Czasopismo Zrzeszenia Audytorów Energetycznych pod patronatem Ministerstwa Infrastruktury oraz Ministerstwa Gospodarki
PL/ ENG/ DEU
Źródła ciepła, instalacje grzewcze i c.w.u.
  • Trójgeneracja – skojarzona produkcja ciepła i energii elektrycznej z jednoczesną produkcją chłodu
  • Tomasz M. MRÓZ
  • W artykule przeanalizowano możliwości zastosowania absorpcyjnych urządzeń chłodniczych w skojarzonej produkcji ciepła i energii elektrycznej z jednoczesnym wytwarzaniem chłodu (trójgeneracja) w komunalnych systemach ciepłowniczych. Opisano determinanty i ograniczenia ich stosowania oraz czynniki wpływające na opłacalność tego typu rozwiązań.

    Przedsiębiorstwa zajmujące się dystrybucją ciepła na komunalnych rynkach ciepła odnotowują spadek mocy zamówionej oraz sprzedawanego ciepła w operowanych przez nie systemach. Jest to wynikiem działań termomodernizacyjnych realizowanych coraz powszechniej przez odbiorców ciepła oraz weryfikacji - urealnienia parametrów operacyjnych instalacji odbiorczych w budynkach. W konsekwencji obciążenie komunalnych systemów ciepłowniczych maleje, co skutkuje pogorszeniem parametrów energetycznych i ekologicznych funkcjonowania tych systemów. Szczególnie negatywny wpływ na pracę systemu ciepłowniczego mają niskie odbiory ciepła w okresie letnim i okresach przejściowych.

    Rys. 1. Zmienność obciążeń cieplnych w komunalnym systemie ciepłowniczym

    Na rys. 1 pokazano zmienność obciążeń cieplnych typowego komunalnego systemu ciepłowniczego.
    Ograniczenie zapotrzebowania na ciepło od kwietnia do września powoduje konieczność pracy elektrociepłowni komunalnych w trybie kondensacyjnym. Pogarsza zatem w sposób znaczący parametry energetyczne i ekologiczne pracy systemu ciepłowniczego - wskaźnik zużycia energii pierwotnej oraz wskaźnik emisji dwutlenku węgla.

    Wprowadzenie w okresie letnim produkcji energii chłodniczej z ciepła produkowanego w skojarzeniu z energią elektryczną (w elektrociepłowni komunalnej) pozwala na częściową poprawę sytuacji. Możliwe jest to przy wykorzystaniu ciepła sieciowego w lecie do zasilania absorpcyjnych układów chłodniczych. Pokazano to na rys. 2.

    Rys. 2. Zmienność obciążeń cieplnych w komunalnym systemie ciepłowniczym z uwzględnieniem produkcji energii chłodniczej

    Pole wykresu pod krzywą zmienności obciążeń cieplnych na potrzeby klimatyzacji jest miarą ilości ciepła, które może być dodatkowo wprowadzone do systemu ciepłowniczego, poprawiając wskaźnik skojarzenia produkcji ciepła i energii elektrycznej.

    W ocenie energetycznej i ekologicznej systemu ciepłowniczego konieczne jest uwzględnienie kosztów unikniętych. Zgodnie z regułą kosztów unikniętych porównanie zużycia energii pierwotnej w skojarzonych systemach produkcji ciepła i energii elektrycznej i w układach rozdzielonych powinno uwzględniać wytwarzanie energii elektrycznej w układzie rozdzielonym w elektrowni kondensacyjnej. W takim wypadku wskaźniki zużycia energii pierwotnej oraz emisji dwutlenku węgla dla produkcji ciepła w układach skojarzonych są wyliczane z zależności:

    (...)

    Absorpcyjne obiegi chłodnicze
    Rynek absorpcyjnych urządzeń chłodniczych na świecie (zwłaszcza w USA) jest rynkiem dynamicznie się rozwijającym. W Europie, zwłaszcza w dużych aglomeracjach miejskich (Paryż, Berlin, Sztokholm), jest obserwowany również wzrost udziału absorpcyjnych układów chłodniczych w pokryciu potrzeb chłodniczych obiektów biurowych oraz obiektów użyteczności publicznej. Wzrastające znaczenie technologii absorpcyjnej w optymalizacji zużycia energii pierwotnej w systemach komunalnych jest także widoczne w działaniach Komisji Europejskiej, która finansuje programy badawcze i pilotażowe z zakresu skojarzonej produkcji ciepła i chłodu (CHC) - na przykład w VI Programie Ramowym [2].

    Tabela 1. Wskaźniki energetyczne i ekologiczne dla skojarzonej produkcji ciepła, energii elektrycznej i energii chłodniczej

    Spośród dostępnych technologii absorpcyjnych szczególne znaczenie w zastosowaniach praktycznych zdobyły [3]:

        * urządzenia jednostopniowe zasilane parą wodną,
        * urządzenia jednostopniowe zasilane wodą gorącą,
        * urządzenia dwustopniowe zasilane parą wodną,
        * urządzenia dwustopniowe opalane bezpośrednio gazem ziemnym lub olejem opałowym,
        * urządzenia dwustopniowe z regeneracją ciepła.
    (...)

    Podstawowe systemy trójgeneracyjne
    Poniżej przedstawiono trzy podstawowe przykłady zastosowania układu absorpcyjnego w skojarzonej produkcji ciepła i energii elektrycznej z jednoczesną produkcją energii chłodniczej (trójgeneracja):

    * układ centralny oparty na elektrociepłowni parowej upustowo-kondensacyjnej; tego typu rozwiązania są stosowane w obszarach, w których istnieje duża koncentracja potencjalnych odbiorców energii chłodniczej - absorpcyjny obieg chłodniczy współpracuje ze zdalaczynną siecią chłodniczą - rys. 4;
    * układ lokalny oparty na bloku elektrociepłowniczym z silnikiem gazowym; tego typu rozwiązania są stosowane u odbiorców punktowych - rys. 5;
    * układ lokalny oparty na węźle cieplno-chłodniczym; tego typu rozwiązania są stosowane u odbiorców lokalnych, którzy rozbudowują węzeł energetyczny o absorpcyjny blok chłodniczy - rys. 6.(...)

    Rys. 4. Centralny układ trójgeneracyjny współpracujący z obiegiem parowym



    Przykładami zastosowań tego typu systemów centralnych są:
    * Sztokholm w Szwecji - firma Energi eksploatuje centralny system zaopatrzenia w energię chłodniczą obsługujący budynki centrum handlowo- rekreacyjnego Globen;
    * Paryż we Francji - absorpcyjne układy chłodnicze są źródłem chłodu dla centralnej sieci wody lodowej obsługującej część obiektów w biurowo-handlowej dzielnicy La Defence;
    * Berlin - układy absorpcyjne są źródłem chłodu dla centralnego systemu zasilającego centrum biurowo-handlowe przy Placu Poczdamskim;
    * Boston USA - centralny system chłodniczy zasilany z urządzeń absorpcyjnych obsługuje zespół biurowców i obiektów handlowych Prudencial Center.(...)

    Ograniczenia w stosowaniu trójgeneracji
    Podstawowymi barierami w stosowaniu absorpcyjnych układów chłodniczych w skojarzeniu z miejskimi systemami ciepłowniczymi są:

    * sposób regulacji temperatury pracy systemu ciepłowniczego, przyjmujący zejście z temperaturą zasilania w okresie letnim do 70oC; tak niska temperatura zasilania jest niedopuszczalna dla większości stosowanych wytwornic absorpcyjnych, dla których minimalna temperatura zasilania powinna przekraczać 80oC;
    * brak tradycji stosowania, a co za tym idzie rynku chłodniczych urządzeń bromolitowych;
    * znaczne wymagane przepływy wody sieciowej przez warnik układu chłodniczego, spowodowane niską różnicą temperatur pomiędzy zasilaniem a powrotem (w tradycyjnych jednostopniowych absorpcyjnych wytwornicach wody lodowej spadek temperatury wody grzejnej w warniku nie przekracza 10oC).

    Zwiększenie zainteresowania techniką absorpcyjną w ostatnich latach spowodowało, że wymienione ograniczenia przestały być problemem w stosowaniu omawianych rozwiązań w praktyce. (...)

    Efektywność ekonomiczna stosowania układów trójgeneracyjnych

    Z punktu widzenia przedsiębiorstwa ciepłowniczego najistotniejsze jest uzyskanie dodatniego wyniku finansowego z działalności operacyjnej. Możliwość rozszerzenia spektrum oferowanych usług w ramach działalności operacyjnej musi się zatem wiązać ze spełnieniem podstawowych warunków dotyczących efektywności inwestowania w nowy produkt - w nową usługę dla odbiorców końcowych. Konieczna jest zatem analiza przewidywanych przepływów środków finansowych dla nowej inwestycji - analiza jej wartości bieżącej netto (NPV).

    W przypadku wprowadzenia na rynek nowych usług związanych z dostawą energii chłodniczej dla odbiorców, wartość bieżącą netto można ustalić z zależności:
  • Inne artykuły w dziale

Projekt i wykonanie:

© Possible 2009