Hőtárolók a kapcsolt energiatermelésben XIX. Főenergetikusi és Innovációs Szeminárium Visegrád, 2012. május 9-11.
Kapcsolt energiatermelés Azonos technológiai folyamatban hő- és villamosenergia egyidejű termelése: - gázmotor (földgáz, biogáz) - KCE (gázturbina-fűtőturbina) (földgáz) - kazán-fűtőturbina (földgáz, fűtőolaj, szén, biomassza) Az üzemvitelt alapvetően a pillanatnyi hőigény határozza meg.
Kapcsolt energiatermelő berendezések elterjedése 56/2002. (XII.29.) GKM rendelet az átvételi kötelezettség alá eső villamos energia átvételének szabályozásáról (KÁT) a hulladékból nyert a megújuló energia felhasználásával termelt a kapcsoltan termelt villamosenergia termelését támogatta Előnyei: környezetvédelmi gazdasági ellátásbiztonsági a kapcsolt energiatermeléssel olcsóbb távhő előállítása
Kapcsolt energiatermelő berendezések tündöklése és bukása!? 2011-től a KÁT szabályozó/támogató rendszer nagy részben leépítésre került, a teljes megszüntetés, szabadpiaci alapra történő átvezetés folyamatban van. A termelt villamosenergia értékesítése (MAVIR kapcsolt mérlegkörben) HUPX piaci nyomott áron; A kapcsolt energiatermelő berendezésben termelt hő értékesítés korlátozott áron (hatósági áras termelői hőár, hatósági áras lakossági távhő ár). 2011. október 1-től HÁT rendszer! Hát ez mire elég?
Kapcsolt energiatermelés önköltsége Ft/kWh Nyereséges Veszteséges Hő egységára Ft/GJ
Kapcsolt energiatermelés önköltsége Ft/kWh KÁT 2010. december 31-ig Hő egységára Ft/GJ
Kapcsolt energiatermelés önköltsége Ft/kWh 2011. június 30-ig KÁT Hő egységára Ft/GJ
Kapcsolt energiatermelés önköltsége Ft/kWh 2011. október 1- ig KM Hő egységára Ft/GJ
Kapcsolt energiatermelés önköltsége Ft/kWh 2011. október 1-től KM HÁT Hő egységára Ft/GJ
Kapcsolt energiatermelés önköltsége Ft/kWh 2011. október 1-től KM KM HÁT Hő egységára Ft/GJ
Kapcsolt energiatermelés önköltsége Ft/kWh 2012. július 1-től 201..... 1-től Hő egységára Ft/GJ
Kapcsolt energiatermelés önköltsége Ft/kWh Földgáz ár változása Hő egységára Ft/GJ
Kapcsolt erőművek jellemzői - hőigény szerinti üzemeltetés - a fogyasztói hőigény határozza meg az üzemvitelt; - a KÁT időszak alatt folyamatos, teljes terhelésű üzemre tervezve; - a hő egységára a megtermelés időpontjától független; - a megfelelő villamosenergia átvételi ár csak jogszabályi úton biztosítható. - villamosenergia igény szerinti üzemeltetés - a fogyasztói (szerződéses menetrend, rendszer szabályozási pillanatnyi szükséglet, ) villamosenergia igény határozza meg az üzemvitelt; - a termelés időpontjától, ütemezésétől, változtathatóságától jelentős mértékben függ az ár.
Kapcsolt erőművek villamosenergia termelése Villamosenergia értékesítése a szabadpiacon: - standard termék (zsinór üzem, menetrendtartás, ) - HUPX-en limitáras termékként, stb. - szabályozásban való részvétel (a kiserőművek terhelésváltozási sebessége kedvező) - egyéb villamosenergia kereskedés Kapcsolt kiserőművek integrációja: - Mérlegköri szolgáltatást biztosító egységhez csatlakozás - piaci igények szerinti, optimalizált formában történő villamosenergia értékesítés - Virtuális erőmű termelés szervezési koncepció (rendszerirányítási egység) - nagy termelőként jelenik meg a piacon
Energiatárolás szükségessége A kedvező villamosenergia árbevétel elérése: - az üzemeltetés célfüggvénye a villamosenergia termelés! - a hőtermelés eltér a pillanatnyi hőigénytől: - gondoskodni kell a pillanatnyi kiegyenlítő hőenergia termeléséről (a kapcsolt többlet termelés esetén a többletet el kell dobni ) - hőtárolóval kell áthidalni a termelés és a fogyasztói hőigény különbségét
Energiatárolás lehetőségei Villamosenergia: - közvetlenül nem tárolható - közvetett tárolás lehetséges - a fogyasztói igény jelentkezésekor kell megtermelni Hőenergia: - fázis váltásos (párolgáshő, kristályosodási hő) - fázis váltás nélküli (fajhő)
ALFen Kft.
Hőfogyasztási diagram Nyár MWth 0 00 2400 óra
Hőfogyasztási / hőtermelési diagram Hőtároló esetén MWth Hőtermelés Hőfogyasztás 0 00 2400 óra
400 m 3 -es hőtároló
A hőtároló műszaki problémáinak megoldása - A hideg és meleg rétegek hőmérséklet-kiegyenlítődésének megakadályozása; - A be-és kitárolás teljesítmény-változásakor az örvénylések elkerülése; - Az úszó szerkezetek üzembiztonságának növelése; - A teljes feltöltés és kisütés lehetőségének megteremtése, a tárolókapacitás maximális kihasználása érdekében; - Az automatikus működés, a pillanatonként változó termelés/fogyasztás különbözet automatikus kezelése.
Hőmérséklet-eloszlás a hőtárolóban T meleg Átmeneti réteg T hideg Vízhőmérséklet C 0
Gázmotor beruházási alternatívák - 1 db nagyteljesítményű gázmotor (napi indulási/leállási igénnyel) + hőtároló - több kisebb teljesítményű motor + hőtároló, - több kisebb teljesítményű motor hőtároló nélkül, (a nyári hőigény szerinti teljesítmény szabályozással, indulás/leállással )
Villamosenergia átvételi ár időszaki megoszlása Ft/kWh Munkanap Csúcs Völgy Mélyvölgy 0 00 24 00 óra
Villamosenergia átvételi ár időszaki megoszlása Munkaszüneti nap Ft/kWh Csúcs Völgy Mélyvölgy 0 00 24 00 óra
Hőtárolóban eltárolt hőmennyiség Heti ciklus Nyári időszak GJ Max. Töltés Ürítés 0 24 48 72 96 120 144 168 óra
5.000 m 3 -es hőtároló
Hőtároló tartály jellemzői - Földfelszíni, állóhengeres, 10 cm hőszigeteléssel, 12 db rétegvíz hőmérővel - Névleges térfogat: 5.000 m 3 - Átmérő: 22 m - Magasság: 12 m - L/D viszony: 0,55 - Hőtároló képesség 88/45 o C hőmérséklet lépcsővel: 860 GJ - Betárolási és kitárolási hőteljesítmény: 8 MW th
Távhőrendszer kialakítása hőtárolóval Apríték kazán Gázkazán Gázmotor Hőtároló Hőfogyasztó
A hőtároló beépítésének hatása - a hőtermelés és hőkiadás időben elkülönül; - a villamos energia termelés független a pillanatnyi hőigénytől; - a villamos energia termelés igény szerint, optimalizáltan végezhető; - a hőszolgáltatás szabályozhatósága, a szolgáltatás folyamatosságának biztonsága nő; - víztárolás, nyomástartás biztosítása; - a kazánok üzemvitele kedvezőbb: - nincs szükség állandó terhelésváltoztatásra, - szilárd tüzelésű kazán optimális üzeme biztosítható (apríték tüzelésű kazánok )
Gazdasági előnyök KÁT alatt: - a csúcsidei (magasabb értékű) villamosenergia termelés magasabb árbevételt eredményez; - a névleges teljesítményen üzemelő berendezés hatásfoka, üzemeltetési és karbantartási költség fajlagosai kedvezőbbek. KÁT után: - egy piaci alapon működő mérlegkör tagjaként lehet érvényesíteni a rugalmasság többletértékét; - lehetővé teszi egy virtuális erőmű termelés szervezési egységhez történő csatlakozást (menetrendtartás, kiegyenlítő energia termelése).
A KÁT-os értékesítés zónaidők szerinti megoszlása 2009-ben: Időzóna csúcs völgy mélyvölgy Átlagár % % % Ft/kWh Időarányos megoszlás 46,20 37,90 15,80 25,90 Értékesítés megoszlása: Kapcsolt 55,20 39,28 5,49 29,20 Kapcsolt hőtárolós kialakításnál: 71,99 26,88 1,13 32,20 Megújuló 48,55 40,54 10,91 - ezen belül a szélenergia 46,15 35,82 18,02
Kapcsolt energiatermelés napi teljesítmény-görbéje 1.
Kapcsolt energiatermelés napi teljesítmény-görbéje 2.
Hőtároló beruházás Megtérülést befolyásoló tényezők: - a beruházás költsége; - a villamos energia árbevétel többlet értéke; - üzemeltetési többletköltségek: - szivattyúzási energiaszükséglet a beépítéstől függően, - felületi hőveszteség. Kialakítás, rendszerbeillesztés: - beruházási költség csökkenthető ha van átalakítható tartály; - a hőtermelő/távhőszolgáltató rendszer helyi adottságaiból származó beépítési lehetőségek jelentős beruházási költség eltéréseket okozhatnak.
A hőtárolás korlátai - A hőtároló kapacitását korlátozza: Q = m * c * dt - a tartály mérete - a maximális vízhőmérséklet: az atmoszférikus tartály miatt 100 o C alatt - a hidegági vízhőmérséklet: minimális értékét a hőfogyasztótól visszatérő vízhőmérséklet behatárolja
Hőtároló kapacitása Hőtároló mérete m3 Kapcsolt fűtőmű kapacitása MWe Forrás: Streckeine, 2009
Hőtároló beruházásokat befolyásoló tényezők - a KÁT rendszer megszűnt, a vill.energia értékesítése piaci áron történik; - a kapcsolt energiatermelő berendezésben termelt hő értékesítési ára korlátozott: - hatósági áras egyedi termelői hőár, - hatósági áras lakossági egyedi távhő ár; (a hatósági hőárak számítási modellje nem ismert) - a 2011. október 1-től érvényben lévő hő-ártámogatás ( HÁT ) mértéke változik, várhatóan idővel kivezetésre kerül a rendszerből; - földgáz ár, földgáz/villamosenergia ár arány várható alakulása; - jogszabályban korlátozott haszon (2-4,5%). A jelenlegi gyakori, kiszámíthatatlan szabályozás változások miatt a fejlesztések, beruházások visszafogásra kerültek.
Köszönöm megtisztelő figyelmüket!