Elosztott energiatermelés és megújuló energiaforrások

Villamosenergia - minőség és Szolgáltatói Útmutató Elosztott energiatermelés és megújuló energiaforrások 8.3.5 Kapcsolt energiatermelés Siemens press picture Siemens press picture

Elosztott energiatermelés és megújuló energiaforrások Kapcsolt energiatermelés Rob Smit KEMA Nederland BV 2006. december Magyar Rézpiaci Központ Hungarian Copper Promotion Centre (HCPC) A Magyar Rézpiaci Központ a réztermelők és feldolgozók által támogatott non-profit szervezet, amelynek célja a réz és a rézötvözetek használatának, valamint helyes és hatékony alkalmazásának elősegítése. A szolgáltatások, beleértve a műszaki tanácsadást és információs adatközlést, mindazok rendelkezésére állnak, akik bármilyen vonatkozásban érdekeltek a réz felhasználásában. Az egyesülés összeköttetést teremt a kutatás és a felhasználó ipar között, és szoros kapcsolatot tart fenn a világ többi a rézpiac fejlesztésén tevékenykedő- szervezetével. Európai Réz Intézet European Copper Institute (ECI) Az Európai Réz Intézet az ICA (International Copper Association) és az IWCC (International Wrought Copper Council) támogató tagjai által létrehozott szervezet. Tagjain keresztül az ECI a világ legnagyobb réztermelői és Európa vezető réztermék gyártói nevében dolgozik a réztermékek európai piacfejlesztésén. Az 1996 januárjában megalakult ECI-t tíz Rézpiac Fejlesztési Egyesület (CDA-k) hálózata támogatja a Benelux államokban, Franciaországban, Németországban, Görögországban, Magyarországon, Olaszországban, Lengyelországban, Skandináviában, Spanyolországban és az Egyesült Királyságban. Ezen tevékenység folytatása azon erőfeszítéseknek, amelyeket az 1959-ben alakult Copper Products Development Association (CPDA) és az 1961-ben alakult International Copper Research Association (INCRA) kezdeményezett. Figyelmeztetés A Magyar Rézpiaci Központ és az Európai Réz Intézet elhárítja a felelősséget bármilyen közvetlen, közvetett, okozati, vagy véletlenszerű meghibásodásért, amely az ebben a kiadványban közölt információk felhasználásából, vagy az információk illetve a közölt adatok fel nem használhatóságából eredhetnek. Szerzői jog : Copper Development Association (CDA) Magyar fordítás: Magyar Rézpiaci Központ A kiadvány anyagának másolása, terjesztése engedélyezett, feltéve, hogy az teljes terjedelemben, a forrás megjelölésével történik. Magyar Rézpiaci Központ H-1053 Budapest, Képíró u. 9. Magyarország Tel: (+36 1) 266 48 10 Fax: (+36 1) 266 48 04 E-mail: info@hcpcinfo.org Web: www.rezinfo.hu

Elosztott energiatermelés (DG) és megújuló energiaforrások (RES) Kapcsolt energiatermelés Bevezetés Ez a cikk a kapcsolt energiatermelés alapjait ismerteti; mit jelent, és Európában milyen mértékben alkalmazzák. Először is az alapelvet tisztázzuk. Ezután áttekintjük a kapcsolt energiatermelés során jelenleg alkalmazott technológiákat, és azokat, amelyeknek a közeljövőben várható a bevezetése. Figyelmet fordítunk a kapcsolt energiatermelés környezetvédelmi vonatkozásaira is. Az EU tagországokban a teljes villamosenergia-termelésnek kb. 10%-a származik kapcsolt energiatermelésből. Az Európa Tanács azt szeretné, ha ez a szám minél nagyobb lenne, mivel a kapcsolt energiatermelés előnyei a környezetvédelem (különösen a széndioxid kibocsátás tekintetében) és az energia-ellátás biztonsága területén jelentősek. Emiatt az EU a tagországokban néhány éven belül bevezetendő különböző irányelvekkel támogatja a kapcsolt energiatermelés alkalmazásának a növelését. Alapelvek és definíciók A kapcsolt energiatermelés alatt a villamos- és hőenergia egyidejű előállítását értjük. Ez persze nem tökéletes definíció, mert minden villamos erőmű egyúttal hőt is termel. Ami a kapcsolt energiatermelést megkülönbözteti az az, hogy itt a keletkező hőt is teljes mértékben hasznosítják. Például egy autó a mozgatásához szükséges energián kívül hőt is termel, az autó mégsem kapcsolt energiatermelésű egység, mivel a létrehozott hőenergia nagy része elvész. A kapcsolt energiatermelést ezért a következőképpen lehet meghatározni: Kapcsolt energiatermelés alatt a villamos- és hőenergia olyan egyidejű előállítását értjük, amely során mindkét terméket hasznosítjuk. A hő és energia-termelés ezen kombinációját gyakran kombinált hő és energia-termelésnek (Combined Heat and Power, CHP) is nevezik. Ebben a cikkben ezt a két elnevezést egymás szinonimájaként használjuk. A kapcsolt energiatermelésből származó energia majdnem mindig villamos energia, de lehet sűrített levegő vagy másfajta energia is. A kapcsolt energiatermelés technológiájától függően, ha a keletkező hő hőmérséklete alacsony, akkor fűtésre, ha magas, akkor ipari folyamatokban (rendszerint gőz formájában) lehet felhasználni. Ebben a cikkben csak az olyan kapcsolt energiatermeléssel foglalkozunk, amelyben az előállított energia villamos energia. Egy kapcsolt energiatermelésű egység a következő részeket mindig tartalmazza: A tüzelőanyagot forgómozgássá és hővé alakító primer energiaátalakító A forgómozgást villamos energiává alakító generátor A keletkező hőt visszanyerő rendszer. A kapcsolt energiatermelést különböző méretekben, különböző technológiákkal és különböző felhasználási területeken lehet használni. Gyakran különbséget tesznek a kis- és a nagyméretű kapcsolt energiatermelés között. A belsőégésű motorok (gázmotorok) által működtetett kapcsolt energiatermelést általában kisméretű, míg a gázturbinával működtetetteket nagyméretű egységeknek szokták tekinteni. Természetesen ennél sokkal lényegesebb a felhasznált technológia alapján történő csoportosítás. A hagyományos villamos- és hőenergia termeléssel való összehasonlítás Az energiatermelés hatásfokának növelésére szolgáló, manapság rendelkezésre álló módszerek közül a legfontosabb a kapcsolt energiatermelés. Egy átlagos kapcsolt energiatermelésű erőmű hatásfoka 85%, azaz a felhasznált energiának csak a 15%-a vész kárba. Összehasonlításul, egy kombinált ciklusú gőz és gázturbinát használó modern villamos erőmű hatásfoka 55%, azaz a felhasznált energiának a 45%-a kárba vész. Az 1. ábra a kapcsolt energiatermelést hasonlítja össze a különálló hagyományos villamos- és hőenergia termeléssel. Ebből az látszik, hogy azonos mennyiségű villamos- és hőenergia előállításához különálló energia- 3

termelés esetén több energiára van szükség, mint kapcsolt energiatermelés esetén. A példa azon a valóságos feltevésen alapul, hogy a gázmotoros kapcsolt energiatermelés villamos hatásfoka 35%, termikus hatásfoka pedig 50%. A megtakarított energia az összehasonlítás alapjául választott egyedi villamosenergia- és hőtermelés formájától függ. A példában egy jellegzetes villamos erőmű átlagos hatásfokát (43%), és a kazánok 95%-os hatásfokát vettük alapul. A zárójelben szereplő értékek összehasonlításképpen egy modern, 55% hatásfokú kombinált ciklusú villamos erőműre vonatkoznak. Energia bevitel Különálló termelés Kapcsolt energiatermelés Energia bevitel 81 (64) Villamos erőmű 43% (55%) Villamos energia 35 Hatásfok Villamos 35% 100 53 Kazán 95% Hőenergia 50 Termikus 50% Összesen 134 (117) Összesen 100 Energia megtakarítás = (134-100) 134 = 25% (15%) 1. ábra: A kapcsolt energiatermeléssel elérhető elméleti energiamegtakarítás a villamos- és hőenergia külön-külön történő előállításához képest Ahogyan az az 1. ábráról is látszik, a kapcsolt energiatermeléssel 15 25% energiamegtakarítás érhető el. Ez a kapcsolt energiatermelés sikerének egyik alapvető magyarázata. A kapcsolt energiatermelés előnyei A nagyobb hatásfok mellett a kapcsolt energiatermelés más előnyöket is kínál. Ezek közül a legfontosabbak a következők: Ha az összes megtermelt hőt a helyszínen fel lehet használni, akkor a kapcsolt energiatermeléssel lehet a legolcsóbban villamos energiát előállítani A kapcsolt energiatermelés alkalmazásával csökken a környezetszennyezés, különösen a CO 2 kibocsátás A villamos energia helyben történő előállítása növeli az ellátás biztonságát A kapcsolt energiatermelésben fel lehet használni a termelési folyamatok melléktermékeit (pl. a szerves hulladékot). A kapcsolt energiatermelés alkalmazása A kapcsolt energiatermelés fajtái A kapcsolt energiatermelést sokféle területen lehet alkalmazni. A kapcsolt energiatermelést ma már széleskörűen alkalmazzák épületek, mint pl. irodaházak, kórházak, lakóházak és uszodák, valamint üvegházak fűtésére. A kapcsolt energiatermelést már régóta használják az ipar különböző területein, különösen a papír- és a vegyiparban, ahol jelentős mennyiségű villamos- és hőenergiára van szükség. A kapcsolt energiatermelés, a technológia fejlődésével ma már egyre több területen kap létjogosultságot. Ezek közül a legfontosabbak 4

a feldolgozóipar, a kereskedelmi és adminisztratív épületek fűtése, a távfűtés; mindegyik terület közös jellemzője a nagy hőenergia igény. A lehetséges felhasználási területeket különböző jellemzők alapján lehet csoportosítani: Méret: Hőhasznosítás: Technológia: Felhasználó: Tulajdonos: Nagy vagy kicsi Fűtés vagy ipari folyamat Gázturbina vagy gázmotor Egy vagy több Felhasználó egyedül, vagy pl. áramszolgáltatóval közösen A méret alapján történő csoportosítás meglehetősen viszonylagos. A gázturbinás ipari kapcsolt energiatermelésben például 5 MW villamos kapacitás kicsinek minősül, de ha ugyanezt a teljesítményt gázmotorral állítják elő, már nagynak. Sokkal hasznosabb az alkalmazott technológia szerinti csoportosítás, különösen, ha a hőhasznosítás módját is figyelembe vesszük. Fűtésre általában gázmotorokat használnak. Ha nagyobb hőmérsékletekre van szükség, pl. ipari folyamatok során, akkor a gázturbinák alkalmazása a célravezetőbb. Kis villamos teljesítmények esetén (200 kw 5 MW) hagyományosan a gázmotorok, míg nagyobb teljesítmények esetén (> 5 MW) a gázturbinák alkalmazása terjedt el. Az utóbbi években azonban már megjelentek a kis villamos teljesítményű (30 kw 500 kw) mikro turbinák is. A kapcsolt energiatermelés helyzete Európában A kapcsolt energiatermelés jelentős szerepet játszik Európa energiaellátásában, jelenleg a teljes villamosenergia-termelés 10%-át teszi ki. Európa szerte jelentős eltérések figyelhetők meg a kapcsolt energiatermelésű erőművek méretében és részarányában. Ezek az eltérések a történelmi, energiapolitikai, a rendelkezésre álló természeti erőforrásoktól függő, kulturális és éghajlatbeli különbségeken alapulnak, és szorosan összefüggenek a villamosenergia-piacok szerkezetével és működésével. A 2. ábra a kapcsolt energiatermelés helyzetét mutatja néhány EU tagországban. EU Egyesült Királyság Svédország Spanyolország Portugália Hollandia Olaszország Írország Görögország Németország Franciaország Finnország Dánia Belgium Ausztria Lengyelország A kapcsolt energiatermelés részaránya az ország energiatermelésében 2. ábra: A kapcsolt energiatermelés aránya (%) a nemzeti energiatermeléshez viszonyítva az EU-ban (forrás: Cogen Europa) 5

A 2. ábráról látszik, hogy a kapcsolt energiatermelés részaránya a különböző országok teljes energiatermelésében néhány % (Írország) és 50 % (Dánia) között változik. Azokban az országokban, ahol a részarány magas (Dánia, Finnország és Hollandia), a kapcsolt energiatermelés egyértelmű támogatásával érték el ezt a szintet. Hollandiában például a kapcsolt energiatermelésben felhasznált gáz árának jelentős támogatása és az így előállított villamos energia kedvezményes átvétele eredményezte 1990 és 2000 között a kapcsolt energiatermelés figyelemreméltó növekedését. Azonban a kapcsolt energiatermelésben sem lehet tovább fenntartani az ártámogatásokat, emiatt a liberalizált piacon csak a megtermelt hőt gazdaságosan felhasználó rendszerek maradnak életképesek. Egy jól megtervezett és üzemeltetett kapcsolt energiatermelésű egység hatásfoka mindig nagyobb lesz, mint a villamos- és a hőenergiát külön előállító egységeké. Bár a kapcsolt energiatermelés jövedelmezőségét az olcsón előállított villamos energia határozza meg, a sikere alapvetően a hőenergia felhasználásától függ. Emiatt az első számú feltétel, hogy legyen olyan hőigény, amelyet kapcsolt energiatermeléssel ki lehet elégíteni. Ökölszabályként azt lehet mondani, hogy a kapcsolt energiatermelés várhatóan akkor lesz nyereséges, ha a hő felhasználására évente legalább 4500 órán át van lehetőség. Az a lehető legjobb helyzet, ha mind a hő, mind a villamos energia felhasználása az előállítás helyszínén történik. A legtöbb esetben azonban a villamosenergiatermelés meghaladja a helyi igényeket, ha a kapcsolt energiatermelésű egységet a hőigény alapján méretezik. Ezt szemlélteti a 3. és 4. ábra. A 3. ábra azt az esetet mutatja, amikor a kapcsolt energiatermelésű egységet a villamosenergia-igényre méretezték. Ebben a példában a villamosenergia-igény az év során állandó, így az előállított hőenergia is állandó lesz. Mivel a téli hónapokban a hőenergia-igény nagyobb, kiegészítő hőtermelésre van szükség. Kiegészítő kazántüzelés Kapcsolt energiatermelésű hőenergia Kapcsolt energiatermelésű villamos energia Villamosenergiaigény Jan. Feb. Márc. Ápr. Máj. Jún. Júl. Aug. Szep. Okt. Nov. Dec. 3. ábra: Villamosenergia-igényre méretezett kapcsolt energiatermelésű egység A 4. ábra azt az esetet mutatja, amikor a kapcsolt energiatermelésű egységet a hőenergia-igényre méretezték. A villamosenergia-termelés követi a hőtermelést, miközben a villamosenergia-igény állandó marad. Ha a megtermelt villamos energia elmarad az igénytől, akkor a különbséget az áramszolgáltatótól meg kell vásárolni, míg ellenkező esetben a többletet el lehet adni. A kapcsolt energiatermelés legtöbb alkalmazásánál a hőigény meghaladja a villamosenergia-igényt (egész évre viszonyítva). Más szavakkal, a hő- és a villamos energia aránya 1-nél nagyobb. Ez az arány azonban jelentősen változik az év, sőt a nap folyamán is. Környezetvédelmi szempontból mindig jobb, ha a kapcsolt energiatermelés a hőigényt követi, gazdasági szempontból viszont néha előnyösebb, ha a villamosenergiaigényt követi. A villamosenergia-igényre méretezett esetben vannak időszakok (különösen nyáron), amikor a megtermelt hőt nem lehet felhasználni, emiatt a kapcsolt energiatermelésű egység eredő hatásfoka csökken. 6

Kapcsolt energiatermelésű hőenergia Áramszolgáltatónak eladott villamos energia Villamosenergia-igény Kapcsolt energiatermelésű villamos energia Jan. Feb. Márc. Ápr. Máj. Jún. Júl. Aug. Szep. Okt. Nov. Dec. Figure 4 - Cogeneration unit set up to follow heat demand A hőigényre méretezett kapcsolt energiatermelésű egység esetén vannak időszakok (különösen télen), amikor a többlet villamos energiát az áramszolgáltatónak el kell adni. Ha ebben az időszakban a villamos energia piaci ára alacsony, akkor ez kedvezőtlenül befolyásolja az egység eredő gazdaságosságát. A kapcsolt energiatermelés technológiája Primer energiaátalakítás A kapcsolt energiatermelés területén jelenleg kétfajta energiaátalakítási technológia létezik: a gázturbinák és a belsőégésű motorok. Az tüzelőanyagcellák, mikro turbinák és a Stirling motorok használata a közeljövőben várható. A primer energiaátalakítók összehasonlítását az 1. táblázat tartalmazza. Gázturbinák A nagyméretű (jellemzően 1 100 MW villamos teljesítményű) kapcsolt energiatermelésű egységek széleskörűen alkalmazott primer energiaátalakítója a gázturbina. Az tüzelőanyagot a nagynyomású égéstérben sűrített levegő hozzáadásával égetik el. A forró nagynyomású gázok (a hőmérséklet kb. 1200 C) elforgatják a turbinalapátokat, így a tengelyen mechanikai energia keletkezik. Általában ez a mechanikai energia hajtja a villamos energiát előállító generátort. A forró fáradt gázokat kétféleképpen lehet felhasználni: vagy a helyi ipari folyamatok hőigényét lehet velük úgy kielégíteni, hogy (közvetlenül vagy hőcserélőn keresztül) hulladékhő-hasznosító kazánnal gőzt állítunk elő, vagy gőzturbinával villamos energiát termelünk velük. A gázturbinából, hulladékhő-hasznosító kazánból és gőzturbinából álló elrendezést kombinált ciklusú gázturbinának nevezzük. Belsőégésű motorok A belsőégésű motorok működési elve megegyezik a járműmotorok elvével. A villamos hatásfokuk nagyobb, mint a gázturbináké, de az általuk előállított hőenergiát nehezebb hasznosítani, mert a hőmérséklet alacsonyabb, és közel egyenlő mértékben oszlik meg a kipufogó gázok (hőmérsékletük kb 400 C) és a hűtőközeg (hőmérséklete kb 100 C) között. Sok esetben a hűtőközegből és a kipufogógázokból visszanyert hőenergia kimenete közös, jellemzően 100 C körüli hőmérsékletű forró vizet állítanak elő velük. A megújuló energiaforrások előtérbe kerülésével a biogázzal üzemeltetett belsőégésű motorok (amelyhez a motoroknak csak kismértékű átalakítása szükséges) egyre jobban terjednek. 7

Primer energiaátalakító Tüzelőanyag Villamos teljesítménytartomány (MW) Villamos hatásfok Jellemző teljes hatásfok Hő Kombinált ciklusú gázturbina Földgáz 3 >300 35 55% 73 90% Közepes nyomású gőz vagy nagyhőmérsékletű forró víz Gázturbina Földgáz 0,3 >50 25 42% 65 87% Nagy nyomású gőz vagy forró gáz (500 600 C) Dízelmotor Gázolaj 0,2 20 35 45% 65 9% Alacsony nyomású gőz. Alacsony és közepes hőmérsékletű forró víz Gázmotor Tüzelőanyagcella Mikro turbina Stirling motor Földgáz, biogáz Hidrogén, földgáz Földgáz, gázolaj, biogáz Minden tüzelőanyag 0,003 6 25 43% 70 92% Alacsony és közepes hőmérsékletű forró víz 0,001 100 40 60% 90% Gőz vagy forró víz 0,03 1 27% 90% Forró fáradt gáz vagy forró víz 0,001 0,005 10 15% 95% Forró víz 1. táblázat: A primer energiaátalakítók összehasonlítása Tüzelőanyagcellák Az tüzelőanyagcellák a tüzelőanyagot (földgáz, metanol vagy hidrogén) elektrokémiai folyamatok során alakítják át villamos- és hőenergiává. Az (üzemanyagból származó) hidrogén és a (levegőből származó) oxigén egyesülése során víz, villamos energia és hő keletkezik. Az üzemanyagcellák azért népszerűek, mert nagy a villamos hatásfokuk (akár 60%), és nem tartalmaznak mozgó alkatrészeket. Az üzemanyagcellák különböző típusúak lehetnek, mert bár alapelvük közös, de a felhasznált anyagok, az üzemanyagok és a működési jellemzőik (üzemi hőmérséklet, kimenő teljesítmény, az üzemanyag tisztaságával szemben támasztott követelmények) tekintetében jelentősen különbözhetnek egymástól. Ennek megfelelően az alkalmazási területük is eltér egymástól. Kétféle üzemanyagcella fejlesztése van olyan fázisban, hogy általános alkalmazásuk az elkövetkező tíz évben várható: az egyik a szilárd oxid üzemanyagcella (solid oxide fuel cell, SOFC), a másik a protoncserélő membrános üzemanyagcella (proton exchange membrane, PEM). A SOFC nagyméretű, tartós kapcsolt energiatermelésre alkalmas (villamos energia 100 MW-ig, hőtermelés 600 1000 C hőmérsékleten). A PEM üzemanyagcella elsősorban kis teljesítményigények kielégítésére szolgál, és a 70 150 C hőmérsékletű hőtermelésével családi házak fűtésére használható. Mikro turbinák Az utóbbi években sikerült egészen kis villamos teljesítményű turbinákat kifejleszteni (akár 30 kw). Ezek a mikro turbinák mostanában jelentek meg a piacon, és különösen a kertészetek, irodaépületek energiaellátását biztosító kapcsolt energiatermelésre alkalmasak. A gázmotorokkal szemben előnyös választásnak tűnnek, mivel NOx kibocsátásuk alacsony és kevés karbantartást igényelnek. Emellett magas hőmérsékletű hőt termelnek. A mikro turbinák villamos hatásfoka azonban nem éri el a gázmotorokét. Stirling motorok A kapcsolt energiatermelésben alkalmazott másik új technológia a Stirling motor. Valójában az alapelvet 1816-ban fejlesztették ki, még mielőtt a belsőégésű Otto motort járművek meghajtására használták volna. 8

Annak idején a legígéretesebb technológiának tartották. A Stirling motor azonban nagyon jó minőségű anyagokat igényel, mivel a hőcserélőt kívülről folyamatosan melegíteni kell. Ha abban az időben rendelkezésre álltak volna megfelelő anyagok, lehet, hogy a járműveket ma Stirling motorok hajtanák. A Stirling motor a hőmérsékletkülönbséget alakítja át mozgási energiává. Az alapelve egy adott mennyiségű gáz (levegő, hidrogén vagy hélium) ismétlődő felmelegítése és lehűtése. Ez úgy történik, hogy a gáz a forró és a hideg hőcserélő között mozog, miközben mechanikai munkát végez. A forró hőcserélő a külső hőforrással (amelyet pl. az tüzelőanyag elégetése táplál) termikus csatolásban lévő kamra, a hideg hőcserélő pedig egy külső hőelnyelővel termikus csatolásban lévő kamra. A fejlesztők már közel járnak az olyan Stirling motorok elkészítéséhez, amelyek családi házak (hő és villamos) energiaellátására lesznek alkalmasak. A Stirling motor villamos hatásfoka alig több mint 10%. A kapcsolt energiatermelésben használt generátorok A forgó tengelyen jelentkező mechanikai energiát a generátor alakítja át villamos energiává. Léteznek szinkron- és aszinkron generátorok. A szinkrongenerátor a hálózattól függetlenül, szigetüzemben is tud működni, ezért a villamosenergia-rendszer kiesése esetén is képes ellátni a fogyasztókat. Az aszinkron generátor csak más generátorokkal párhuzamosan, rendszerint a villamosenergia-rendszeren keresztül tud működni. A villamosenergia-rendszerről leválasztva, vagy annak kiesése esetén nem képes működni, ezért tartalék áramforrásnak nem alkalmas. A villamosenergia-rendszerhez való csatlakoztatása ugyanakkor egyszerű. A 200 kw-nál kisebb villamos teljesítményű szinkron generátorok a kiegészítő szabályozó, indító és illesztő berendezések miatt drágábbak az aszinkron generátoroknál. A 200 kw-nál nagyobb teljesítmények esetén már a szinkrongenerátorok a gazdaságosabbak. Létezik azonban olyan tendencia is, amely szerint a kisebb teljesítményű kapcsolt energiatermelésű egységekben is szinkrongenerátorokat alkalmaznak. Költség-haszon elemzés A 2. táblázat a költségeket és a nyereségeket hasonlítja össze. A kapcsolt energiatermelés viszonylag tőkeigényes beruházás, ezért a befektetés előtt alapos költségelemzést kell végezni. A költségek számszerűsítése viszonylag egyszerű, de a megtermelt villamos energia és a hő értékének meghatározása sokkal bonyolultabb. A költségeket nem lehet egyszerűen a megtermelt villamos- és hőenergiára szétosztani, mivel azok értékét általában a megtakarítások alapján számítják Költség Tőke Üzemeltetés és karbantartás Tüzelőanyag Nyereség Hőenergia Villamos energia - kevesebbet kell vásárolni - értékesítés ki. A kapcsolt energiatermelésben előállított 2. táblázat: A kapcsolt energiatermelés költségei és nyeresége hő értékét a kazánnal előállított hőenergia árából, a kapcsolt energiatermelésből származó villamos energia árát pedig az áramszolgáltatótól vásárolt kevesebb energia miatti megtakarításból, vagy a villamosenergia-rendszerbe való betáplálás esetén a villamos energia piaci árából lehet meghatározni. A kapcsolt energiatermelésű egységek beruházási költségeit rendszerint a következők szerint lehet felosztani: A primer energiaátalakító költsége A generátor költsége A hővisszanyerő egység költsége Telepítési költségek A villamosenergia-rendszerhez való csatlakozás költsége. 9

Egységnyi villamos teljesítményre eső beruházási költség (euró/kw) Beépített villamos teljesítmény (kw) 5. ábra: A kapcsolt energiatermelésben a fajlagos beruházási költség Az 5. ábrán az egy kw villamos teljesítményre eső beruházási költség alakulása látható a beépített villamos teljesítmény függvényében. A példa a gázmotoros kapcsolt energiatermelés esetén érvényes fajlagos beruházási költséget mutatja, amely tartalmazza a primer energiaátalakító, a generátor, a hővisszanyerő és a villamosenergia-rendszerhez való csatlakozás költségét. A 3. táblázatban egy tipikus kapcsolt energiatermelésű egység beruházási költségének a megoszlása látható az egyes összetevők között. Összetevő Részesedés a teljes beruházási költségből Primer energiaátalakító + generátor 40-60% Hővisszanyerő berendezés 15-30% Villamos csatlakozás + biztonság 5-15% Telepítés 5-10% 3. táblázat: Tipikus kapcsolt energiatermelésű rendszer beruházási költségének megoszlása A kapcsolt energiatermelés jövedelmezősége nagyrészt a villamos energia és a földgáz árától függ. A hőigényre méretezett kapcsolt energiatermelésű egység nem képes rugalmasan követni a villamos energia árváltozásait. Emiatt nyereségesen működő kapcsolt energiatermelésű erőművet nem könnyű készíteni. A 6. ábra a különböző típusú kapcsolt energiatermelésű erőművek üzemeltetése során jelentkező költségek jellemző megoszlását mutatja. A 7. ábra a mérleg másik oldalát, azaz a bevételeket szemlélteti. Az ábrákról világosan látszik, hogy a kiadások között a tüzelőanyag ára, míg a bevételek között a megtermelt villamosés hőenergia értéke a meghatározó. Az erőmű üzembe helyezése után a tulajdonos csak az üzemeltetési és karbantartási költségeket tudja befolyásolni. Manapság sok EU tagországban a kapcsolt energiatermelésű erőművek üzemeltetési költségei meghaladják a bevételeket. Az ilyen, energiatakarékos erőműveket a környezetvédelmi előnyeik miatt támogatni kell, hogy a kapcsolt energiatermelés életképes maradjon, és a velük kapcsolatos fejlesztések ne essenek vissza. A kapcsolt energiatermeléssel megtakarítható a hálózati veszteségek egy része, csökkenthetők a kibocsátások, és növelhető az energiaellátás biztonsága. A Tanács véleménye szerint a kapcsolt energiatermelésben vannak még kiaknázatlan lehetőségek, ezért támogatni kívánja a hasznos hőigényen alapuló hatékony kapcsolt energiatermelést. 10

Az üzemeltetés során jelentkező összes költség százalékos megoszlása Tüzelőanyag Tőke Egyéb Üzemeltetési és karbantartási költség Tőke Egyéb Üzemeltetési és karbantartási költség Tüzelőanyag Tüzelőanyag Tőke Üzemeltetési és karbantartási költség Kombinált ciklusú Gázturbina Belsőégésű motor 6. ábra: A különböző típusú kapcsolt energiatermelésű erőművek üzemeltetése során jelentkező költségek megoszlása Az üzemeltetés során jelentkező bevételek százalékos megoszlása Hőenergia Villamos energia Megtakarított hálózati költségek CO 2 kvóták Villamos energia Megtakarított hálózati költségek CO 2 kvóták Hőenergia Hőenergia Villamos energia Kombinált ciklusú Gázturbina Belsőégésű motor 7. ábra: A különböző típusú kapcsolt energiatermelésű erőművek üzemeltetése során jelentkező bevételek megoszlása Ezért 2004-ben megjelent a hasznos hőigényen alapuló kapcsolt energiatermelés belső energiapiacon való támogatásáról szóló EU irányelv. Az irányelv célkitűzése a következő: Ennek az irányelvnek a célja, hogy a belső energiapiacon a primer energia megtakarításán és a hasznos hőigényen alapuló, nagy hatásfokú kapcsolt hő- és villamosenergia-termelés támogatására és fejlesztésére vonatkozó keretrendszer létrehozása révén fokozza az energiahatékonyságot és javítsa az energiaellátás biztonságát, tekintetbe véve a sajátos nemzeti körülményeket, különösen az éghajlati és gazdasági feltételekkel kapcsolatosakat. 11

Ennek az irányelvnek a kulcspontjai, amelyeket az EU tagállamoknak be kell vezetniük a következők: Létre kell hozni a kapcsolt energiatermelésből származó villamos energia eredetigazolásának rendszerét A tagállamoknak fel kell mérniük országaikban a kapcsolt energiatermelés lehetőségeit A tagállamoknak négyévente jelentést kell készíteniük a kapcsolt energiatermelésnek a teljes energiatermelésben való részarányának növelésére tett erőfeszítéseikről A kapcsolt energiatermelés támogatásának a hasznos hőigényen és az energiatakarékosságon kell alapulnia. A várakozások szerint ez az irányelv tovább növeli a kapcsolt energiatermelés szerepét az EU-ban. A kapcsolt energiatermelés környezetvédelmi kérdéseit és az előállított villamos energia minőségének paramétereit meg kell határozni. Jelenleg a hagyományos, a hő- és a villamos energia külön-külön történő előállításával való összehasonlítására szolgáló viszonyítási értékek kidolgozása van folyamatban. A kapcsolt energiatermelés jövője szempontjából fontos egyéb európai fejlemények az energiapolitika területén a következők: A széndioxid (CO 2 ) kibocsátással való kereskedelem rendszere. Mivel a kapcsolt energiatermelés a CO 2 kibocsátás csökkenését eredményezi, a CO 2 kvóták ösztönzik a kapcsolt energiatermelés használatát. Az EU energiapolitikája nagy hangsúlyt fektet az elkövetkezendő években az energiahatékonyságra. A következő két irányelv foglalkozik az energiahatékonyság növelésével: Irányelv az épületek energetikai kialakításáról (2002/91/EK). Ezt az irányelvet a tagállamoknak 2006-ig kellett bevezetniük. Az irányelv az épületek energetikai kialakításának összehangolási elveiről szól, a megfelelés minimális követelményeiről, valamint a megfelelőség bizonyítási eljárásáról. A kapcsolt energiatermelésű (különösen a kis teljesítményű) egységek szerepet kaphatnak ezeknek a követelményeknek a teljesítésében. Irányelv az energia-végfelhasználás hatékonyságáról és az energetikai szolgáltatásokról (2006/32/EK, 2006. április 5.). Az irányelv bevezetésének célja az energia-végfelhasználás hatékonyságának javítása a tagállamokban. Ez az irányelv a kapcsolt energiatermelést fontos eszköznek tartja a cél elérése érdekében. Előkészületben van a megújuló hőenergia felhasználásának (pl. biomasszával táplált kapcsolt energiatermelésű egységből származó hőenergia) támogatásáról szóló új EU irányelv. Irodalomjegyzék [1] Patterson, Walt, Transforming Electricity, the Coming Generation of Change, Royal Institute of International Affairs, Earthscan Publications Ltd, 1999. [2] Lovins, Amory B; Datta, E Kyle; Feiler, Thomas; Rábago, Karl R; Joel,N; Swisher, P E; Lehmann, André; and Wicker, Ken; Small is Profitable: The Hidden Economic Benefits of Making Electrical Resources the Right Size, Rocky Mountain Institute, 2002. [3] Minett, Simon, Cogeneration in Western Europe, Presentation, COGEN Europe, October 2004. [4] Smit, Rob, Course in Small-scale Cogeneration, PWK, 1997-2000. [5] Cogeneration Monitor 2003-2005 (in Dutch), Harmsen, R et al, ECN, 2004. [6] Directive 2004/8/EC of The European Parliament and of the Council of 11 February 2004, on the promotion of cogeneration based on a useful heat demand in the internal energy market and amending Directive 92/42/EEC. [7] Directive 2006/32/EC of the European Parliament and of the Council of 5 April 2006, on energy end-use efficiency and energy services and repealing Council Directive 93/76/EEC. [8] Educogen, The European Educational Tool on Cogeneration, December 2001. 12

Jegyzetek 13

Jegyzetek 14

Referencia és Alapító Tagok* European Copper Institute* (ECI) www.eurocopper.org EPRI Solutions Inc www.epri.com/eprisolutions Laborelec www.laborelec.com ABB Power Quality Products www.abb.com ETSII - Universidad Politécnica de Madrid www.etsii.upm.es MGE UPS Systems www.mgeups.com Akademia Gorniczo-Hutnicza (AGH) www.agh.edu.pl Fluke Europe www.fluke.com Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg www.uni-magdeburg.de Centre d'innovació Tecnològica en Convertidors Estàtics i Accionaments (CITCEA-UPC) www.citcea.upc.edu Hochschule für Technik und Wirtschaft* (HTW) www.htw-saarland.de Polish Copper Promotion Centre* (PCPC) www.miedz.org.pl Comitato Elettrotecnico Italiano (CEI) www.ceiuni.it Hogeschool West-Vlaanderen Departement PIH www.pih.be Socomec Sicon UPS www.socomec.com Copper Benelux* www.copperbenelux.org International Union for Electricity Applications (UIE) www.uie.org Università di Bergamo* www.unibg.it Copper Development Association* (CDA UK) www.cda.org.uk ISR - Universidade de Coimbra www.isr.uc.pt University of Bath www.bath.ac.uk Deutsches Kupferinstitut* (DKI) www.kupferinstitut.de Istituto Italiano del Rame* (IIR) www.iir.it The University of Manchester www.manchester.ac.uk Engineering Consulting & Design* (ECD) www.ecd.it Katholieke Universiteit Leuven* (KU Leuven) www.kuleuven.ac.be Wroclaw University of Technology* www.pwr.wroc.pl Szerkesztőségi bizottság David Chapman (Chief Editor) CDA UK david.chapman@copperdev.co.uk Prof Angelo Baggini Università di Bergamo angelo.baggini@unibg.it Dr Araceli Hernández Bayo ETSII - Universidad Politécnica de Madrid ahernandez@etsii.upm.es Prof Ronnie Belmans UIE ronnie.belmans@esat.kuleuven.ac.be Dr Franco Bua ECD franco.bua@ecd.it Jean-Francois Christin MGE UPS Systems jean-francois.christin@mgeups.com Prof Anibal de Almeida ISR - Universidade de Coimbra adealmeida@isr.uc.pt Hans De Keulenaer ECI hdk@eurocopper.org Prof Jan Desmet Hogeschool West-Vlaanderen jan.desmet@howest.be Dr ir Marcel Didden Laborelec marcel.didden@laborelec.com Dr Johan Driesen KU Leuven johan.driesen@esat.kuleuven.ac.be Stefan Fassbinder DKI sfassbinder@kupferinstitut.de Prof Zbigniew Hanzelka Akademia Gorniczo-Hutnicza hanzel@uci.agh.edu.pl Stephanie Horton ERA Technology stephanie.horton@era.co.uk Dr Antoni Klajn Wroclaw University of Technology antoni.klajn@pwr.wroc.pl Kees Kokee Fluke Europe BV kees.kokee@fluke.nl Prof Dr rer nat Wolfgang Langguth HTW wlang@htw-saarland.de Prof Henryk Markiewicz Wroclaw University of Technology henryk.markiewicz@pwr.wroc.pl Carlo Masetti CEI masetti@ceiuni.it Mark McGranaghan EPRI Solutions mmcgranaghan@eprisolutions.com Dr Jovica Milanovic The University of Manchester jovica.milanovic@manchester.ac.uk Dr Miles Redfern University of Bath eesmar@bath.ac.uk Dr ir Tom Sels KU Leuven tom.sels@esat.kuleuven.ac.be Prof Dr-Ing Zbigniew Styczynski Universität Magdeburg Sty@E-Technik.Uni-Magdeburg.de Andreas Sumper CITCEA-UPC sumper@citcea.upc.edu Roman Targosz PCPC cem@miedz.org.pl Dr Ahmed Zobaa Cairo University azmailinglist@link.net

KEMA Nederland BV Utrechtseweg 310 6812 AR Arnhem The Netherlands Rob Smit Tel 00 31 26 356 6038 Fax 00 31 26 351 3683 Email: Rob.Smit@kema.com Web: www.kema.com Magyar Rézpiaci Központ H-1053 Budapest, Képíró u. 9. Magyarország Tel: (+36 1) 266 48 10 Fax: (+36 1) 266 48 04 E-mail: info@hcpcinfo.org Web: www.rezinfo.hu European Copper Institute 168 Avenue de Tervueren B-1150 Brussels Belgium Tel: 00 32 2 777 70 70 Fax: 00 32 2 777 70 79 Email: eci@eurocopper.org Website: www.eurocopper.org