A mikro-chp rendszerek alkalmazhatósága a decentralizált energiatermelésben Karacsi Márk PhD hallgató, Alkalmazott Informatikai Doktori Iskola, Óbudai Egyetem karacsi@gmail.com 61. MEE Vándorgyűlés Debrecen, 2014. szeptember 10-12.
Áttekintés 1. Fogyasztók csoportosítása 2. mikro-chp rendszerek bemutatása 3. Tesztrendszer adatok 4. mikro-chp a villamos energia rendszerben, szigetüzem 5. Követelmények, negatív hatások és azok kiküszöbölései 6. Piaci kitekintés 7. Megtérülés 8. Smart mikro-chp rendszerek 9. Konklúzió
1. Fogyasztók csoportosítása Passzív fogyasztó Igény szerinti reagálás o Reagálás időprofilos tarifára (nagy dinamika szükséges!) Csúcselkerülés Völgyidőszaki fogyasztás átcsoportosítás Intelligens fogyasztói berendezések Jelenleg installált technológiák alkalmazhatóak (HKV,RKV)
1. Fogyasztók csoportosítása Aktív fogyasztó Elosztott termelő egységgel rendelkezik Negatív energiamérleg Szabályzásba bevonható (mérlegkör tagság) Elosztott energiatárolóval rendelkezik Szabályzásba bevonható ( csúcsletörés ) Megfelelő kommunikáció kiépítése és tarifák meghatározása szükséges
2. mikro-chp rendszerek Háztartási méret Hő és villamos energia Magas hatásfok Decentralizált Használt Otto-motor (Benzin/LPG) 7,5 kw kalickás forgórészű aszinkron gép Segédellenállások (indítás, szinkron) 3 fázisú 230/400V csatlakozás 12 V DC kiment Mérőeszközök
3. Tesztrendszer Hő és Villamos energia termelő képesség,
3. Tesztrendszer Hatásfok (teljes hő hasznosítás esetén) Elégetett Hő [MJ] Villamos gáz m 3 energia [MJ] Energia veszteség [MJ] Gáz bojler 1,00 29,44-4,56 CCGT 0,42-7,14 7,14 µchp 1,42 29,44 12,95 5,89 Gáz bojler: CCGT: Mikro-CHP: 86% hő hatásfok 50% villamos hatásfok 61% hő hatásfok + 26% villamos hatásfok
3. Tesztrendszer CO 2 kibocsátás (teljes hő hasznosítás esetén) 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 Gas Boiler + CCGT electricity generation mchp 1 0,5 0 Produced Energy (Heat+Electricity) [MJ/10] CO2 Emission [Kg] Több mint fél kg-al kevesebb széndioxid!
4. mikro-chp a villamos energia rendszerben, szigetüzem Hálózati működés, visszatáplálás o Stabil működés o Beavatkozás mentes (hálózati reguláció miatt) o Üzemmód beállítás lényeges o Meddő Energia Probléma (kompenzálás, elszámolás) Q [kvar] 9 8,5 8 7,5 7 6,5 6 Medő energia igény 1 2,8 3 4 5,7 P [kw]
4. mikro-chp a villamos energia rendszerben, szigetüzem Sziget üzemű terheléses vizsgálat eredményei o Stabil rendszer* o Elfogadható U és f értékek (max. ~27%,~18%)* Üzemállapot Frekvencia [Hz] Feszültség [V] Hatásos teljesítmény [kw] Szigetüzemű üres 43 200 0 1,8 járás Szigetüzemű üres 47,7 230 0 2,6 járás kompenzációval 3x0,5kW terhelés 41 170 0,4 1,3 3x0,5kW terhelés 49,5 230 0,66 2,8 kompenzációval 3x1kW terhelés 46,3 210 0,8 2,1 3x1kW terhelés 50,8 244 1,05 3,3 kompenzációval 3x1,5kW terhelés 46,6 203 1,2 2 3x1,5kW terhelés kompenzációval 48,58 225 1,4 2,6 Meddő teljesítmény [kvar] *Laboratóriumi körülmények között
4. mikro-chp a villamos energia rendszerben, szigetüzem Sziget üzemű problémák o Aktív szabályzás hiánya o Hálózati visszakapcsolási problémák
4. mikro-chp a villamos energia rendszerben, szigetüzem Sziget üzemű munkapontok felvétele Feszültség a P és Q arányában Frekvencia a P és Q arányában
5. Követelmények, negatív hatások és azok kiküszöbölései Stabil szigetüzemű működés követelményei o Energiamérleg tartása o Terhelés priorizálás o Feszültség tartás o Frekvencia tartás o Meddő kompenzáció
5. Követelmények, negatív hatások és azok kiküszöbölései Szabályzási problémák o Energiamérleg tartása -Termelés szabályzás (P-f) -Terhelés szabályzás o Meddő energia kompenzáció -Feszültség szabályzás (U-Q) Energia menedzsment -Tervezés és menetrend o Megfelelő védelmek alkalmazása -Hálózati, terhelési, feszültségesési és stabilitási védelmek
5. Követelmények, negatív hatások és azok kiküszöbölései Negatív hatások kiküszöbölései o Hagyományos Otto-motor védelmek alkalmazása o Fordulatszám szabályzó alkalmazása (frekvencia) o Meddő energia kompenzálás alkalmazása o Elektronikus terhelés védelem alkalmazása o Terhelés menedzsment (degradált üzemállapot)
6. Piaci kitekintés Többféle motorválaszték o Dugattyús motor (jó villamos ƞ, többféle üzemanyag, nagy zaj) o Gázmotor (kis villamos ƞ, egyféle üzemanyag, kis zaj, karbantartásigény) o Stirling-motor (kis villamos ƞ, tisztább égés, kevés karbantartás) o Tüzelőanyag cella (kísérleti fázis) Széles teljesítmény skála o Hőteljesítmény 20kW-500 kw o Villamos teljesítmény 1kW-20 kw Bekerülési költség 450-900 /kwh
7. Megtérülés feltételei Folyamatos hőigény Jellemzően közintézmények, uszodák, irodaépületek Megfelelő méretezés/technológia választás Energia igények ismerete, optimális rendszer kiválasztása Politikai támogatottság törvényhozás által Adókedvezmények, garantált visszavásárlási ár, beruházás támogatás (jelenleg Magyarországon nem vagy csak részben létezik)
8. Smart mikro-chp rendszerek Smart Grid filozófia Kommunikáció Menetrend Intelligens DSM Rendszer szintű U-Q szabályzás
9. Konklúzió Műszaki Stabil működés elérhető Környezettudatos üzemelés Előre mutató (elosztott energiatermelés) Szabályzások szükségesek Smart koncepcióba illeszthető Gazdasági Jobb hatásfok a centralizált energiatermelésnél Hálózati díjak és veszteségek kvázi 0-ra csökkenek Jelenleg nem egyértelműen megtérülő beruházás Törvényi ösztönzés javíthatja a mutatókat Beruházási támogatások javíthatják a mutatókat
Köszönöm a figyelmüket! Karacsi Márk PhD hallgató, Alkalmazott Informatikai Doktori Iskola, Óbudai Egyetem karacsi@gmail.com