Analiza możliwości wykorzystania mikrokogeneracji w budownictwie mieszkaniowym

Analysis of the possibility of using micro-cogeneration in construction residential
Porównanie produkcji energii cieplnej oraz elektrycznej z wykorzystaniem kogeneracji, oraz trybu generacji rozdzielnej
Porównanie produkcji energii cieplnej oraz elektrycznej z wykorzystaniem kogeneracji, oraz trybu generacji rozdzielnej
Fot. Redakcja RI

W sektorze mieszkaniowym mikrokogeneracja może zmniejszyć koszty eksploatacji budynków i jednocześnie obniżyć emisję zanieczyszczeń do środowiska. Technologia ta jest opłacalna w przypadku większych budynków wielorodzinnych (powyżej 200 mieszkańców), w których występuje stosunkowo wysokie i stabilne zapotrzebowanie na energię i tym samym możliwe jest efektywne wykorzystanie czasu pracy układu i uzyskanie szybkiego zwrotu nakładów inwestycyjnych.

W artykule:

• Technologie układów micro-CHP
• Dobór układu kogeneracyjnego dla budynków mieszkalnych
• Zaopatrzenie budynku wielorodzinnego w energię z układu micro-CHP

Wraz ze wzrostem kosztów ogrzewania i energii elektrycznej oraz zaostrzaniem wymagań technicznych i prawnych wdrażane są systemy energooszczędne i przyjazne środowisku. Jedną z możliwości ograniczenia kosztów oraz spełnienia wymagań przepisów jest wykorzystanie kogeneracji – skojarzonej produkcji energii elektrycznej i cieplnej. Do najważniejszych wyzwań w ciepłownictwie i energetyce należy zaopatrzenie budynków w energię uzyskaną w sposób efektywny i ekonomiczny, przy jednoczesnym ograniczonym oddziaływaniu na środowisko.

Od lat zapotrzebowanie na energię cieplną pokrywane jest przy wykorzystaniu klasycznych kotłów: głównie na paliwo stałe, ale również gazowych czy olejowych, natomiast zaopatrzenie w energię elektryczną jest domeną zakładów energetycznych. Nie są to jednak rozwiązania, które będą wykorzystywane również w przyszłości, a pomysłem na nią może być właśnie zastosowanie kogeneracji.

Czytaj też: Zastosowanie mikrokogeneracji >>

Jednostki mikrokogeneracyjne to urządzenia o małej mocy – do 50 kW – będące realną alternatywą dla oddzielnej produkcji energii cieplnej i elektrycznej. Układy te stosowane są głównie w obiektach komercyjnych, hotelach, żłobkach czy halach przemysłowych. Zaletą tych jednostek są niewielkie wymiary oraz możliwość pokrycia potrzeb cieplnych (c.o., c.w.u.) i zapotrzebowania na energię elektryczną (najczęściej częściowo).

Dla przypomnienia: mikrokogeneracja (ang. microcogeneration, m-CHP) zgodnie z zapisem w dyrektywie 2012/27/UE [8] określana jest jako skojarzona produkcja ciepła i energii elektrycznej lub mechanicznej w czasie tego samego procesu, z maksymalną mocą poniżej 50 kW. Znowelizowana ustawa o OZE [9] za mikrokogenerację również uważa urządzenia o mocy do 50 kW. Jest to odpowiednik kogeneracji w energetyce, tzw. CHP (ang. combined heat and power), której proces polega głównie na skojarzonym wytwarzaniu energii elektrycznej i ciepła [6].W analizie uwzględnia się przeważnie całkowitą sprawność energetyczną układu kogeneracyjnego, z jaką energia pierwotna jest przetwarzana na energię cieplną i elektryczną. Wartość tę można wyznaczyć za pomocą wzoru:


(1)


gdzie:

Ech,EC – zużycie energii chemicznej paliwa,
Eel – wyprodukowana energia elektryczna,
Q – wyprodukowane ciepło.

Dzięki możliwości osiągnięcia całkowitej sprawności powyżej 90%, jednostki micro-CHP pokrywają zapotrzebowanie budynków na ogrzewanie pomieszczeń i/lub ciepłą wodę (oraz potencjalnie chłodzenie), dostarczając jednocześnie energię elektryczną w celu zastąpienia lub uzupełnienia dostaw sieci. Większość dostępnych na rynku technologii micro-CHP bazuje na silnikach Stirlinga, układach Organic Rankine Cycle (ORC) lub silnikach spalinowych (ICE), charakteryzujących się wysokim stosunkiem ciepła do mocy. Czyni je to najbardziej odpowiednimi do instalacji w istniejących budynkach. Osiągając całkowitą sprawność systemu ponad 90%, technologie mikrokogeneracji stanowią rozwiązanie następnej generacji, którym zastąpić można tradycyjne kotły gazowe w większości zabudowanych środowisk, gdzie niemożliwe jest przeprowadzenie głębokich modernizacji i wykorzystanie energii odnawialnej. 

Niektóre rodzaje mikrokogeneracji są również wydajną alternatywą dla nowszych kotłów gazowych. Technologie micro-CHP pozwalają także na efektywne wykorzystanie biopaliw. Wprowadzenie mikrokogeneracji w gospodarstwach domowych i małych przedsiębiorstwach daje konsumentom możliwość wyprodukowania własnego ciepła i energii elektrycznej i stania się aktywnymi uczestnikami sektora energetycznego [2].

W 2020 roku UE ma osiągnąć cel, jakim jest ograniczenie zużycia energii o 20%, w związku z tym musi zwiększyć swoją efektywność energetyczną, w szczególności w odniesieniu do sektora mieszkaniowego, który jest odpowiedzialny za 27% całkowitego zużycia energii w UE [3]. Układy micro-CHP są odpowiednim rozwiązaniem dla wysokoemisyjnego sektora mieszkaniowego. Do głównych korzyści płynących z zastosowania tych układów należą:

  • dostarczanie zarówno ciepła, jak i energii elektrycznej z jednego źródła energii;
  • zmniejszenie emisji dwutlenku węgla dzięki wytworzeniu energii elektrycznej w miejscu zużycia – unika się dzięki temu straty systemowej związanej z centralnym wytwarzaniem energii;
  • oszczędności ekonomiczne dla użytkownika poprzez zmniejszenie importowanej energii elektrycznej i sprzedaż jej nadwyżki z powrotem do sieci;    
  • bardziej efektywne wykorzystanie gazu;
  •  możliwość korzystania tylko z jednego nośnika energii, np. gazu, w układach zbilansowanych.

Technologie układów micro-CHP

Kogeneracja wykorzystywana jest do poprawy efektywności wykorzystania energii pierwotnej w stosunku do produkcji rozdzielnej. Stosowanie układów kogeneracyjnych prowadzi do zmniejszenia kosztów produkcji energii końcowej i przyczynia się w znacznym stopniu do zmniejszenia emisji zanieczyszczeń do atmosfery, dlatego staje się to coraz popularniejszym sposobem wytwarzania energii w Europie. Kogenerację w dużym stopniu determinuje wielkość zapotrzebowania na ciepło, która w zależności od odbiorcy może ulegać zmianom dobowym i sezonowym [4]. 

Z analizy przedstawionej na rys. 1 wynika, że przy próbie wytworzenia 21 jednostek energii elektrycznej i 33 jednostek energii ciepła przy użyciu kogeneracji (zakładana sprawność na poziomie 90%) niezbędnych jest 60 jednostek energii pierwotnej, natomiast do wytworzenia tych samych ilości energii w trybie generacji rozdzielnej potrzeba aż 97 jednostek energii pierwotnej [4]. Pokazuje to, jak duże korzyści przynosi wykorzystanie układów kogeneracyjnych w energetyce – można dzięki nim zaoszczędzić 38% jednostek energii pierwotnej.

Mikroelektrownia wytwarza energię elektryczną i ciepło z wysoką sprawnością, pomaga zatem oszczędzać paliwo, ograniczać emisję gazów cieplarnianych i zmniejszać koszty energii elektrycznej. Większość urządzeń pracuje w trybie równoległym do sieci energetycznej, więc budynek nadal otrzymuje część zapotrzebowania elektrycznego z sieci, ale część energii elektrycznej może również do niej eksportować [2]. Micro-CHP mogą zostać wykorzystane do zapewnienia ogrzewania i elektryczności w budynkach mieszkalnych, hotelach, pensjonatach, budynkach komercyjnych i niedużych obiektach przemysłowych. Stosuje się w nich: biomasę, węgiel, gaz ziemny, biogaz, produkty ropopochodne i energię słoneczną. Jednak najpopularniejszym paliwem jest gaz ziemny.

W systemach micro-CHP wykorzystuje się wiele różnych technologii konwersji, takich jak: 

  • silniki tłokowe wewnętrznego spalania sprzężone z generatorem i wymiennikami ciepła w celu odzyskiwania ciepła z gazów wydechowych i cyklu chłodzenia;
  • silniki Stirlinga – silniki cieplne, w których ciepło jest wytwarzane zewnętrznie w oddzielnej komorze spalania (zewnętrzne silniki spalinowe). Są one również wyposażone w generator i wymiennik ciepła;
  • jednostki z turbinami gazowymi – małe turbiny gazowe należące do grupy maszyn turbinowych o mocy wyjściowej do ok. 300 kWel. Aby zwiększyć moc elektryczną, turbiny gazowe są wyposażone w rekuperator (wymiennik ciepła). Są one również wyposażone w regularny wymiennik ciepła, aby wykorzystać ciepło odpadowe ze spalin;
  • ORC (organiczny cykl Rankine'a) – podobny do cyklu tradycyjnej turbiny parowej, z wyjątkiem płynu, który napędza turbinę, będącego organicznym płynem o dużej masie cząsteczkowej. Wybrane płyny robocze umożliwiają wydajne wykorzystanie źródeł ciepła o niskiej temperaturze do produkcji energii elektrycznej w szerokim zakresie mocy wyjściowych (od kilku kW do 3 MW mocy elektrycznej na jednostkę);
  • ogniwa paliwowe – konwertery energii elektrochemicznej podobne do baterii pierwotnych. Ogniwa paliwowe z mikrokogeneratorem są oparte na ogniwach paliwowych z membraną polimerową o niskiej temperaturze polimeru (PEFC lub PEMFC), które pracują w temperaturze ok. 80°C, lub ogniwach paliwowych ze stałym tlenkiem o wysokiej temperaturze (SOFC) pracujących przy ok. 800–1000°C;
  • inne technologie, takie jak ogniwa parowe, urządzenia termoelektryczne itp. – nadal doskonalone [5].
Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter!

[kogeneracja, micro-CHP, energia cieplna, energia elektryczna, skojarzone wytwarzanie energii cieplnej i elektrycznej]

   29.06.2019

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie



Zaprojektuj niezawodne instalacje w budynku »

Czy wiesz, jakich błędów unikać przy instalacji? »

zawory antyskażeniowe
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


 Jak zapewnić skuteczny monitoring parametrów środowiskowych w pomieszczeniach medycznych »

izolacje w instalacji


 


Czy bezdotykowy design stanie się standardem? »

Jak zminimalizować stratę energii w układach wentylacyjnych »
armatura bezdotykowa
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Zbliża się zima 100-lecia? Z jakim urządzeniem zaoszczędzisz najwięcej »

oszczednosc energii



O czym dowiesz się na międzynarodowym spotkaniu instalatorów »

Czy wiesz, na której platformie znajdziesz niezbędne narzędzia dla instalatora i dostaniesz 500zł »
 
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Co zrobić kiedy nie możesz pozbyć się wody z wycieku »

wyciek z rury


 


Jaki wybrać płyn do instalcji w przemyśle spożywczym »

Od czego zacząć, gdy chcesz zabezpieczyć hale przemysłowe przed pożarem »
panele fotowoltaiczne ochrona przed pożarem
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Jak zabezpieczyć dylatację przed pożarem »

dyletacja

 



Do 77% oszczędności na zużyciu energii »

Z poradnika hydraulika - gdzie kupisz sprawdzony sprzęt »

cichy oszczedny klimatyzator hydraulik
jestem na bieżąco » korzystam z wiedzy »

 


 


Które pompy ściekowe mogą być stosowane na dużej głębokości » Upały dają się we znaki! Co lepsze? Centrala wentylacyjna czy rooftop? »
kanalizacja wentylatory
wiem więcej » poznaj dziś »

 



Poznaj metody na oszczędność wody »

W czym tkwi sedno w projektowaniu instalacji grzewczej »
produkcja studni wodomierzowych
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Ekspert Budowlany - zlecenia

Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
7-8/2021

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 7-8/2021
W miesięczniku m.in.:
  • - Nowe kotły gazowe
  • - Retencja wód opadowych
Zobacz szczegóły

Bezpłatny newsletter

Mamy dla Ciebie prezent 


Wystarczy,

że zapiszesz się na newsletter,
a otrzymasz link do

e-book

" Kotły na biomasę i biopaliwa "

Zapisuję się »

Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl