Minden villamos áramot fejlesztő folyamat tüzelőanyagot használ elsődleges energiaforrásként, amely jelentős mennyiségű hőt termel. A hagyományos hőerőművekben a hő a környezetbe jut, ami viszonylag kis energia-hatékonyságot eredményez. A kombinált hő- és villamosenergia-előállítás (Combined Heat and Power Technology - CHP), amelyet kogenerációnak is hívnak, felhasználja ezt a hulladékhőt a helyi hőigények kielégítésére, így növelve az összteljesítményt.
A gyárak, kereskedelmi épületek és üzletek elektromos művektől veszik az áramot és tüzelőanyagok égetésével fedezik hőigényeiket. A CHP-technológiák lehetővé teszik az elektromos áram és a hőenergia egyidejű előállítását egyetlen rendszerben, így növelve az összteljesítményt.
1. ábra: A CHP gazdaságossági előnye a különálló hő- és áramtermelő rendszerekhez képest
A trigeneráció kifejezést az áram, hő és hűtési energia egyidejű előállítására használják.
Több fajta CHP-technológia áll rendelkezésre
A leggyakoribb az elsődleges mozgató szerinti csoportosítás:
- Gázturbinás CHP-rendszer
- Gőzturbinás CHP-rendszer
- Belsőégésű CHP-rendszer
Lehetséges az első két technológia egyesítése ún. kombinált ciklusú erőmű egységben. Ez a technológia a gázturbinából kilépő égéstermékeket használja a gőzturbina kazánjának fűtésére.
További, kevésbé ismert CHP-technológiák a mikro-turbinák és az üzemanyagcellák. A mikro-turbinák kisméretű gázturbinák (30-350 kW), amelyeket a kishőmérsékletű alkalmazásoknál lehet használni. Mivel ezek a rendszerek igen drágák és viszonylag kicsi a hatásfokuk, legtöbbször belsőégésű motorokat használnak helyettük. Az üzemanyagcellák egy kialakulóban lévő technológiához tartoznak, amelynek jó a hatásfoka, alacsony a kibocsátása és a zajterhelése - sajnos ára azonban még mindig magas.
Hogyan lehet az előállított villamos energiát felhasználni?
Az előállított villamos áramot kétféle módon lehet felhasználni:
- Ha a CHP-berendezés kevesebb áramot termel, mint az igény, akkor azt a létesítmény teljes egészében felhasználja és a hálózatból áramot kell venni.
- Ha több áram termelődik (és általában ez a jellemző), a felesleget el lehet adni. Néhány országban az elektromos műveknek meg kell venniük a többletet az eladó félnek kedvezve.
Hogyan lehet az előállított hőenergiát felhasználni?
A CHP-rendszereket általában úgy tervezik, hogy a helyszínen szükséges hőnél kicsit kevesebbet termeljenek. Fűtésre, használati melegvíz-ellátásra vagy akár úszómedence vizének fűtésére használható. Ha a hőforrás elég meleg, használható olyan folyamatoknál, amelyeknél például szárításra van szükség.
A nagy CHP-rendszerek néha távhő-rendszereknek szolgáltatnak hőt, vagy melegházakat, irodaparkokat fűtenek, ahol minden egyes felhasználó fizet a felhasznált hőenergiáért.
Előnyei
Minden nagyobb iroda, hotel, kereskedelmi épület, iskola vagy kórház pénzt takaríthat meg, ha maga állítja elő a villamos áramot, és ha a hulladékhő felhasználásával csökkenti fűtési és melegvíz előállítási költségeit. Ez a technológia alkalmazható távfűtéses lakóházaknál és nagy kertészeti üvegházaknál.
A CHP különösen Észak-Európában kedvelt, ahol az év nagy részében fűteni kell.
A nagy hulladékhővel járó iparágak, mint a kerámia ipar, a faipar, a textil- és papíripar, illetve az élelmiszeripar, a CHP-rendszer segítségével csökkenthetik kiadásaikat.
A CHP-technológiák különösen ajánlottak a következő esetekben:
- nagy villamos- és hőterhelés, különösen megfelelő szabályozás mellett,
- nagy üzemidő (több mint 5000 óra/év),
- földgázhoz, biomasszához vagy melléktermék tüzelőanyaghoz való könnyű hozzáférés,
- ahol a hőt maximális hőmérsékleten (300-600°C) között lehet felhasználni.
Olyan új technológiákat próbálnak kifejleszteni, ahol a kis CHP-rendszerek is gazdaságossá válnak
Mennyibe kerül?
Egy CHP-berendezés tőkebefektetési költsége nagyban függ a használt technológiától és az igényelt villamos energiától. A következő táblázat a különböző CHP-technológiákat tartalmazza azokkal az üzemi feltételekkel, amelyekkel működhetnek.
|
Gőzturbina |
Gázturbina |
Belsőégésű motor |
Teljesítmény (W)
|
>10 MW |
>0.5 MW |
>100 kW |
Tüzelőanyag
|
minden (kivéve folyamatból származó hulladék) |
nagy tisztaságú folyadék vagy gáz (földgáz, propán, biogáz, olaj) |
folyadék vagy gáz |
Teljesítmény/tüzelőanyag arány
|
0,1 - 0,2 |
0,2 - 0,4 |
0,3 - 0,4 |
Hő/tüzelőanyag arány |
0,5 - 0,8 |
0,4 - 0,7 |
0,4 - 0,5 |
Teljesítmény/hő arány |
<0,3 |
0,4 - 1 |
0,5 - 2 |
Hőenergia |
gőz: 125-300°C |
füstgáz: 400-600°C |
füstgáz: 300-500°C: víz: 100°C |
A kilépő hő hasznosítása |
kis- és nagynyomású gőz |
hő, melegvíz, kis- és nagynyomású gőz |
hő, melegvíz, kisnyomású gőz |
Zaj |
nagy |
közepes |
nagy |
Indítási idő |
1 óra - 1 nap |
10 perc - 1 óra |
10 mp - 1 perc |
Részterhelés |
igen |
kis hatásfok |
igen |
Élettartam |
25 - 35 év |
15 - 20 év |
15 - 25 év |
Befektetési költségek |
900 - 1500 €/kW |
450 - 900 €/kW |
450 - 750 €/kW |
Üzemeltetési és karbantartási költségek |
0,06 - 0,12 cts€/kWh |
0,3 - 0,9 cts€/kWh |
0,6 - 0,7 cts€/kWh |
A megtérülési idő függ a használt CHP fajtájától, a teljesítményigényektől, a tüzelőanyag és villamos energia árától és a többlet villamos energia eladásának lehetőségétől, de általában több mint 4 év.
Miért érdemes alkalmazni?
A CHP-rendszerek használata jelentős gazdasági, energia és környezetvédelmi előnyöket jelent.
- Csökkenő költségek. A CHP beépítésével jelentősen csökken a bruttó energiaszámla. A tüzelőanyag-árak emelkedhetnek, de a vásárolt villamosenergia-mennyiség csökkenése fedezi a különbséget. A többlet energia eladásával pénzt is lehet keresni!
- Biztonságos ellátás. Olyan helyeken, ahol bizonytalan a hálózati energiaellátás, ez nagy előny lehet. A CHP-rendszerek általában rendelkeznek hálózati csatlakozással és egy különálló kazánnal is, amelyekkel biztosítható a hő- és áramellátás, ha a CHP egység nem működik.
- Környezetvédelmi előnyök. A csökkentett tüzelőanyag-felhasználás az erőműnél kisebb CO2-kibocsátást tesz lehetővé, amelynek révén csökken a klímaváltozás esélye. Emiatt számos országban különleges pénzügyi ösztönző megoldásokkal próbálják a kogenerációt népszerűsíteni.
- A CHP érett technológia sok sikeres alkalmazással.
Mi a teendő?
Ha jelentős villamos- és hőterhelések lépnek fel, és elérhető a megfelelő tüzelőanyag (városi területeken hálózati gázellátás, vidéki környezetben helyben előállított biomassza), lépjen kapcsolatba szakemberrel, akitől megvalósíthatósági tanulmányt kérhet.
A leggyakrabban használt CHP-technológiák a belsőégésű motorok és a gázturbinák. Gőzturbinákat inkább a nagyobb hőenergia felhasználású iparágaknál használnak. A belsőégésű motorok általában jobban igazíthatók az adott iparág igényeihez, ezért nagyon gyors fejlődésen mentek keresztül az elmúlt években. A következő táblázat összehasonlítja a két fajta technológiát.
Egy gázturbinás és egy belsőégésű motoros CHP-rendszer összehasonlítása
Mikor használjak... |
...gázturbinát?
|
...belsőégésű motort? |
1.
|
Állandó villamosenergia-igény
|
1.
|
Változó villamosenergia-igény
|
2.
|
Hő nagynyomású gőz formájában
|
2.
|
Hő kisnyomású gőz vagy melegvíz formájában
|
3.
|
Villamos energia > 6 MW
|
3.
|
Villamos energia < 3 MW
|
4.
|
Hő előállítás elsőbbsége
|
4.
|
Villamos energia előállítás elsőbbsége
|
5.
|
Nagy egyszeri villamosáram-igény
|
5.
|
Közvetlen hozzáférésű villamos áram
|
Forrás: the Energy Training for Europe project
Közzétéve szerzői engedéllyel
|