Wysokosprawna kogeneracja na gaz ziemny
Wysokosprawna gazowa kogeneracja (CHP – Combined Heating and Power) była tematem wielu moich artykułów jakie można pobrać z zakładki „Do pobrania”. Są tam dość szeroko opisane różne aspekty wykorzystania CHP oraz współpracy z innymi elementami systemu energetycznego.
W swojej działalności jestem rzecznikiem interesu inwestora i dlatego oprócz zagadnień technicznych czytelnik może w tych artykułach znaleźć informacje o zasadach doboru CHP, współpracy z projektantami oraz handlowcami. Poniżej zasygnalizowane zostały pewne aspekty związane z szeroko pojętą kogeneracją, żeby zachęcić czytelników do sięgnięcia po artykuły oraz do nawiązania współpracy przy modernizacji systemów energetycznych.
Równocześnie wielokrotnie podkreślam, że nie jestem przedstawicielem ani dystrybutorem żadnego producenta urządzeń lub technologii. Poważnym problemem dla przedsiębiorstw są koszty energii. Pewnym rozwiązaniem może być zastosowanie wysokosprawnej kogeneracji. Podstawą doboru CHP do systemu energetycznego jest analiza 15 minutowych pomiarów zużycia prądu za cały rok bazowy. Rok bazowy nie musi stanowić dokładnie roku kalendarzowego – ważne jest zachowanie ciągłości pomiarów. Nie jest rzadkością, że „sufitowe analizy” niektórych handlowców robione są na podstawie faktur lub krótkiego okresu np. miesiąca. Wychodzą z tego totalne bzdury.
Na podstawie pomiarów 15 minutowego zużycia prądu tworzy się godzinowy wykres uporządkowany, który pozwala na określenie optymalnej mocy elektrycznej CHP.
Z analizy ilości energii elektrycznej wytworzonej na potrzeby własne w CHP wynika, że optymalną mocą elektryczną jest 1.050 kW.
Tryb pracy CHP wytwarzającego prąd na potrzeby własne określamy jako Electricity Tracking – ET. W tym trybie CHP może pracować w zakresie mocy od nominalnej do minimalnej określanej przez producenta jako 50% mocy nominalnej. Ile energii elektrycznej będzie można uzyskać z CHP na potrzeby własne zależy nie tylko od mocy elektrycznej CHP, ale także od godzinowego zapotrzebowania na prąd (najlepiej obrazuje to wykres uporządkowany). Dzięki takiej analizie widzimy wyraźnie, że dla tego konkretnego profilu zużycia prądu, CHP może teoretycznie pracować przez 5.928 mth (pionowa niebieska linia na wykresie). Piszemy teoretycznie, gdyż na tym etapie nie uwzględniamy jeszcze przerw serwisowych. Ilość przerw serwisowych oraz ich czas trwania określa producent CHP. Rzeczywisty czas pracy CHP to znaczy uwzględniający przerwy serwisowe pokazuje pionowa czerwona linia na wykresie uporządkowanym.
Poniżej na wykresie pokazana jest praca CHP w czasie rzeczywistym w ciągu roku.
Szarym kolorem zaznaczona jest praca produkcja prądu przez CHP na potrzeby własne, a kolorem niebieskim prąd dokupowany z sieci. Ponieważ producent określił czas na przegląd serwisowy po przepracowaniu 4.000 mth, to w tym przypadku będzie to sierpień.
Przerwa serwisowa przypada na okres od 26 sierpnia do 31 sierpnia włącznie. Ponieważ w przykładowej inwestycji zastosowano bardzo dobry agregat kogeneracyjny to czas pomiędzy przeglądami wynosi 4.000 mth. Inne firmy deklarują czas między przerwami serwisowymi w zakresie od 2.000 mth do 3.000 mth. Są jednak dystrybutorzy CHP, którzy narzucają inwestorom przerwy serwisowe (obowiązkowe) co 800 mth. Możemy także pokazać, jak wygląda praca systemu w zaznaczonym na wykresie 24 sierpnia.
= Uwzględniając przerwy serwisowe oraz profil zużycia prądu CHP o mocy elektrycznej 999 kW pokrywa 73,95% zapotrzebowania na prąd. Ktoś mógłby zapytać, dlaczego, skoro optymalna moc elektryczna CHP wynosi 1.050 kW to obliczenia robimy dla CHP o mocy elektrycznej 999 kW. Wynika to z zapisu art. 3 ust. 33 Ustawy Prawo Energetyczne, który definiuje kogenerację jako równoczesne wytwarzanie ciepła i energii elektrycznej lub mechanicznej w trakcie tego samego procesu technologicznego.
Warto w tym miejscu przywołać jeszcze:
- ust. 34 – ciepło użytkowe w kogeneracji – ciepło wytwarzane w kogeneracji, służące zaspokojeniu niezbędnego zapotrzebowania na ciepło lub chłód, które, gdyby nie było wytworzone w kogeneracji, zostałoby pozyskane z innych źródeł;
- fragment ust. 36 – energia elektryczna z kogeneracji – energia elektryczna wytwarzana w kogeneracji i obliczona jako:
- a) całkowitą roczną produkcję energii elektrycznej w jednostce kogeneracji w roku kalendarzowym, wytworzoną ze średnioroczną sprawnością przemiany energii chemicznej paliwa w energię elektryczną lub mechaniczną i ciepło użytkowe w kogeneracji, co najmniej równą sprawności granicznej:
– 75% dla jednostki kogeneracji z urządzeniami typu: ….. silnik spalinowy, …..
- ust. 38 – wysokosprawna kogeneracja – wytwarzanie energii elektrycznej lub mechanicznej i ciepła użytkowego w kogeneracji, które zapewnia oszczędność energii pierwotnej zużywanej w:
- ……..
- jednostce kogeneracji o mocy zainstalowanej elektrycznej poniżej 1 MW w porównaniu z wytwarzaniem energii elektrycznej i ciepła w układach rozdzielonych o referencyjnych wartościach sprawności dla wytwarzania rozdzielonego;
I właśnie ten ust. 38 spowodował, że chyba wszyscy producenci CHP oferują urządzenia o mocy elektrycznej 999 kW, czyli do 1 MW.
Częstym błędem lub działaniem celowym jest porównywanie ilości zużywanego w ciągu roku prądu z jakąś teoretyczną ilością jaką mógłby wyprodukować agregat kogeneracyjny i na tej podstawie zapewnianie inwestora, że jak zamontuje CHP to „prawie” cały prąd będzie miał z kogeneracji. Jest to podejście całkowicie błędne i narażające inwestora na poważne straty finansowej. Osobiście spotkałem się z sytuacją, w której główny energetyk i osoba odpowiedzialna za poważną rozbudowę zakładu twierdził, że już rozmawiał z „prawdziwymi fachowcami”, którzy żadnych pomiarów zużycia prądu nie potrzebowali i zaproponowali mu CHP o mocy elektrycznej 1 MW. Pikanterii dodaje fakt, że zapotrzebowanie na prąd było na poziomie 8 MW, a zakład wystąpił do OSD o kolejne 5 MW.
Idąc za przywołanym błędnym podejściem do doboru CHP należałoby przyjąć następujące rozumowanie. Rzeczywista ilość prądu wytworzonego na potrzeby własne przez CHP o mocy elektrycznej 999 kW wynosi 4.973 MWh/rok. Zwykle „czarodzieje” przyjmują 8.000 godzin pracy CHP w ciągu roku. To taki agregat wyprodukowałby w ciągu roku: 8.000 [h] * 999 [kW] = 7.992 [kWh] Oznacza to, że taki „czarodziejski” agregat jest w stanie w 100% pokryć roczne zapotrzebowanie na prąd – co jest absolutną bzdurą!
Chciałbym zasygnalizować problem ciepła z kogeneracji. W zdecydowanej większości przypadków CHP dobierane jest pod potrzeby prądu. Ciepło wytwarzane jest w skojarzeniu, czyli równocześnie – proszę pamiętać, że nie jest to w żadnym przypadku ciepło „odpadowe”!!!!!
Z przedstawionego powyżej modelu CHP mamy 999 kW mocy elektrycznej i 1.069 kW mocy cieplnej. Na wejściu jest 2.351 kW w paliwie. To na jakiej zasadzie ciepło z CHP możemy określać jako odpadowe?
Zawsze na moich wykładach przywołuję następujące stwierdzenie:
„W większości systemów energetycznych istnieje techniczna możliwość zainstalowania kogeneracji gazowej jednak nie w każdym systemie energetycznym kogeneracja jest opłacalna.”
PS: Okazuje się, że życie weryfikuje nawet prawdy oczywiste. Na życzenie inwestora modernizowałem system energetyczny w przedsiębiorstwie o bardzo małym zużyciu prądu i mało atrakcyjnym profilu zużycia. Życzeniem inwestora było zastosowanie CHP. Podczas wstępnej analizy okazało się, że CHP o mocy elektrycznej 15 kW (słownie: piętnaście) z technicznego punktu widzenia można zastosować, ale ekonomicznie jest to kiepski pomysł.
Przy dalszej analizie okazało się, że dodając instalację PV o optymalnej mocy i ograniczając w pewnym zakresie czas pracy CHP inwestycja staje się opłacalna. Do takich wniosków dochodzi się po wnikliwej analizie systemu energetycznego oraz po rzetelnej analizie efektywności energetycznej i finansowej.
Problemem nie jest wymyślenie schematu modernizacji, ale wyliczenie efektywności.