Uwarunkowania opłacalności zastosowania agregatów kogeneracyjnych

Energia elektryczna i ciepło są podstawowymi nośnikami energii bezpośredniej. Ich wytwarzanie może odbywać się na wiele sposobów, przy czym podstawowymi są tu procesy konwersji energii chemicznej paliw kopalnych. Jednym z najbardziej efektywnych sposobów zamiany energii chemicznej paliwa pierwotnego do postaci ciepła i prądu jest właśnie produkcja skojarzona, zwana również kogeneracją. Stosowanie produkcji skojarzonej jest korzystne z punktu widzenia termodynamiki, ekologii i ekonomii. Jednakże kogeneracja może występować tylko tam, gdzie występuje równoczesne zapotrzebowanie na energię cieplną i elektryczną. Jest to technologia, która umożliwia lepsze wykorzystanie energii chemicznej paliw pierwotnych, a zarazem bardziej przyjazne dla środowiska naturalnego, zarówno pod względem ograniczonej emisji substancji zanieczyszczających, jak i zmniejszonego zużycia naturalnych zasobów paliw pierwotnych.

Do niedawna podstawowymi układami skojarzonymi były elektrociepłownie parowe średniej i dużej mocy. Ze względu na dużą złożoność układu elektrociepłownie są opłacalne dla stosunkowo dużych mocy. Jednakże od pewnego czasu na świecie pojawiły się małe układy kogeneracyjne (tzw. agregaty kogeneracyjne, układy CHP, elektrociepłownie blokowe, jednostki cieplno-prądowe), które stają się coraz bardziej popularne. Są to układy oparte o silniki spalinowe bądź turbiny gazowe o mocach od kilkudziesięciu kilowatów do kilku megawatów. Mogą one pracować bezpośrednio na potrzeby obiektu, w którym zostały zainstalowane, bądź jako elektrociepłownie zawodowe. W przypadku silników spalinowych energia elektryczna wytwarzana jest w prądnicy synchronicznej bądź asynchronicznej (przekazanie energii mechanicznej z silnika następuje za pomocą wspólnego wału), natomiast wytwarzana przez jednostkę energia cieplna pochodzi z chłodzenia silnika oraz spalin (osobne obiegi oraz wymienniki). W innych typach jednostek procesy wytwarzania różnią się od zaprezentowanego schematu. Cechami, którymi odznaczają się agregaty kogeneracyjne, są:

wysoka sprawność całkowita, która mieści się najczęściej w przedziale 85 - 90 %, osiągana chwilowa moc cieplna jest większa od mocy elektrycznej, lecz dla coraz większych jednostek moce te ulegają wyrównaniu,
kompaktowa budowa, pozwala to na skrócenie czasu budowy kompletnej instalacji i zmniejszenie jej kosztu, wpływa także na zmniejszenie ilości miejsca wymaganego do zabudowy agregatu,
paliwo ciekłe (olej opałowy, olej napędowy) bądź gazowe (gaz ziemny, biogaz, gaz pochodzący z odmetanowania kopalń, gazy wysypiskowe, inne gazy niskokaloryczne), są to więc paliwa znacznie mniej zanieczyszczające środowisko, niż węgiel kamienny; ponadto w przypadku niektórych gazów, wykorzystując je do celów energetycznych unikamy zanieczyszczenia atmosfery metanem, który posiada 21-krotnie większy potencjał cieplarniany od dwutlenku węgla,
korzystne wskaźniki ekonomiczne realizacji inwestycji, obecnie średni okres zwrotu nakładów wynosi kilka lat.

Korzystne wskaźniki efektywności energetycznej nie mogą wyłącznie przesądzać o podejmowaniu decyzji o budowie układu kogeneracyjnego w konkretnej sytuacji. Przesłanką dla takiej decyzji może być jedynie pozytywny efekt ekonomiczny wynikający z przeprowadzonej analizy opłacalności. Możliwy do uzyskania zysk zależy jednak od wielu czynników, wśród których znajdują się: przebieg zmienności zapotrzebowania na energię elektryczną i ciepło, ceny nośników energii, charakterystyka techniczna instalowanych urządzeń (moc, sprawność, wskaźnik skojarzenia), tryb pracy systemu, możliwość współpracy z siecią energetyczną. Najkorzystniejsze efekty uzyskiwane są, gdy układ skonfigurowany jest optymalnie dla danych warunków ekonomiczno-technicznych. W przypadku układów kogeneracyjnych do podstawowych czynników mających wpływ na opłacalność inwestycji zaliczyć można:

Wielkość nakładów inwestycyjnych.: Nakłady inwestycyjne w pierwszym rzędzie zależą od rodzaju układu kogeneracyjnego (np. elektrociepłownia parowa, gazowa z silnikiem spalinowym lub turbiną gazową itp.) i jego mocy. Układy o mniejszych mocach charakteryzują się większymi kosztami jednostkowymi. Duży udział w kosztach inwestycyjnych mają koszty zakupu terenu i wzniesienia budynku, są one jednakże zdecydowanie mniejsze, aniżeli w przypadku tradycyjnych układów węglowych.
Koszty paliwa.: Koszty paliwa zależą od rodzaju paliwa i jego kosztu jednostkowego oraz od całkowitego zużycia paliwa, na które z kolei wpływa całkowita sprawność układu. Należy zauważyć, że w Polsce występuje niekorzystna struktura cen systemowego gazu ziemnego. Ceny gazu dla dużych odbiorców przemysłowych są wyższe aniżeli w krajach Unii Europejskiej w przeciwieństwie do małych odbiorców komunalnych, co bardzo niekorzystnie wpływa na opłacalność układów gazowych.
Koszty eksploatacyjne.: W zakresie kosztów eksploatacyjnych, czyli bieżących kosztów przeglądów oraz planowych remontów, występuje znaczne zróżnicowanie w zależności od zastosowanego układu technologicznego. W przypadku jednostek mniejszych, skonstruowanych w oparciu o silniki spalinowe, występuje znaczący koszt eksploatacyjny, który musi zostać uwzględniony w całkowitym rachunku ekonomicznym. Koszt ten jest wprost proporcjonalny do czasu pracy agregatu, należy więc dążyć do tego, by jednostka pracowała z mocą nominalną przez krótsze okresy czasu zamiast pracy ciągłej z mocą obniżoną, jednakże często jest to utrudnione przez charakter odbioru produkowanej energii.
Ceny sprzedaży energii elektrycznej i ciepła.: Ceny sprzedaży energii, obok ceny zakupu paliwa, decydują w stopniu podstawowym o opłacalności kogeneracji. Dotyczy to zwłaszcza energii elektrycznej. Najkorzystniejsza sytuacja występuje w przypadku układów kogeneracyjnych pracujących "na własne potrzeby", zastępując tym samym energię kupowaną z sieci. Koszt zakupu (koszt uniknięty) jest bowiem dużo wyższy aniżeli ceny sprzedaży tej energii do sieci.
Koszty środowiskowe (koszty emisji, wody, składowania odpadów, odprowadzania ścieków itp.).: W Polsce koszty gospodarczego korzystania ze środowiska są nadal niewielkie. Sprawia to, że wysokosprawne układy energetyczne korzystające ze stosunkowo czystych paliw, ponoszą koszty emisji tylko nieznacznie mniejsze, niż przestarzałe układy węglowe.
Koszty płac.: Ten istotny składnik kosztów stałych bardzo korzystnie sytuuje nowoczesne układy kogeneracyjne, które charakteryzują się niskim stopniem nasycenia obsługą. Przy wyposażeniu układu kogeneracyjnego w wysokiej klasy sprzęt AKPiA i nadzoru energetycznego, można go praktycznie potraktować jako układ bezobsługowy, zapewniając jedynie możliwość wizyt serwisu w sytuacjach awaryjnych, po powiadomieniu np. przez Internet bądź SMS.
Liczba godzin pracy układu w ciągu roku.: Jak w przypadku każdego układu energetycznego wskaźniki opłacalności są tym lepsze, im większa jest liczba godzin pracy układu w ciągu roku. Przy krótszym rocznym okresie pracy należy dążyć do maksymalizacji wykorzystania urządzeń w godzinach szczytów energetycznych w celu uzyskania najkorzystniejszych cen sprzedaży energii elektrycznej.
Optymalny dobór wielkości układu kogeneracyjnego.: Wielkość układu (moc cieplna i elektryczna) powinna być dobrana optymalnie, biorąc pod uwagę wielkość i strukturę zapotrzebowania na ciepło i prąd, uwarunkowania cenowe, tryb pracy układu oraz wszystkie składniki nakładów inwestycyjnych i kosztów. Podstawowym kryterium procedury optymalizacyjnej musi być uzyskanie maksymalnej wartości wskaźnika NPV (wartość bieżąca netto po zakończeniu eksploatacji inwestycji). Dotyczy to zarówno nowej inwestycji, jak również modernizacji istniejącego układu. Punktem wyjścia jest dokładna analiza zapotrzebowania na energię cieplną i elektryczną. Dobór mocy elektrycznej i cieplnej oraz określenie konfiguracji systemu powinny zostać poprzedzone opracowaniem krzywych zmienności obciążenia elektrycznego i cieplnego obiektu. Z punktu widzenia procesu optymalizacji najkorzystniej jest, gdy wyznaczone zostaną krzywe zmienności obciążenia w ujęciu godzinowym dla możliwie dużej liczby dni w roku. W przypadku gdy przebiegi te nie są znane, muszą one zostać oszacowane na podstawie dostępnych informacji dotyczących charakterystyki energetycznej odbiorców. Podstawowym parametrem, który określa celowość stosowania gospodarki skojarzonej, jest zapotrzebowanie ciepła. Ilość odbieranego ciepła, jak również parametry nośnika ciepła rzutują na efektywność wykorzystania energii chemicznej paliwa. W przypadku gdy zapewniony jest nieograniczony odbiór energii elektrycznej (np. sprzedaż całości wytwarzanej energii do sieci energetycznej), optymalizację można przeprowadzić w oparciu o krzywe zmienności zapotrzebowania na ciepło. Można przy tym korzystać jedynie z informacji o zapotrzebowaniu na ciepło, którą najprościej w tym przypadku określić wykresem uporządkowanym. Gdy wymagana jest praca układu kogeneracyjnego spełniająca ograniczenia wynikające z zapotrzebowania zarówno na prąd jak i na ciepło, korzystanie z wykresów uporządkowanych uniemożliwia ocenę zachowania się układu pod wpływem jednoczesnego występowania ograniczonego zapotrzebowania na ciepło i energię elektryczną. W takim przypadku należy korzystać z rzeczywistych wykresów godzinowej bądź dobowej zmienności zapotrzebowania.

--> Powrót do Czytelnii...

Szukaj w serwisie: