2 Zakres wykładu. Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej...

Transkrypt

1 Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej budynku Ocena moŝliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii Paweł Kucharczyk Wrocław, maj Zakres wykładu Systemy skojarzonej produkcji energii elektrycznej i ciepła wprowadzenie kogeneracja gazowa mikrokogeneracja Podstawy techniczne wykorzystania małych źródeł kogeneracyjnych ocena źródeł zgodnie z dyrektywą 2004/8/WE wykorzystanie energii elektrycznej z kogeneracji (mikrokogeneracji) Podstawy analizy ekonomicznej 3 Część I 4 Wprowadzenie Systemy skojarzonej produkcji energii elektrycznej i ciepła Kogeneracja wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła w skojarzeniu (CHP Combined Heat and Power) Trójgerenacja wytarzanie energii elektrycznej, ciepła i chłodu 5 Dlaczego CHP? Gospodarka skojarzona PWd=2,51 kwh straty = 0,34 kwh Agregat kogeneracyjny (J 320 GS) Q=1,17 kwh Eel= 1kWh Zasilany obiekt Q=1,17 kwh Eel= 1kWh Kocioł wodny n=95% Transformacja, przesył i rozdział n=92% straty = 0,09 kwh straty = 0,06 kwh Eel=1,09kWh Gospodarka rozdzielona PWd=1,23 kwh Klasyczna elektrownia kondensacyjna n=36% straty = 1,94 kwh PWd=3,03 kwh Razem PWd = 4,26 kwh 6 Układy kogeneracyjne Układy kogeneracyjne wymienione w dyrektywie 2008/4/WE: układy kombinowane gazowo-parowe, turbiny parowe przeciwpręŝne, turbiny parowe upustowo-kondensacyjne, turbiny gazowe z odzyskiem ciepła, silniki tłokowe mikroturbiny silniki Stirlinga ogniwa paliwowe silniki parowe układy ORC (Organic Rankine cycles) inne (zgodne z definicją w art. 3 lit. a dyrektywy) 1

2 7 Układy kogeneracyjne 8 Układy kogeneracyjne z silnikami tłokowymi Do najbardziej popularnych układów skojarzonych wykorzystujących paliwa gazowe zalicza się: układy CHP z gazowymi silnikami spalinowymi, układy CHP z turbinami i mikroturbinami turbinami gazowymi Układ CHP z tłokowym silnikiem spalinowym (G - generator, P - pompa, TS - turbospręŝarka, OC - odbiornik ciepła, WC1 - wymiennik ciepła chłodzenia powietrza doładowania, WC2 - wymiennik ciepła chłodzenia płaszcza wodnego i miski olejowej, WC3 - spalinowy podgrzewacz wody) 9 Układy kogeneracyjne z silnikami tłokowymi 10 Układ trójgeneracyjny z amoniakalną chłodziarką absorpcyjną Q Skraplacz KOMIN Q Kolumna de styla cyjna Warnik Doziębiac z ZD1 ZD2 P rzestrzeń c hłodzona P arowacz 160 O C P Q Abs orber GAZ PO WIE TRZE Odz ysk cie pła ze s palin ~500 O C WODA G RZEWCZA 90 O C Zastosowanie gorących spalin bezpośrednio w procesie technologicznym suszarni przemysłowej (M mieszalnik, PW produkt wilgotny, PS produkt suchy, PD palnik dopalający, TS - turbospręŝarka) Chłodnica płaszcza wodnego i doładowa nia mies za nki Chłodnica oleju WODA P OWROTNA 50 O C 11 Układy kogeneracyjne z turbinami gazowymi 12 Układy kogeneracyjne z turbinami gazowymi odgazowywacz paliwo spaliny 140 C S KS turbina gazowa T G kocioł odzyskowy para 10 bar/190 C powietrze powietrze Prosty układ skojarzony z turbiną gazową do produkcji gorącej wody (G generator, KS komora spalania, T turbina, S spręŝarka, KO kocioł odzyskowy, P pompa, OC odbiornik ciepła, F filtr) Prosty układ skojarzony z turbiną gazową do produkcji pary średniopręŝnej 2

3 13 Układy kogeneracyjne z mikroturbinami gazowymi 14 Część Ia Odnawialne źródła energii (na przykładzie biogazu) 15 Krajowe uwarunkowania rozwoju OZE Krajowy potencjał produkcji energii elektrycznej w OZE 16 Technologie biomasowe MoŜliwości konwersji biomasy Wiatr el. morskie Wiatr el. lądowe Energia pływów i fal Energia słoneczna Fotowoltaika Małe elektrownie wodne DuŜe elektrownie wodne Geotermia Odpady biodegradowalne Biomasa stała Biogaz Razem roczny potencjał produkcyjny do wykorzystania 51,68 TWh Roczna produkcja energii elektrycznej na koniec 2004 roku [TWh] Dodatkowy roczny potencjał produkcji energii elektrycznej (realizacja do 2020 roku) [TWh] Rośliny o duŝej Pozostałości i Plantacje zawartości cukru, odpady roślinne energetyczne skrobi Ługowanie Spalanie Gazyfikacja Piroliza Granulowanie fermentacja bezpośrednie cukru Gaz Paliwo stałe Alkohol, paliwo Ciepło, energia elektryczna, praca mechaniczna Rośliny oleiste Tłoczenie i estryfikacja Paliwo z oleju roślinnego Źródło: OPTRES: Assessment and optimisation of renewable support schemes in the European electricity market. Potentials and cost for renewable electricity in Europe. Vienna, February Źródło: Praca zbiorowa pod kierunkiem W. Bujakowskiego. Opracowanie metody programowania i modelowania systemów wykorzystania odnawialnych źródeł energii na terenach nieprzemysłowych województwa śląskiego, wraz z programem wykonawczym dla wybranych obszarów województwa. Kraków, Katowice, 2005 r. 17 Technologie biomasowe Termochemiczna konwersja biomasy 18 Technologie biomasowo-gazowe Biogaz Biomasa Spalanie Zgazowanie Piroliza Upłynnienie Biogaz to paliwo gazowe wytwarzane przez mikroorganizmy z materii organicznej w warunkach beztlenowych. Biogaz jest mieszaniną głównie metanu i dwutlenku węgla Gorące spaliny Ciepło i energia elektryczna Gaz niskokaloryczny Gaz średniokaloryczny Węgiel drzewny Węglowodory Metan Metanol Paliwa płynne Skład biogazu: - metan CH 4 40% - 80% - dwutlenek węgla CO 2 20% - 55% - siarkowodór H 2 S 0,1% - 5,5% - wodór H 2, tlenek węgla CO, azot N 2, tlen O 2 -śladowo Źródło: Kotowski W. Uefektywnienie opolskiego rolnictwa poprzez wariantowe technologie agroenergetyczne dla potrzeb małych elektrociepłowni. Konferencja Kogeneracja rozproszona równoczesne wytwarzanie ciepła i prądu w gminie i przedsiębiorstwie, Opole, 11 grudnia 2006 r. 3

4 19 Technologie biomasowo-gazowe Energia odpadów i upraw 20 Technologie biomasowo-gazowe Schemat biogazowni Roczny potencjał produkcji biometanu (energii elektrycznej z biometanu) Wysypiska śmieci: 2,5 m 3 (10 kwh) / osoba Oczyszczalnie ścieków: 4,5 m 3 (18 kwh) / osoba Odchody trzoda: 44 m 3 (176 kwh) / szt. Odchody bydło: 383 m 3 (1,53 MWh) / szt. Uprawy - kukurydza: 5000 m 3 (20 MWh) / ha Źródło: Płatek W. Agroenergetyka biomasowa. Energetyka rozproszona. Materiały na posiedzenie Senackiej Komisji Gospodarki Narodowej z udziałem przedstawicieli energetyki i gmin na temat Energetyka rozproszona szansą dla energetyki odnawialnej w Polsce. Nowoczesna energetyka rozproszona i infrastruktura w e-gminach. Warszawa, r. 21 Technologie biomasowo-gazowe Źródła biogazu 22 Technologie biogazowe w systemach energetycznych Schemat ogólny wykorzystania biogazu/biometanu 1. Zwierzęce - odchody zwierząt 2. Roślinne - uprawy energetyczne - odpady roślinne 3. Komunalne - odpady organiczne - osad ściekowy 4. Przemysłowe - spoŝywcze (mleczarskie, cukiernicze, mięsne itp.) Źródło: Płatek W. Agroenergetyka biomasowa. Energetyka rozproszona. Materiały na posiedzenie Senackiej Komisji Gospodarki Narodowej z udziałem przedstawicieli energetyki i gmin na temat Energetyka rozproszona szansą dla energetyki odnawialnej w Polsce. Nowoczesna energetyka rozproszona i infrastruktura w e-gminach. Warszawa, r. 23 Część II Podstawy techniczne wykorzystania małych źródeł kogeneracyjnych 24 Prawo energetyczne, dyrektywa 2004/8/WE wysokosprawna kogeneracja wytwarzanie energii elektrycznej lub mechanicznej i ciepła uŝytkowego w kogeneracji, które zapewnia oszczędność energii pierwotnej zuŝywanej w: jednostce kogeneracji w wysokości nie mniejszej niŝ 10% w porównaniu z wytwarzaniem energii elektrycznej i ciepła w układach rozdzielonych o referencyjnych wartościach sprawności dla wytwarzania rozdzielonego jednostce kogeneracji o mocy zainstalowanej elektrycznej poniŝej 1 MW w porównaniu z wytwarzaniem energii elektrycznej i ciepła w układach rozdzielonych o referencyjnych wartościach sprawności dla wytwarzania rozdzielonego 4

5 0 25 Wartości referencyjne rozdzielonego wytwarzania energii elektrycznej 26 Wartości referencyjne rozdzielonego wytwarzania ciepła 27 Oszczędność energii pierwotnej zgodnie z dyrektywą 2004/8/WE 28 Problem zagospodarowania wytwarzanych nośników energii wykorzystanie na potrzeby własne sprzedaŝ do sieci ograniczenie czasu pracy źródła? 29 Warianty pracy elektrociepłowni z silnikiem gazowym 30 Uporządkowany wykres zapotrzebowania ciepła dla suszarni Przewidywana wymagana moc cieplna, MW Praca silnika zgodnie z zapotrzebowanie m na ciepło - tryb czas, godziny Wykres uporzą dkowa ny zapotrzebowania na ciepło Pra ca silnika pełną mocą - tryb Moc cieplna, MW 1,50 1,25 1,00 0,75 0,50 0,25 0, czas, godziny

6 31 Dobowa zmienność obciąŝenia KSE 32 Dobowa zmienność zapotrzebowania na energię elektryczną Strefa obciąŝenia szczytowego 20% Strefa obciąŝenia podszczytowego 20% Strefa obciąŝenia podstawowego 60% 24 h Porównanie dobowej zmienności zapotrzebowania na energię elektryczną odbiorców komunalnych w róŝnych krajach Źródło: European and Canadian non-hvac Electric and DHW Load Profiles for Use in Simulating the Performance of Residential Cogeneration Systems. Annex 42 of the International Energy Agency, May Część III 34 Wprowadzenie Podstawy analizy ekonomicznej Zgodnie z obowiązującymi standardami miarą opłacalności inwestycji są wskaźniki wyprowadzone z obliczeń przepływów pienięŝnych w kolejnych latach eksploatacji układu oraz z rachunku dyskonta Głównym wskaźnikiem opłacalności inwestycji jest jej wartość bieŝąca netto po zakończeniu eksploatacji obiektu NPV. 35 NPV 36 IRR NPV = CF N t t t = 0 (1 + r) gdzie: t bieŝący rok eksploatacji, N całkowity czas eksploatacji inwestycji; CFt - przepływy pienięŝne dla analiz dyskontowych w roku t, r - stopa dyskonta. wewnętrzna stopa zwrotu (IRR) jest to stopa procentowa, przy której obecna wartość strumieni wydatków pienięŝnych jest równa obecnej wartości strumieni wpływów pienięŝnych (czyli NPV=0) wskaźnik ten pokazuje bezpośrednio stopę rentowności badanych przedsięwzięć realizacja przedsięwzięć jest opłacalna wówczas, gdy wewnętrzna stopa zwrotu jest wyŝsza od stopy granicznej, będącej najniŝszą stopą rentowności akceptowalną przez inwestora 6

7 37 Analiza ekonomiczna przepływy pienięŝne NPV, IRR stopa procentowa przyjmowana w analizach próg renrowności analiza wraŝliwości, margines bezpieczeństwa okres zwrotu inwestycji (prosty, zdyskontowany) 38 Czynniki wpływające na opłacalność inwestycji w energetyce wielkość nakładów inwestycyjnych (w tym nakładów jednostkowych), koszty paliwa (np. paliwa gazowego), cena sprzedaŝy energii elektrycznej i ciepła, koszty korzystania ze środowiska (koszty emisji, koszty wody, składowania odpadów, odprowadzania ścieków itp.), stopień wykorzystania mocy nominalnej mierzony liczbą godzin pracy układu w ciągu roku, koszt pozyskania kapitału inwestycyjnego (wielkość stopy dyskonta), wielkość układu (układu kogeneracyjnego) 39 Ryzyko inwestycyjne w energetyce 40 Ryzyko regulacyjne przykłady Ryzyko regulacyjne Ryzyko nowych technologii Ryzyko mikroekonomiczne System podatkowy (zwłaszcza akcyza) Decyzje organów regulacyjnych Brak realizacji działań planowanych w politykach, strategiach, planach rozwojowych 41 Ryzyko nowych technologii 42 Bariery rozwoju energetyki rozproszonej (OZE, CHP) Ryzyko negatywnej eksploatacyjnej weryfikacji technologii wytwórczej (np. nieosiąganie zakładanej produkcji) Ryzyko niedostatecznej elastyczności źródeł na rynku energii Ryzyko trudności we współpracy źródeł z systemem elektroenergetycznym Ryzyko przyspieszenia (pod wpływem konkurencji) wdroŝenia nowych technologii wytwórczych, które zagroŝą technologiom wcześniej zastosowanym MoŜliwość wykorzystania danej technologii w warunkach zagroŝenia kryzysem, co jest związane z minimalną wielkością inwestycji oraz czasem jej realizacji Bariery administracyjne i regulacyjne Współpraca z siecią (w tym procedura przyłączeniowa) Bariery społeczne Bariery finansowe (w tym mała przewidywalność wsparcia ustawowego) 7

8 43 Dziękuję za uwagę 8