Tokijská plynárenská a kombinovaný mikrosystém elektřiny a vytápění. TOKYO GAS A µchp. (CHP: combined heat and power)

Tokijská plynárenská a kombinovaný mikrosystém elektřiny a vytápění

TOKYO GAS A „µCHP“ (CHP: combined heat and power)

Tokijská plynárenská Divize komplexního plánování

Katsuaki TAKAHASHI

Dnešní prezentace １．Japonské plynárenství a Tokyo Gas (Tokijská plynárenská) ２．Smysl zavádění mikro-CHP (kombinovaného mikrosystému energie a vytápění) ３．Palivové baterie Tokijské plynárenské (ene-farma) ４．Kudy dál

All Rights Reserved by Tokyo Gas Co. Ltd

1

１．Japonské plynárenství a Tokyo Gas (Tokijská plynárenská) ２．Smysl zavádění mikro-CHP (kombinovaného mikrosystému energie a vytápění) ３. Palivové baterie Tokijské plynárenské (ene-farma) ４．Kudy dál

Infrastruktura dodávek zemního plynu v Japonsku Ø  28 terminálů zkapalněného zemního plynu (LNG) v provozu

(stav v lednu 2010)


Terminál LNG – v provozu Plánovaný LNG terminál Satelitní stanice – v provozu a satelitní stanice ve výstavbě Satelitní LNG terminál výhradně pro pobřežní plavidla Hlavní tahy Source: Agency for Natural Resources and Energy, gas companies' supply plans, etc.

Plánované rozvody

3

Zahraniční obchod Japonska s LNG (tis.tun)

200,000 180,000

Dovoz zkapalněného zemního plynu zahájen v roce 1969

160,000 140,000 120,000 100,000

World svět

80,000 60,000 40,000

Japonsko Japan

20,000 0 1969

1972

zahájen dovoz LNG

1975

1978

První ropná krize


1981

1984

1987

Druhá ropná krize

1990

1993

1996

Válka v Zálivu

1999

2002

2005

2009

Source: Cedigaz 4

Oblasti obsluhované Tokijskou plynárenskou


Servisní oblast skupiny Tokijské energetické Servisní oblast velkoodběratelů Vysokotlaké dálkové potrubí TE Vysokotlaké dálkové potrubí TE ve výstavbě Investice TE do vysokotlakého dálkového potrubí Terminály zkapalněného zemního plynu Vysokotlaké dálkové potrubí jiných společností

5

Pozice Tokijské plynárenské na japonském trhu Dodavatel č.1 městského plynu ( prodej, zákazníci) Objemy prodeje plynu 【Gas Sales Volume】

TOHO GAS 12% OSAKA GAS 26%

Dvojka v dovozu LNG Celkový dovoz LNG LNG Import】【Total

OTHERS 22%

OTHERS 18% TOKYO GAS 44%

Tokyo Gas: 14.7 mld. m3 （45MJ）

< fiskální rok 2010>

KANSAI ELECTRIC 7%

TOKYO GAS 15%

OSAKA GAS 11% CHUBU ELECTRIC 15%

TOKYO ELECTRIC 30%

(10.4mil. zákazníků

Celkový dovoz zkapalněného zemního plynu (LNG)

Japonsko: 32.8 mld. m3（45MJ）

70.5 mil.tun


6

Info o Tokijské plynárenské as of March 31, 2010

Založení

1. října 1885

Kapitál

141.8 miliard JPY (1 miliarda JPY = cca 8 mil. US$ )

Obchodní aktivity

(1)Výroba, dodávka a prodej městského plynu (2) Dodávky a prodej plynových zařízení a souvisejících konstrukcí (3) Dodávky studené a horké vody včetně páry prostřednictvím okrskových tepelných a chladících systémů (4) Dodávky elektrické energie

Servisní oblast

Velká města jako Tokio, Kanagawa, Saitama, Chiba, Ibaraki, Tochigi, Gunma, Yamanashi, Nagano

Čistý obrat

\1.54 biliónů （konsolidovaný, fiskální rok 2010）

Objem prodeje plynu

14.7 mld. m3 （průmyslový: 42%, rezidenční 23%, podnikatelský 21%, velkoobchodní13%）

Počet klientů

10.4 mil.（ podíl rezidentů 94%）

Skupina Tokyo Gas

64 konsolidovaných filiálek (6 zahraničních)


7

Podnikatelské portfolio Tokijské plynárenské Rezidenční sektor

Přivaděč LNG

Terminály

Potrubní přeprava

Distribuce plynu

μCHP

zákazníci

Přeprava LNG


Výroba energie

Okrskové vytápění a chlazení 8

Vývoj domácích plynových spotřebičů a zařízení Šířením vysoce účinných zařízení od topení po ohřev vody přispívat k úsporám energie a snižování emisí CO2 Nucený oběh Systém solárního ohřevu vody Zásobník s horkou vodu

950

1,200

120

Vysoce účinné vařiče

Vysoce účinný plynový ohřev vody  de facto standard

(コンクリート手すり)

130

Starý

(床水上) (190)

nový

50

1,250

50

1,350

56%

Dodávka horké vody

46%

Efektivnost zařízení：56%

Efektivnost ohřevu：95% Efektivnost vytápění : 87%

Míra úspory primární energie：20%

Míra úspory primární energie：13%


Míra úspory primární energie32% ＊proti dosavadním zařízením 9

１．．Japonské plynárenství a Tokyo Gas (Tokijská plynárenská) ２．Smysl zavádění mikro-CHP (kombinovaného mikrosystému energie a vytápění) ３. Palivové baterie Tokijské plynárenské (ene-farma) ４．Kudy dál


Množství emisí CO2 v Japonsku (porovnání s 90.lety)

Oproti 90.letům narostl podíl domácností o 27%（rok 2009）

%

Domácnosti

19 90 19 91 19 92 19 93 19 94 19 95 19 96 19 97 19 98 19 99 20 00 20 01 20 02 20 03 20 04 20 05 20 06 20 07 20 08 20 09

60 50 40 30 20 10 0 -10 -20 -30

domácnosti 家庭部門

průmysl 産業部門


přeprava 運輸部門

業務他部門 ostatní podnikatelské oblasti

エネルギー転換部門 přeměna energie

11

Nárůst spotřeby energií v sektoru domácností (vůči 90.letům) Nárůst spotřeby energií v r. 2009 23% 35 % 30 25 20 15 10 5 0

PJ 2500 2000 1500 1000 500


Spotřebovaná 消費エネルギー（PJ) energie

Spotřeba energií

2009

2006 2007 2008

2004 2005

2001 2002 2003

1999 2000

1996 1997 1998

1994 1995

1991 1992 1993

1990

0

90年度比（%)

V porovnání s 90. léty

porovnání vůči r.1990

12

Segmentovaná spotřeba el.E v domácnostech Úspory energie dosažitelné samotnými přístroji a zařízeními se dostávají na své maximum.

LED

úsporné spotřebiče

chlazení ２％

vytápění ２４％ Vysoce účinná klimatizace napájení, osvětlení aj. ３６％


２００８

３８.９ＧＪ／domácnost

Vysoce účinný kotel na ohřev a vytápění

Teplá voda ３０％ vaření８％

13

Ještě vyšší úspory energií zavedením µCHP Umožnit ještě další energetické úspory přímým vytvářením el.energie a tepla z primární energie

chlazení Dosavadní energetické systémy

Vstupní napájení, osvětlení ad.

topení

２００８

３８.９ Decentralizované energetické systémy


ＧＪ／domácnost vaření

Ohřev vody

14

Porovnání spotřeby primární E a emisí CO2 u dosavadních systémů a mikro CHP Porovnání spotřeby primární energie a emisí CO2 při výrobě 1.0kWh elE a tepla 1.4kWh Primární energie snížení 35%, emise CO2 snižení 48％

Objem spotřeby primární energie

Objem emisí CO2

-３５％ 11.5MJ Tepelné elektrárny + dosavadní typ ohřevu vody

7.5MJ µCHP

Odpovídající hodnota = plyn:45MJ/m3 el.:9,76MJ/kwh


-４８％ 732g-CO2 Uhelné elektrárny + dosavadní typ ohřevu vody

382g-CO2 µCHP

Odpovídající hodnota = plyn:2,29kg-CO2/m3 el.:0,69-CO2/kwh

15

１. Japonské plynárenství a Tokyo Gas (Tokijská plynárenská) ２．Smysl zavádění mikro-CHP (kombinovaného mikrosystému energie a vytápění) ３. Palivové baterie Tokijské plynárenské (ene-farma) ４．Kudy dál


µ CHP v Japonsku Typ zdroje: plynový motor  účinnost zdroje：26.3%／23.7%  celková účinnost：90%／83.7%

Generátor –jednotka S plynovým motorem

Typ zdroje: palivová baterie  （LHV／HHV） účinnost zdroje： 40%／36%   celková účinnost：90%／81%

Jednotka pro vytápění a ohřev vody využívající Odpadní teplo


17

EcoWill: jednotky s plynovým motorem – počet instalovaných kusů Překročena hranice 100 tis ks

Počet prodaných ks III/2003 – zahájení prodeje první generace výrobků


X/2006 – generátory, zásobníky MC

IV/2005 –, zásobníky MC

VI/2011 – generátory, zásobníky FMC

IV/2008 – zásobníky MC

18

Ene-farm (palivové baterie) ‒ počet instalovaných jednotek

Červenec 2011

30,000 24,579

25,000 Počet nainstalovaných jednotek

累 20,000 積設 15,000 置台 10,000 数

16,446 12,361 7,331

4,024

5,000 0

12

55

100

580

1,837

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

Verifikovaný výzkum All Rights Reserved by Tokyo Gas Co. Ltd

Velkoobjemové ověřování

Běžný prodej 19

Struktura Ene-farm (palivové baterie) měnič Záložní zdroj tepla

A/C proud D/C proud

Palivová baterie Vzduch / kyslík/

vodík

Zásobník na teplou vodu

Zařízení na odpadní teplo Teplá voda ①teplá voda: prostředníctvím zásobníku teplé vody ②vytápění: prostřednictvím výměníku tepla


Odpadni teplo

Jednotka zpracovávající palivo Městský plyn

20

Vysoká účinnost palivových baterií Je-li objem el.E generovaný plynovým motorem malý, je i nízká účinnost generátoru, avšak účinnost generátoru palivové baterie je vysoká. PEFC：Polymer Electrolyte Fuel Cell, palivová jednotka na bázi polymerního elektrolytu MACC SOFC：Solid Oxide Fuel Cell, palivová jednotka na bázi pevných oxidů

[% LHV] účinnost výkonu

70 60

Průměrná účinnost japonských tepelných elektráren (@user site) : 41.0% LHV

SOFC+GT,ST Motor – nový plyn (Millerův cyklus)

SOFC

50

ACC 40 PEFC

Plynový Plynová turbína motor

30 20 1

Pokročilé GT

10


100

1,000

10,000

GT kombinovaný cyklus Jaderná energie (ST) 100,000

1,000,000

Kapacita výkonu [kW] 21

Specifika Ene-farmy nového typu

Původní generace enefarmy

①cena snížení nákladů ▲２１％ cena zařízení 2 760 000JPY （10 let údržby v ceně)

Změna modelů

②prostorová náročnost snížena na 50% původní 2.0m2（rozměry zařízení 0.36m2） ③účinnost zlepšení účinnosti výkonu generátoru o 3%, světově unikátní účinnost ４０％LHＶ generátor

Zásobníková jednotka


22

Porovnání parametrů nového a starého typu zařízení

Jmenovitý výkon generátoru el.E Rozsah generátoru Jmenovitá účinnost generátoru LHV / HHV) Jmenovitá účinnost odpadního tepla (LHV / HHV) Teplota vody Objem zásobníku All Rights Reserved by Tokyo Gas Co. Ltd

Nový typ

Starý typ

0.75kW

1.0kW

250-750W

300-1000W

40% / 36%

37%/ 33%

50% / 45%

52% / 47%

６０℃

６０℃

２００L

２００L 23

V Japonsku je otázka zajištění prostoru pro instalaci aktuální problém k řešení…


24

Snížení prostorové náročnosti o ５０% Zásobník horké vody - jednotka

Generátor

Zmenšení o cca 1.1 m Cca ３．９㎡

Zmenšení o cca 30 cm

prostorová náročnost nového typu zařízení

3330×1180

prostorová náročnost dosavadních typů zařízení

Pozn.: Je možné i jiné uspořádání, než je naznačeno na náčrtu.


25

Jednička oboru v ohledech k životnímu prostředí Při dílčí zátěži účinnost vyšší než 40%

Účinnost generátoru

45%

発電効率

５００Ｗh, max.efektivita

４１％(ＬHV)dosažena! Nový model→

Jmenovitá hodinová účinnost ４０％(ＬHV)

38%

%

←dosavadní modely

L H V

30% 250

500 750 発電出⼒力力(Ｗ) výkon


1000 26

K historii palivových baterií pro domácnosti n 1999: vývoj prototypu kompaktního typu palivové baterie n 2002: od tohoto roku ukotvování základních technologií pro verifikovaný výzkum n 2005: od tohoto roku výsledky výzkumu a ověřování uvolněny pro trh n 2009: počínaje tímto rokem již běžný standardní prodej

Výzkum stabilních palivových baterií

Ověřovací série stabilních palivových baterií

Počty ks podle jednotlivých stádii, 1. stadium:12 ks, 2stadium 33 ks

480ks, 777ks, 930ks, 1120ks

Počet firem poskytujících systém: 11 a pak 5

Související události

Výzkumná společnost pro palivové baterie – leden 2001

Vlastní prodej – sjednocení značky ene-farm

Podpora pro implementaci palivových baterií pro běžnou potřebu obyvatelstva

Instalace PEFC v rezidenci premiéra 2005) Energetická revoluce Cool Earth březen 2008 Revize zákona o elektroenergetice (kromě proplachování dusíkem březen 2004)


Zahájení prodeje Eneform

Revize zákona o elektroenergetice - 2005 Hasičský zákon (Fire Service Act)

27

Velkoobjemové ověřovací série – celostátně 3 307 instalovaných jednotek

Ustanovení 5 výrobců „ene-farmy“ v Japonsku Verifikační období: 2005∼2008

Výrobci palivových baterií

LPG

Městský plyn

Topný olej

Součet

ENEOS CellTech (1) EBARA Toshiba Fuel Cell Systems Panasonic (2) Toyota Automotive Celkem 1/Firma na palivová články, kterou založila firma Nippon Oil a Sanyo v dubnu 2008 2/Původně Matsushita Denki (říjen r. 2008)


Schéma zařízení v roce 2008 Konec r.2008 – rozložení instalací

28

Ene-farma má funkci „učím se-pamatuji si-konám“ Odhad potřebného množství teplé vody, v optimálním čase automaticky generuje elektřinu i se zastaví (příklad na průběhu jednoho dne) Příklad denního provozu

Objem vody Využití odpadního tepla při výrobě elektřiny na ohřev vody

Ráno – ranní hygiena, příprava snídaně

Start – provoz – cíl (stop) Při objemu vyšším než 1 kW využití elektřiny od elektrárenských společností

Spotřeba elektřiny

0.75kW

Mn.spotřebované vody Zbytek teplé vody pro večerní koupel

Využití energie z Eneform

Využití elektřiny od elektráren

paměť

Programovací Funkce

Mn.spotřebované E

Předpoklad/odhad

Uložení stavu Spotřebované energie


Mn.E Potřebné Pro Následující den

Využití elektřiny od elektráren

rozhodnutí   řízení doby chodu apod. 29

Příklad půlročního provozu Ene-farmy 25

電力量 [kWh]

20

El.E

2010年1月

2月

3月

4月

2010 jednotlivé měsíce

5月

6月

Průměrná potřeba el.E： 18kWh/den Průměrná kontribuce el.E: 50%

15

Nakupovaná energie

10 5 0 20

Průměrná potřeba na teplou vodu: 11kWh/den Průměrná míra kontribuce teplé vody: 89%

熱量 [kWh]

15 10

El.E generovaná Ene-farmou Mn. tepla vytvořeného pomocným tepelným zdrojem

Mn.tepla pokryté teplem vznikajícím při činnosti Ene-farmy

teplo 5 0


30

Ukázka denního provozu Ene-farmy

An example of the operation Energetický výkon Power output

Skladování tepla Heat storage

Poptávka po teple Heat demand

2000

8

1500

6

1000

4

500

2

0

0 0:00


6:00 Čas

12:00 Time

Heat Storage(kWh) Skladování tepla (kWh), poptávka po teple (kWh/min) Heat Demand(kWh/min）

Poptávka po energii a výkon

Power Demand & Output(W)

Poptávka po energii

Power demand

18:00

31

Přínosy zavedení ene-farmy ① ‐značné snížení emisí CO2 n Distribuce teplé vody ve stávající obytné oblasti obsluhované Tokijskou plynárenskou na základě poptávka

n Potřeba teplé vody a snížení emisí CO2 u ene-farmy (skuteční uživatelé) 3,000

6% 2,500

Potřebu teplé vody vyšší než 10.6kWh/ den má 50% domáností v oblastech servisovaných Tokijsou plynárenskou

2,000

1,500

Roční redukce emisí CO2 v objemu 1t, což je potřeba teplé vody na domácnost 3,870kWh/rok (10.6kWh/ den）

1,000

500

distribuce 分布

CO2snižení objemu CO2削減量(年間,kg) ［kg/rok］

5%

4%

3%

2%

1%

0%

0 0

2,000

4,000 6,000 8,000 お湯需要(年間,kWh)

Potřeba teplé vody ［kWh/rok］ All Rights Reserved by Tokyo Gas Co. Ltd

10,000

12,000

0

2

4

6

8 10 12 14 16 お湯需要（kWh/day）

Potřeba teplé vody ［kWh/den］

18

20

22

32

24

Přínosy zavedení ene-farmy ② ‐Přínos v energetických úsporáchー

発電電力量と購入電力量 Porovnání objemu nakoupené a vygenerované el.E kWh 800

Spotřeba el.E ve výši cca 60% generována3.6MWh/rok

600 400 200 0 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月


Generované EF EF発電電力

Nákup E 購入電力 Kalkulace se standardní rodinou, tj. 4 členové

33

Přínosy zavedení ene-farmy ③

‐snížení nákladů na energie

Náklady na energie （JPY/rok)

300,000 30

25

54,000JPY/rok

Náklady na el.E

200,000 20

132,000JPY

15

23.7JPY/kWh

100,000 10

Náklady na plyn 129,000JPY

5

11.1JPY/kWh

0

Dosavadní 従来Ｔplynové ＥＳ zásobníky na teplou vodu a ohřev vody


55,000JPY 26.7JPY/kWh

152,000JPY

9.3JPY/kWh

エネファーム Ene-Farma

34

W （FC + PV）systém výroby el.E Wsystém výroby el.E

Grid power

fotovoltaika

El.E spotřebovaná v domácnosti

Mn.energie z fotovoltaiky

Mn.solární E (na prodej)

Množství energie z ene-farmy

El.E

Zemní plyn

teplo

Společným využíváním spolu se solární energií je možné maximalizovat objem el.E generované v rámci domácnosti

Palivové baterie


35

Posilování pocitu bezpečí a důvěry: setkání s majiteli jednotek


36

Posilování pocitu důvěry a bezpečí:   ‐systém následné navazující péče a služeb‐ Individuální vyhodnocování přínosu zavedení ene-farmy pro jednotlivé zákazníky, podpora růstu spokojenosti zákazníka po implementaci jednotky


37

１．Japonské plynárenství a Tokyo Gas (Tokijská plynárenská) ２．Smysl zavádění mikro-CHP (kombinovaného mikrosystému energie a vytápění) ３. Palivové baterie Tokijské plynárenské (ene-farma) ４．Kudy dál


Co pro další zavedení a skutečné rozšíření… (čelíme výzvám) Technologická revoluce umožnila snížení nákladů a učinila produkt kompaktnější, přínosem hromadné výroby je další snižování nákladů

Technologická revoluce

万円/台JPY/ks Desetitisíce ★現行機 Stávající modely

技術革新

Efekt velkovýroby

量産効果


300 ★新モデル Nové modely 200

100

Požadavek zohledňující v jednotlivých fázích aspekty: Aspekt životního prostředí – aspekt ekonomický - Aspekt zohlednění prostoru (malé prostory – hromadné bydlení)

2,000 6,000 10,000 Aspekt životního prostředí Ekonomický aspekt 環境性を訴求経済性を訴求狭小地対応 Prostorový aspekt

台/年 Ks/rok

集合対応 Hromadné bydlení 39

K zamyšlení:   Kogenerační systémy využívající palivové baterie s oxidovou morfologií (SOFC – solid oxide fuel cell) pro domácnosti

◆Cílová specifikace rozměry （výška×šířka× hloubka）

Generátorová jednotka

935 mm X 600 mm X 335 mm

Jednotka pro teplou vodu, vytápění s využ.odpadníh o tepla

1760 mm X 740 mm X 310 mm

výkon

700 W

účinnost（LHV）

Více než 45％

Účinnost odpadního tepla （LHV）

Více než 40％

【ověřovací typ SOFC pro domácnosti】

【svazkové uspořádání 】

◆Charakteristika Životní prostředí: Průměrná účinnost generování energie je vyšší oproti efektivitě tepelných elektráren, i při monogeneraci jsou možné energetické úspory Ekonomičnost: počet komponentů v enefarmě je zhruba poloviční, takže je zde velký potenciál pro redukci nákladů Prostorová náročnost instalace: nutný prostor pro instalaci je v porovnání v rámci ene-farmy 50%, je možné rozšíření trhu i do oblastí hromadného bydlení


40

Energie v domácnostech

Kogenerační systémy palivových baterií pro využití v domácnostech

Jménem Tokijské plynárenské děkuji za Vaši pozornost!

Tokijská plynárenská a kombinovaný mikrosystém elektřiny a vytápění. TOKYO GAS A µchp. (CHP: combined heat and power)

Recommend Documents