotlivým vysílačům. Stej−

ně tak jako v minulosti, jsou zařízení Cisco Aironet nabí− zena v obou variantách, což bylo pro tohoto výrobce ty− pické a jedinečné. Při samotné instalaci těchto prostředků se musí dbát na nutnost přímé viditelnosti mezi spojovanými body. Paprsek, vysílaný v tomto pásmu, se „neohne“ ani ne− projde zdí budovy. Častý dotaz se týká vlivu počasí. Pří− mý vliv je pro pásmo 2,4 GHz minimální. I velice hustý déšť či sněžení znamená pouze zanedbatelný útlum. Dů− ležitý je správný výběr antény s ohledem na překle− novanou vzdálenost, délku anténního svodu a místní pod− mínky. V současné době je na trhu již několik desítek typů antén určených pro pásmo 2,4 GHz. Antény se liší nejen ziskem, ale i vyzařovací charakteristikou a v neposlední řadě kvalitou provedení. V každém případě je vhodné obrátit se na profesionální instalační firmu, která vám uva− žované spojení navrhne včetně veškerého příslušenství, provede kontrolní měření před samotnou instalací apod., zkrátka vám vybuduje spojení „na klíč“. Ucelená řada prostředků bezdrátového přenosu Cisco Aironet vám svou vysokou technickou a technologickou úrovní zaručuje bezproblémový, bezpečný a ekonomicky velmi úsporný provoz. Obsahuje několik stavebních prv− ků s různým určením, pomocí kterých lze sestavit optimál− ní kombinaci podle potřeb příslušné aplikace. Veškerá za− řízení jsou plně kompatibilní v rámci standardu 802.11 a mezi zařízeními ostatních výrobců vynikají nejvyšší reál− nou průchodností. Produkty Cisco Aironet vedle technic− ké dokonalosti vynikají skvělou dálkovou správou. Je mož− né využít SNMP management, TELNET sesion, ale i Webové rozhraní, které usnadňuje instalaci a správu a poskytuje velmi podrobné ovládání autentizace, šifrová− ní a dalších funkcí. Mezi nejrozšířenější a nejčastěji používaný produkt Cis− co Aironet patří bezesporu zařízení AIR BRI340. To je bezdrátový ethernet bridge, který v sobě zahrnuje jak rá− diovou část, tak i inteligentní Ethernet Bridge, který za provozu monitoruje aktivitu a do tabulky si dynamic− ky zapisuje adresy právě připojených zařízení (pracovní stanice, servery, routery apod.). Pomocí této tabulky se pak operativně rozhoduje, zda přijatý paket vyslat přes rádio− vou trasu či ne. Tak jsou vysílány pouze pakety, které do „vzduchu“ patří a nedochází tak ke zbytečnému zatě− žování trasy. Vzniklé spojení je transparentní pro proto− koly vyšších vrstev a lze jej tedy použít pro jakékoliv síťo− vé operační protokoly i pro jejich kombinace. Bridge dovolují vytvářet trasy typu bod − bod nebo stromovou či hvězdicovou strukturu, čímž se v mnoha případech po− daří zjednodušit a zlevnit celou realizaci spojení. Pokud není mezi body, které hodláme propojit, přímá viditel− nost, lze vybudovat jeden nebo i více aktivních retrans− lačních bodů a komunikaci lze realizovat přes tyto body. Ethernet segment se připojuje přímo na bridge pomocí konektoru TP, BNC či AUI. I když jsme o bezpečnosti

TEPLO, TECHNIKA, TEPLÁRENSTVÍ

Petr Lichtenberg

3T 1/2002

25

TEPLO, TECHNIKA, TEPLÁRENSTVÍ

přenosu již hovořili, za zmínku stojí neexistence univer− zálního přístupového hesla. Správní software zahrnuje ná− stroje na správu, pro nastavení síly signálu, průzkum ob− lasti nasazení sítě a testování již vzniklého spojení. Pře− nosovou rychlost lze nastavit buď na pevnou hodnotu v rozmezí od 1 Mbit/s do 11 Mbit/s nebo nechat auto− matické přepínání rychlosti v závislosti na aktuálních příjmových podmínkách. Tím se v mnoha případech paradoxně docílí vyšší průchodnosti než při fixním na− stavení rychlosti. Bezdrátové bridge vám tak umožní elegantně překonat přirozené bariéry, jako např. frek− ventované komunikace, železniční spoje, vodní toky apod., a to za velice zajímavých cenových podmínek. Není−li potřeba bridgování vzniklého spojení, je mož− né využít další komponenty. Základem je přístupový bod, což je bezdrátový hub, prostřednictvím kterého probíhá veškerá komunikace vzduchem. Zjednodušeně lze říci, že bezdrátové stanice spolu nikdy nekomunikují přímo, ale vždy prostřednictvím Access Pointu. Tento přístupový bod svou přenosovou rychlostí umožňuje i nasazení v prostředí, které je náročné na přenos dat. S připojením vhodné anté− ny dosáhnete pokrytí poměrně rozsáhlého území rádiovým signálem. Vhodným rozmístěním těchto Access Pointů do− sáhnete zvýšení průchodnosti až na 33 Mbit/s. Pro koncové stanice lze použít jak PCI či ISA karty s vestavěným rádiovým modulem, tak i zařízení externí. S výhodou lze použít externí adaptér pro připojení jednoho zařízení (1 MAC adresy). Komponenty lze zajistit i pro větší skupinu až do 8 připojených zařízení (8 MAC adres). Výho− dy těchto zařízení oceníte nejlépe v aplikacích, kdy nelze anténu umístit v blízkosti připojovaného zařízení, použije− te jeden z těchto externích produktů a od něho již pomocí TP kabelu připojíte požadované zařízení. Tolik teorie. A co říká praxe? To ukazuje nasazení těchto systémů ve společnosti Tepelné zásobování Brno, kde mi− krovlnnou část vybudovala firma KAISER DATA, s. r. o., ve spolupráci s firmou Johnson Controls Intl. Celá tato apli− kace řeší centrální dispečerské řízení velkého množství tepelných zdrojů s využitím právě bezdrátové komunikace. Vybudování dispečerského systému je rozděleno do něko− lika etap a v současné době je spravováno 200 velkých tepelných zdrojů o výkonu od 3 do 10 MW a 350 malých domovních zdrojů o výkonu do 1 MW. Celkově se jedná o 20 000 informačních bodů. Dispečerská pracoviště tvoří operátorské pracovní stanice OWS systému Metasys. Veš− kerá technologie je logicky zobrazena pomocí barevné dynamické grafiky, aby dispečer měl před sebou reálný obraz daného zdroje a operátoři vidí celý systém správy technického zařízení najednou. Všechna dispečerská stanoviště jsou nejen díky mikro− vlnnému propojení navzájem zastupitelná, tzn. že je mož− né provádět na jakémkoliv zdroji, řízeném z dispečinku, jakoukoliv změnu hodnot v regulátoru. Vzhledem k tomu, že rozmístění jednotlivých tepelných zdrojů je lokalizo− váno do okrajových částí Brna, byla zvolena dvouvrstvá architektura sítě, přičemž v tomto článku je popsána pouze první část. Na základě prostorového rozmístění jednotlivých zdrojů a dispečinků je možné z hlediska efektivní rychlosti řízení, monitorování a sběru dat rozdělit oblasti do 16 lokalit.

26

3T 1/2002

Každá lokalita je osazena jednou síťovou řídicí jednotkou (konkrétně NCM361). Těchto 16 síťových serverů a pět dispečerských stanic OWS je začleněno do informační sítě N1−LAN. Jedná se o bezdrátovou ethernetovou síť, která je vytvořena pomocí mikrovlnných pojítek nahrazujících kabelové propojení. Mikrovlnné spojení je realizováno po− mocí zařízení AIRONET Bridge s přenosovou rychlostí 2 Mbit/s a v současné době dochází ke zvýšení rychlosti na 11 Mbit/s. Tato síť při této rychlosti zajišťuje velmi rychlou výměnu informací a dat mezi dispečinky a řídícími servery. Zároveň zakládá možnost postupného připojování dalších uživatelů, kteří mají vztah k tepelnému hospodářství. Ved− le již uvedených předností této topologie stojí za zmínku také zajištění decentralizace dat z jednotlivých zdrojů. Firma KAISER DATA, s. r. o., která výše uvedené mi− krovlnné propojení realizovala, je česká soukromá spo− lečnost, která na trhu informačních technologií působí již od roku 1992. Od roku 1994 se výrazně profilovala jako jeden z prvních dovozců kontakt a průkopníků mikrovln− Petr Lichtenberg ných datových komunika− KAISER DATA, s.r.o. cí a byla iniciátorem vydá− Sečská 816, 537 01 Chrudim ní generálního povolení tel.: 0455/ 638 530, fax: 0455/ 638 534 http: //www.kaiser.cz pro bezplatné používání e−mail: [email protected] pásma 2,4 GHz v ČR.

Vážení čtenáři, právě listujete dalším číslem odborného časo− pisu 3T – Teplo, Technika, Teplárenství. Jistě vám neušlo, že má po deseti letech novou, živější obál− ku i grafiku. I odborný obsah bychom rádi ve spo− lupráci s vámi oživili. Denně se děje v teplárenství řada věcí, které stojí za publikování. Stačí dát vě− dět na výkonné pracoviště Teplárenského sdružení ČR. Abychom mohli časopis 3T připravovat rych− leji a pružněji, přešla jeho příprava od tohoto čísla plně na výkonné pracoviště TS ČR do Pardubic. To se odrazí i v aktuálnějším obsahu 3T. Již vloni bylo navýšeno cílené rozesílání časopi− su. Více než dvě třetiny nákladu (přes tisíc výtisků) putuje nejen ke členům Sdružení a společnostem, které v teplárenství podnikají, ale i na řadu měst− ských a obecních úřadů nebo do poslaneckých i se− nátorských kanceláří. Cílené rozesílání časopisu 3T umožňuje přesně zasáhnout vaše budoucí klienty nabídkou služeb či výrobků na stránkách 3T. Inzerce v 3T je samozřejmě pro členy Sdružení opět zvýhodněna a její ceny jsou v porovnání s ostatními tiskovinami symbolické. Vaše nabídka v 3T má navíc větší šanci, že přijde na stůl právě těm, na které se obracíte a kterým je určena. Současná vysoká kvalita časopisu 3T je nejen zásluha naše, ale i vaše. Zpětná vazba s našimi čtenáři je velice cenným pomocníkem při přípravě 3T. Proto se těšíme na další spolupráci. Redakce časopisu 3T

Aktuality Skutečné rozšíření palivových článků k vytápění domů a bytů, které pracují jako malé teplárenské agregáty, nebude zřejmě tak rychlé, jak uvádějí některé optimistické údaje. Podle výsledků studijních prací lze očekávat, že mikroa− gregáty s palivovými články PEMFC, SOFC a MCFC, jejichž vývoj postoupil nejdále, mohou být v ověřovacím provo− zu v roce 2005. U agregátů pro jedno a dvourodinné domky je přitom nutno počítat s odbytem několika tisíc kusů, jejichž použití by bylo zajištěno angažo− vaností elektrárenských společností. Výrobci ovšem sami předpokládají, že malé topné agregáty bude možno nabízet za konkurenční ceny teprve při výrobě nejméně 100 tisíc kusů ročně. Příplatek za dodávku do el. sítě 5 ct/kWh, se kterým se počítá v právě projednávaném teplárenském zákonu, nepostačí podle mínění expertů k vy− tvoření hromadného trhu topných pali− vových článků. Energie a Management č. 23−24/2001, str. 25

•Využití pevné biomasy Pro využití pevné biomasy je t. č. nej− hospodárnější parní teplárenský cyklus s použitím parních turbín nebo parních strojů. Zplyňování ve fluidní vrstvě a Stirlingův motor jsou teprve na začátku. To této kategorie spadá např. teplárna Oberrath, 3,9 MW e , spalující kůru, která byla postavena v r. 1992 pro nej− větší německou pilu. Několik jejích částí muselo být postupně vyměněno, ale teplárna dosahuje provozní poho− tovosti 95 %. E.ON Kraftwerke plánuje stavbu 2 tep− láren 20 MWe na staré dřevo. Jedna z nich /Zolling, Bavorsko/ má dávat tepelný výkon 30 MWt, druhá /Hannover/ nemá zatím zajištěn odběr tepla. Původně za− mýšlela E.ON použít fluidní spalování, prosadilo se však zařízení Alstom se spa− lováním na roštu. Elektrická účinnost má být ηe = 30 %. V Rakousku se vyvíjí proces ORC s organickou pracovní látkou (např. si− likonový olej) odpařující se při nižších teplotách a tlacích. Počítá se s výkony 300 – 1000 kW e, které jsou vhodné pro pily. První dvě demonstrační teplárny tohoto typu jsou v provozu v Admontu a v Lienzi a plánují se dvě další. Pro výkony 100 – 2000 kWe do− dává fa Spilling robustní parní stroje.

Od r. 1985 je taková teplárna v provozu v Bádensku. Pro malé výkony bude zajímavý též Stirlingův motor, na kterém pracuje dánská TU. Motor s výkonem 9 kW e má spalovací komoru na bioplyn, větší jednotka 35 kW e má pracovat s kon− venčním spalováním dřeva. S komer− čním využitím těchto systémů se počítá v r. 2004. Na prahu hospodárnosti jsou teplárny s fluidním zplyňováním biomasy. Zaříze− ní s plynovými turbínami 6 a 9 MWe byla již úspěšně odzkoušena, pro nízké ceny elektřiny jsou však zatím odstavena. Za− řízení tohoto typu s plynovým motorem nebo turbínou ve V. Británii, USA a Ra− kousku nejsou ještě provozně zcela zralá. Pracuje se rovněž na zplyňování dřeva v pevném loži, mj. též na vyso− koteplotní zplyňování při 2000 oC v ku− polní peci.

Z 11 tepláren vyhlášených v uplynulém roce v časopise Energie a Management jako blokové teplárny měsíce byla jako bloková teplárna roku vybrána centrála fy Microsoft v Mnichově. Je vybavena tře− mi motory Waukesha s výkonem 475 kWe a 621 kWt. V centrále je instalován rov− něž plynový kotel 1500 kWt a vybudová− ny dva podzemní horkovodní akumulá− tory po 40 m3. Bloková teplárna je určena i k zásobování chladem, má proto jeden absorpční chladicí agregát 800 kW a je− den agregát kompresorový 500 kW. Čtyři chladiče systému chlazení jsou umístěny na střeše. Celá soustava je dálkově kont− rolována a řízena systémem OMSI fy ABB Energiesysteme. Energie a Management č. 23−24/2001, str. 24

•Účinnost plynových turbín

Ceny energetických rostlin nebyly uvá− děny. Ceny biomasy jsou výrazně ovliv− něny náklady na jejich svoz. Je tedy nutná pečlivá kalkulace, mj. také proto, že příslušná zařízení nejsou za− tím vyráběna ve větších sériích a tudíž levněji.

Zdokonalené plynové mikroturbíny no− vého typu s výkonem 25 – 300 kW jsou na prahu uplatnění v energetickém trhu. Jejich pracovní teplota je sice omezena na 850 – 950 oC, vyznačují se však nový− mi konstrukčními prvky, takže mají pod− statně zvýšenou účinnost. Uvádějí se např. vývojové projekty jednotek: 100 kW s účinností cca 39 %, 130 kW s účinnosti 35 % a jednotky 300 kW s účinností 40 %. Při použití stejných kon− strukčních principů jako u velkých tur− bín by účinnost činila 14 – 15 %. Jinak se účinnost pohybuje v rozmezí 18 – 30 % /turbíny 600 – 700 kW/ až 28 – 40 % /8,5 – 10 MW/. Špičková hod− nota se vztahuje (pozn. ref.) k turbínám Solar USA /v Evropě licenční výroba u fy Tuma Turbomach, Švýcarsko/. Rozptyl účinnosti je vzhledem k tomu, že jde namnoze o prototypy, značný. Proto jsou v citovaném pramenu uvedeny jen její hodnoty v jednotlivých případech, niko− liv spojité křivky účinnosti v závislosti na výkonu.

Energie a Management č. 23 – 24/2001, str. 1

Jahresmagazin EM 2001, str. 66

S rostoucím počtem zařízení je nutno očekávat také stoupání cen paliv. V r. 2001 činily: DM/t odpadové dříví z lesa (zbytky) 100 – 150 odpadové dříví z průmyslu 10 – 60 staré dříví 80 – 0 paliva z péče o krajinu (různé odpady, výřezy aj.) 0 – 10 sláma 70 – 100 bioodpady 30 – 0

•Vývoj účinnosti plynových turbín Vliv pracovní teploty a její vliv na účinnost plynových turbín v uplynulých obdobích ukazuje tabulka Období

1945 − 50

vstupní teplota oC tlakový poměr teplota spalin

oC

el. účinnost %

kolem 1980

dnes

550

945

1150 − 1300

6

10

30

320

480

550

18

31

38

Jahresmagazin 2001 EM, str. 66

AKTUALITY

•Palivové články k vytápění

•Bloková teplárna roku 2001

3T 1/2002

27

Vliv teploty je nejsilnější, projevuje se ovšem i zdokonalení konstrukce, zejména kom− presorů (zvýšený tlakový poměr).

Contens

Inhalt

German approach to support combined production of electricity and heat

Das Herangehen der BRD zur Förderung der kombinierten Strom− und Wärmeproduktion

Ing. Miroslav Kubín, DrSc. The deregulation of energy market in many European countries brought combi− ned production of electricity and heat to the limit values. This fact enforced pas− sing the "Act on protection of the KVET (combined production of electricity and heat) electricity" in Germany. However its validity is time limited, the aim is to provide stability of the KVET sources on the German energy market during the transitive period.

Dipl.−Ing. Miroslav Kubín, DrSc. Bei der Liberalisierung des Energiemarktes ist in vielen europäischen Ländern die kombinierte Strom− und Wärmeproduktion an die Überlebungsgrenze gera− ten. Diese Tatsache hat sich in der benachbarten BRD sogar „das Gesetz zum Schutz der elektrischen Energie aus der kombinierten Strom− und Wärmepro− duktion“ erfordert. Die Gültigkeit des Gesetzes ist zwar zeitlich begrenzt, aber dieses Gesetz sollte in der vorübergehenden Zeit die Quellenstabilität der kom− binierten Strom− und Wärmeproduktion am Energiemarkt unserer westlichen Nachbarn sicherstellen.

Technical and economic analysis of combined electrity and heat production in small district heating−plants Prof. Ing. Jaroslav Kadrnožka, CSc.; Ing. Aleš Kornas The article presents an analysis of the impact of the electricity consumed by the heating−plant micro−centre operation, produced heat and the heating coeficient T on economic benefits of combined production of electricity and heat. It has been proved that the economic effectivity largely depends on and T parameters.

To measure or not to measure? Ing. Petr Linhart Measuring of heat and domestic hot water delivery has been considered a solved problem from the of technical and metrological points of view. Problems arise in application of the Acts No 406/2000 Coll. and 458/2000 Coll. and the relevant Codes of Practice. The most serious problems have been caused by neglecting basic technical conditions in the assembly and operation of measuring devices and by incompetent acting of consumers. The contribution presents a summary of observations carried out by heating systems operators, and the problems negotia− ted in the expert group for measuring and regulation which operates within the Association for District Heating of the Czech Republic.

Calculation of energetic effectivity in external heating distribution RNDr. Tomáš Chudoba, CSc. The article models the structure and operational conditions of hot water network assembled of pre−insulated pipeline which is situated in a characteristic Czech housing estate. The model contains two total route lengths − 3 km and 14 km plus two ways of operation − follow up temperature regulation and constant temperatu− re. Full table of calculation of energetic effectivity is presented from the point of view of heat loss hz according to section (5) § 3 of the Code 151/2001 Coll. The author further calculates the effectivity for all the presented options comparing the results from different points of view. The calculated network effectivity, which can transfer 100 000 GJ per year, easily reaches the values about 90%, in extremely convenient conditions about 97%. The article reminds the reader that the calcula− tion is often the only method of energetic effectivity determination because the calorimetrical methods fails due to its high values.

Wireless technologies in heating industry Petr Lichtenberg Wireless technology is a very quickly developing sector. Early uncertainties of the type “how it can work without wires” or “this cannot be safe” have gone. Originally expensive, slow and above−standard wireless LAN products are now quick, standar− dized and price−available. The company Heat Supply of Brno has become convin− ced of that.

Technisch – ökonomische Analyse der kombinierten Strom− und Wärmeproduktion in Heizkraftwerkmikrozentralen Prof. Dipl.−Ing. Jaroslav Kadrnožka, CSc., Dipl.−Ing. Aleš Kornas – VUT Brno Im Artikel wird analysiert der Einfluss des durch den Betreiber der Heizkraft− werkmikrozentrale verbrauchten Stromanteils und der produzierten Wärme Î und des Wertes des Heizkraftwerkkoeffizients aT auf die ökonomischen Beiträge der kombinierten Strom− und Wärmeproduktion. Es wird gezeigt, dass die ökono− mische Effizienz wesentlich von diesen Werten Î und aT abhängt.

Messen oder nicht messen? Ing. Petr Linhart, Heizkraftwerkvereinigung der Tschechischen Republik Das Messen der Wärme− und Nutzwasserlieferungen ist als die technologische und metrologische Angelegenheit praktische gelöst. Die Komplikationen begin− nen bei der Anwendung des Gesetzes Nr. 406/2000 Sammlung und 458/2000 Sammlung und bei der Anwendung der Durchführungsbekanntmachungen. Die größten Probleme ergeben sich in der Praxis aus der Nichteinhaltung der technis− chen Grundbedigungen der Montage und des Betreibs der Messgeräte und aus laienhaften Eingriffen der Abnehmer. Der Beitrag ist eine Zusammenfassung der Erkenntnisse der Betreiber der Heizkraftwerksystemen und der in einer Fach− gruppe für Messen und Regulation diskutierten Probleme, die bei der Heizkraft− werkvereinigung der Tschechischen Republik arbeitet.

Die Kalkulation der energetischen Wirksamkeit der äußeren Heißwasserverteiler RNDr. Tomáš Chudoba, CSc. Der Artikel beschreibt die Struktur und Betriebsbedingungen des aus der voriso− lierten Rohrleitung hergestellten Heißwassernetzes, platziert in eine typisch ts− chechische Wohnsiedlung. Das Modell beinhaltet 2 Gesamtlängen der Strecke – 3 km und 14 km und zwei Betriebsarten – mit der Schleppregulation der Tempe− ratur und mit der konstanten Temperatur. Für eine der Varianten stellt der Artikel die volle Tabelle der Berechnungen der energetischen Wirksamkeit vom Gesicht− spunkt der Wärmeverluste hz nach dem Absatz 5 § 3 der Kundmachung 151/2001 Sammlung dar. Danach kalkuliert man die Wirksamkeit für alle angeführten Vari− anten und vergleicht die Ergebnisse von verschiedenen Gesichtspunkten her. Die kalkulierte energetische Wirksamkeit des Netzes, die 100.000 GJ/Jahr überträgt, erreicht ohne Probleme die Werte rund 90%, in besonders vorteilhaftem Fall bis 97%. Der Artikel bringt in Erinnerung, dass die Kalkulation manchmal eine einzi− ge Methode für die Festlegung der energetischen Wirksamkeit ist, denn die ka− lometrische Methode versagt durch ihre hohen Werte.

Drahtlose Technologien in der Wärmeversorgung

CONTENS − INHALT

Petr Lichtenberg Drahtlose Technologien sind ein sich schnell entwickelnder Industriezweig. An− fängliche Unsicherheiten der Art „wie kann dies ohne Draht funktionieren“ oder „das kann nicht sicher sein“ gehören der Vergangenheit an. Die ehemals teuren, langsamen und nicht standardgerechten drahtlosen LAN−Produkte sind jetzt schnell, standardisiert und preisgünstig. Davon überzeugte sich auch die Wärme− versorgung Brno.

28

3T 1/2002