Spis treści. 2 Spis treści

2 Spis treści Spis treści 1 CHP- kogeneracja z modułowym blokiem grzewczo-energetycznym CHP CE........... 4 1.1 Możliwości zastosowania.............. 4 1.2 Cechy i szczególne rozwiązania techniczne 4 1.3 CHP w porównaniu z oddzielnym systemem przekształcania energii............... 5 1.4 Moc i zakres dostawy................. 6 2 Podstawy............................... 7 2.1 Techniczne podstawy technologii CHP.... 7 2.1.1 Czym jest modułowy blok grzewczoenergetyczny?...................... 7 2.1.2 Kiedy warto zastosować modułowy blok grzewczo-energetyczny?.............. 8 2.1.3 Wskaźniki dla instalacji CHP........... 10 2.1.4 Projektowanie instalacji CHP etapy planowania........................ 11 2.2 Analiza ekonomiczności.............. 14 2.2.1 Rachunek opłacalności............... 15 2.2.2 Wsparcie podczas planowania......... 19 3 Opis techniczny......................... 20 3.1 Wyposażenie....................... 20 3.2 Podzespoły........................ 21 3.2.1 Przegląd.......................... 21 3.2.2 Skrócony opis techniczny............. 22 3.3 Dane techniczne.................... 24 3.4 Schematy działania modułowych bloków grzewczo-energetycznych CHP CE...... 30 3.5 Wymiary i przyłącza................. 32 4 Przepisy niemieckie...................... 37 4.1 Ramowe warunki ustawowe........... 37 4.1.1 Dopuszczenie przegląd właściwych procedur zgłaszania i wydawania zezwoleń......................... 37 4.1.2 Ekonomiczność instalacji CHP właściwe przepisy i działania wspierające ze strony państwa.......................... 39 4.2 Energia elektryczna dostarczona do sieci publicznej........................ 44 4.3 Przepisy, dyrektywy, normy i wytyczne... 45 5 Warunki pracy.......................... 47 5.1 Przegląd podstawowych wymagań dot. pracy......................... 47 5.2 Wymagania dot. montażu i uruchomienia. 47 5.2.1 Dopasowanie mocy wg wysokości zainstalowania nad poziomem morza (CHP CE 50 NA, CHP CE 70 NA, CHP CE 140 NA, CHP CE 240 NA)...... 48 5.2.2 Redukcja mocy w zależności od wysokości zainstalowania (CHP CE 19 NA)........48 5.3 Wymagania dla izolacji akustycznej..... 49 5.3.1 Drogi przekazywania dźwięków powietrznych i materiałowych.........50 5.3.2 Dopuszczalne imisje hałasu zgodnie z dyrektywami......................51 5.3.3 Działania chroniące przed hałasem..... 53 5.3.4 Lista kontrolna dot. izolacji akustycznej Planowanie i rozmieszczanie systemów ochrony przed hałasem..............56 5.4 Emisje spalin...................... 57 5.5 Wymagania dotyczące materiałów eksploatacyjnych...................59 5.5.1 Jakość wody grzewczej.............. 59 5.5.2 Jakość cieczy chłodzącej............. 59 5.6 Wymagania dotyczące utrzymania w należytym stanie przeglądy, konserwacje i naprawy...............60 5.7 Wymagania dotyczące wyłączenia z ruchu modułowego bloku grzewczoenergetycznego....................61 6 Regulacja Sterowanie Kontrola......... 62 6.1 Koncepcja regulacji................. 62 6.2 Sposób pracy...................... 62 6.2.1 Praca zależna od ciepła.............. 62 6.2.2 Praca zależna od prądu.............. 62 6.2.3 Praca zależna od sieci............... 62 6.3 Koncepcje zasilania elektrycznego..... 63 6.3.1 Praca synchroniczna z siecią elektroenergetyczną.................63 6.3.2 Praca niezależna od sieci elektroenergetycznej................63 6.3.3 Praca wyspowa.................... 63 6.3.4 Praca zastępcza/awaryjna............ 63 6.4 Pozostałe funkcje regulacyjne......... 64 6.5 Szafa sterownicza modułowego bloku grzewczo-energetycznego.............64 6.5.1 Skrócony opis techniczny............ 64 6.5.2 Części składowe................... 64 6.5.3 Wewnętrzne systemy monitoringu..... 65 7 Elementy napędu....................... 66 7.1 Silnik gazowy...................... 66 7.2 System powietrzno-gazowy........... 67 7.3 Zaopatrzenie silnika w olej smarny..... 69 8 Komponenty zasilania elektrycznego........ 70 8.1 Opis systemu przetwarzanie energii elektrycznej za pomocą modułowego bloku grzewczo-energetycznego CHP CE. 70 8.2 Generator........................ 70 Materiały projektowe Modułowe bloki grzewczo-energetyczne CHP CE I 2

Spis treści 3 9 Komponenty mocy energii cieplnej......... 72 9.1 Wykorzystanie energii cieplnej dzięki odprowadzeniu z obiegu chłodzenia silnika............................72 9.2 Układ wymiennika ciepła CHP CE 19 NA. 73 9.3 Układ wymiennika ciepła CHP CE 50 NA, CHP CE 70 NA, CHP CE 140 NA, CHP CE 240 NA....................75 10 Urządzenia peryferyjne................... 77 10.1 Pomieszczenie zainstalowania i wprowadzenie....................77 10.2 Dostarczanie powietrza do procesu spalania oraz wentylacja..............79 10.3 System spalinowy.................. 82 10.3.1 Przewód spalinowy................. 82 10.3.2 Izolacja akustyczna................. 82 10.3.3 Rozplanowanie instalacji spalinowej.... 83 10.3.4 Odpływ kondensatu................ 84 10.4 Paliwo (gaz ziemny)................. 86 10.5 Podłączenia elektryczne modułowego bloku grzewczo-energetycznego CHP CE. 88 10.5.1 Praca synchroniczna z siecią elektroenergetyczną.................88 10.5.2 Praca niezależna od sieci elektroenergetycznej, praca wyspowa...90 10.5.3 Podłączenie do sieci wybór i zabezpieczenie kabli elektroenergetycznych...............94 10.5.4 Opis działania elektrycznych procesów załączania i wyłączania modułowego bloku grzewczo-energetycznego CHP CE......95 10.5.5 Opcja: regulacja obciążenia sieci brak odprowadzania nadwyżek prądu do sieci. 96 10.6 Wybrany osprzęt do modułowego bloku grzewczo energetycznego............97 10.6.1 Buforowy zasobnik ciepła............ 97 10.6.2 Wtórny tłumik dźwięku przepływu spalin 98 10.6.3 Tłumik powietrza wylotowego......... 99 10.6.4 Zestaw montażowy połączenia elastyczne.......................100 10.6.5 Układ podnoszenia temperatury powrotu dla wody grzewczej................101 10.6.6 Urządzenie do chłodzenia awaryjnego modułowego bloku grzewczoenergetycznego...................101 10.6.7 Kondensacyjny wymiennik ciepła spalin 104 11 Przykłady instalacji..................... 105 11.1 Wskazówki dotyczące wszystkich przykładów instalacji...............105 11.1.1 Wyposażenie wymagane i opcjonalne.. 105 11.1.2 Regulacja pojedynczego modułowego bloku grzewczo-energetycznego i instalacji kotłowej.................107 11.1.3 Regulacja dwóch lub więcej modułowych bloków grzewczo-energetycznych z instalacją kotłową za pomocą wielomodułowego układu sterowania (MMS).......................... 108 11.1.4 Ogólne wskazówki projektowe....... 109 11.2 Opis działania dla przykładów instalacji od 1 do 4........................ 110 11.2.1 Opis działania trybu pracy automatycznej zależnej od ciepła modułowego bloku grzewczo-energetycznego z regulacją obiegu wody chłodzącej silnik....... 110 11.2.2 Opis działania trybu pracy zależnej od ciepła modułowego bloku grzewczoenergetycznego z buforowym zasobnikiem ciepła................ 110 11.2.3 Opis działania trybu pracy zależnej od ciepła modułowego bloku grzewczoenergetycznego z dodatkowym czujnikiem FZB................... 110 11.3 Przykład instalacji 1: modułowy blok grzewczo-energetyczny z zasobnikiem buforowym i standardowym regulatorem zasobnika buforowego............. 111 11.4 Przykład instalacji 2: dwa modułowe bloki grzewczo-energetyczne z zasobnikiem buforowym i regulatorem zasobnika buforowego premium.............. 113 11.5 Przykład instalacji 3: modułowy blok grzewczo-energetyczny z zasobnikiem buforowym i standardowym regulatorem zasobnika buforowego, gazowym kotłem kondensacyjnym, konwencjonalnym kotłem grzewczym i regulatorem Logamatic... 115 11.6 Przykład instalacji 4: modułowy blok grzewczo-energetyczny z zasobnikiem buforowym, regulatorem zasobnika buforowego z modułem funkcyjnym FM444, gazowym kotłem kondensacyjnym, konwencjonalnym kotłem grzewczym i regulatorem Logamatic............ 117 11.7 Wskazówki projektowe dla instalacji z załączaniem modułowych bloków grzewczo-energetycznych Bosch CHP CE przez zewnętrzny układ regulacji i zewnętrznym systemem zarządzania zasobnikiem buforowym............ 119 11.7.1 Załączanie modułowego bloku grzewczoenergetycznego przez zewnętrzny zestyk bezpotencjałowy.................. 119 11.7.2 Załączanie modułowego bloku grzewczoenergetycznego przez analogowy sygnał wartości zadanej obciążenia......... 119 11.7.3 Optymalizacja instalacji i nastawianie parametrów w przypadku zewnętrznego zgłaszania zapotrzebowania na ciepło. 120 Skorowidz............................ 121 3 I Materiały projektowe Modułowe bloki grzewczo-energetyczne CHP CE

4 CHP- kogeneracja z modułowym blokiem grzewczo-energetycznym CHP CE 1 CHP- kogeneracja z modułowym blokiem grzewczo-energetycznym CHP CE 1.1 Możliwości zastosowania Modułowy blok grzewczo-energetyczny CHP CE jest przeznaczony do zastosowania w obiektach o jednoczesnym zapotrzebowaniu na ciepło grzewcze i energię elektryczną. W połączeniu z techniką absorpcji możliwe jest również wytwarzanie chłodu. Kompaktowa budowa i montaż fabrycznie sprawdzonego, gotowego do podłączenia modułowego bloku grzewczo-energetycznego CHP CE ułatwiają zastosowanie urządzenia. Konieczność planowania jest w znacznym stopniu zredukowana dzięki wielokrotnie sprawdzonym i udokumentowanym rozwiązaniom. Dzięki sprzężeniu kilku modułowych bloków grzewczoenergetycznych CHP CE możliwe jest włączenie do systemów instalacji o różnej mocy. Tab. 1 przedstawia przykłady zastosowania modułowych bloków grzewczo-energetycznych CHP CE w różnych obszarach: Zakres zastosowania Ogrzewanie budynku (centralne ogrzewanie) Obiekty użyteczności publicznej (zaopatrzenie obiektów) Ciepło technologiczne (przemysłowa produkcja energii cieplnej) Ogrzewanie lokalne (zaopatrzenie większych obszarów) Tab. 1 Przykład Bloki mieszkalne Hotele i centra konferencyjne Restauracje i pensjonaty Domy seniora i domy opieki Urzędy i budynki komunalne Obiekty sportowe lub centra edukacyjne z wyposażeniem sportowym Pływalnie kryte i otwarte Szpitale Przedsiębiorstwa (supermarkety, piekarnie, masarnie itd.) Produkcja (galwanizacja, piwowarstwo, ogrodnictwo itd.) Zamiana w zimno (absorber) Domy szeregowe Obszary lub bloki mieszkalne Parki biznesowe, ośrodki wczasowe Przykłady zastosowania modułowych bloków grzewczo-energetycznych CHP CE w różnych obszarach 1.2 Cechy i szczególne rozwiązania techniczne Przyjazne dla środowiska Wydajne przekształcanie energii przy wysokiej całkowitej sprawności technicznej, zmniejszanie ilości CO 2 i oszczędzanie energii pierwotnej dzięki jednoczesnemu wykorzystywaniu energii elektrycznej i cieplnej Ekonomiczne i trwałe, zaopatrzenie w energię na miejscu Optymalizacja systemu za pomocą sprawdzonych części Niska zawartość substancji szkodliwych w spalinach Wartości niższe niż w rozporządzeniu TA Luft 2002 Oszczędność zasobów naturalnych Możliwość optymalnego zintegrowania Kompaktowa budowa i dopasowana hydraulika Skuteczna kontrola Możliwość komunikacji dzięki modemowi zdalnego sterowania Interfejsy do włączania w system inteligentnego budynku 4 1 2 6 720 640 360-01.1il Rys. 1 Budowa modułowego bloku grzewczoenergetycznego CHP CE (szczegółowy przegląd podzespołów str. 21 i nast.) [1] Generator [2] Silnik gazowy [3] Wymiennik ciepła spalin [4] Szafa sterownicza z panelem obsługi 3 Materiały projektowe Modułowe bloki grzewczo-energetyczne CHP CE I 4

CHP- kogeneracja z modułowym blokiem grzewczo-energetycznym CHP CE 5 1.3 CHP w porównaniu z oddzielnym systemem przekształcania energii QV QV 6 kwh 66 kwh QP ges 162 kwh 62 kwh 100 kwh QV 10 kwh QP BHKW Qel 34 kwh Qel 100 kwh Qth 56 kwh Qth 6 720 640 360-02.1il Rys. 2 Oszczędność energii pierwotnej dzięki CHP (modułowy blok grzewczo-energetyczny) w porównaniu z oddzielnym systemem przekształcania energii [Q P BHKW ] Zastosowanie energii pierwotnej w modułowym bloku grzewczo-energetycznym [Q P ges ] Konwencjonalne zastosowanie energii pierwotnej (elektrownia i kocioł grzewczy) [Q el ] Energia elektryczna [Q th ] Energia cieplna [Q V ] Straty Rys. 2 przedstawia różnicę pomiędzy konwencjonalną elektrownią a instalacją z CHP. Nowoczesny modułowy blok grzewczo-energetyczny zaopatruje budynek jednocześnie w energię cieplną i elektryczną. W konwencjonalnych instalacjach energia elektryczna pochodzi z centralnej elektrowni, a cieplna z kotła grzewczego na miejscu; jest to nadal typowe rozwiązanie. Do wytworzenia 90 jednostek energii cieplnej i elektrycznej w budynku modułowy blok energetycznogrzewczy potrzebuje 100 jednostek energii pierwotnej. Stopień wykorzystania wynosi więc 90 %. 90 jednostek energii (np. MWh) w konwencjonalnych systemach zaopatrzenia wymaga w sumie 162 jednostek energii pierwotnej dla tego samego budynku. Stopień wykorzystania wynosi tylko 56 %. Konwencjonalny system energetyczny potrzebuje zatem o 62 % więcej energii (pierwotnej) niż instalacja CHP. W porównaniu z tym wysokowydajny modułowy blok grzewczoenergetyczny może zaoszczędzić do 38 % energii pierwotnej. 5 I Materiały projektowe Modułowe bloki grzewczo-energetyczne CHP CE

6 CHP- kogeneracja z modułowym blokiem grzewczo-energetycznym CHP CE 1.4 Moc i zakres dostawy Moc Modułowy blok grzewczoenergetyczny CHP CE Paliwo Liczba metanowa Temperatura VL/RL CHP CE 19 NA Gaz ziemny > 80 80/60 50/30 Wkład paliwa 1) Moc elektryczna 2) Moc termiczna 3) [ C] [kw] [kw] 54 5 % 54 5 % 1) Dane na temat mocy wg ISO 3046-1; wartości dla wydajności trwałej w pracy równoległej z siecią Wkład paliwa/moc paliwa to energia dostarczana dzięki paliwu na jednostkę czasu wyrażona wartością opałową Hi. (Pojęcia wartość opałowa Hi/Hi,n i ciepło spalania Hs/Hs,n zostały zdefiniowane w normie DIN ISO 6976 oraz DIN 51857.) 2) Moc przy cos j = 1, bez przeciążenia 3) Dane na temat mocy dla jakości gazu ziemnego wg wytycznych DVGW, arkusz roboczy G260 19 19 31 5 % 38 5 % CHP CE 50 NA Gaz ziemny > 80 90/70 148 5 % 50 80 5 % CHP CE 70 NA Gaz ziemny > 80 90/70 204 5 % 70 109 5 % CHP CE 140 NA Gaz ziemny > 80 90/70 384 5 % 140 212 5 % CHP CE 240 NA Gaz ziemny > 80 90/70 669 5 % 240 374 5 % Tab. 2 Moce kompletnych modułowych bloków grzewczo-energetycznych CHP CE Zakres dostawy Modułowy blok grzewczo-energetyczny CHP CE, kompletnie zmontowany i sprawdzony fabrycznie za pomocą protokołu biegu próbnego (wyposażenie à str. 20), składa się z następujących elementów: Silnik gazowy Generator asynchroniczny lub synchroniczny (w zależności od typu) Trójdrogowy katalizator spalin Wymiennik ciepła spalin Wymiennik ciepła cieczy chłodzącej silnik Wymiennik ciepła oleju smarnego silnika Ścieżka gazowa z termicznie wyzwalaną blokadą (TAE) Zasilanie olejem Osłona dźwiękochłonna Wentylator Rozdzielnia elektryczna modułowego bloku grzewczo-energetycznego Dokumentacja techniczna Fabryczny bieg próbny wg DIN 6280-15 Sprawdzenie wzoru konstrukcyjnego przez niezależną instytucję Certyfikacja wg dyrektywy 90/396/EWG dot. urządzeń spalających paliwa gazowe nr identyfikacyjny produktu Usługi opcjonalne Ponadto Bosch Thermotechnik na życzenie oferuje: Umowy serwisowe Wsparcie przy rozwiązaniach dot. planowania i projektowania oraz montażu i uruchomienia Pomiar natężenia dźwięku Systemy zdalnego sterowania Dopasowane elementy instalacji w celu wykonania modułowego bloku grzewczoenergetycznegoszkolenie personelu obsługującego i konserwatorówoprogramowanie, obejmujące w szczególności: Zbiór tekstów z opisem technicznym do przygotowania oferty Liczne informacje dodatkowe na stronie: www.bosch.de Materiały projektowe Modułowe bloki grzewczo-energetyczne CHP CE I 6

Podstawy 7 2 Podstawy 2.1 Techniczne podstawy technologii CHP 2.1.1 Czym jest modułowy blok grzewczo-energetyczny? Opis systemu Modułowy blok grzewczo-energetyczny składa się przede wszystkim z silnika, generatora trójfazowego i układu wymiennika ciepła. Silnik napędza generator do produkcji energii elektrycznej. Do wytwarzania energii elektrycznej stosowane są generatory asynchroniczne lub synchroniczne (warunki zastosowania patrz poniżej), które wytwarzają trójfazowy prąd przemienny o częstotliwości 50 Hz i napięciu 400 V. Generator wytwarza prąd trójfazowy, który przesyłany jest do zewnętrznej rozdzielni głównej niskiego napięcia (NSHV = poziom 0,4 kv). Energia elektryczna jest zużywana zgodnie z aktualnym zapotrzebowaniem w przyłączonym budynku, prąd nadmiarowy może zostać przesłany do sieci przedsiębiorstwa energetycznego (EVU). Podczas takiego przekształcania energii powstaje ciepło odpadowe, jak w każdym silniku spalinowym. Ciepło to w tak zwanym wewnętrznym obiegu chłodzącym przejmowane jest po kolei z oleju smarującego silnik, cieczy chłodzącej silnik, generatora i spalin, a następnie poprzez system wymiennika ciepła przekazywane jest do instalacji grzewczej. Ten system przekształcania i wykorzystania energii nazywa się kogeneracją energii mechanicznej i ciepła (CHP), ponieważ równocześnie wykorzystuje się energię elektryczną wytworzoną przez generator (siła) i energię termiczną (ciepło) swobodnie użytą do napędzania generatora przez silnik. Zalety CHP: Wykorzystywanie do ok. 94 % energii (z czego ok. 1/3 stanowi wysokojakościową energię elektryczną) Oszczędności energii pierwotnej do 38 % w porównaniu z oddzielnym systemem przekształcania energii ( rys. 2, str. 5) Praca wg ciepła Modułowy blok grzewczo-energetyczny jest włączany wzgl. wyłączany w zależności od zadanej temperatury (np. temperatury powrotu wody grzewczej). W tym momencie ciepło zawsze jest potrzebne w systemie ogrzewania. Praca wg energii elektrycznej Modułowy blok grzewczo-energetyczny jest włączany na miejscu w razie zapotrzebowania na energię elektryczną. Możliwe warianty sterowania i pracy: Krzywa poboru energii elektrycznej Regulacja odniesienia sieci Praca wyspowa Wytworzona przy tym energia cieplna jest bezpośrednio wykorzystywana przez odbiorniki (obiegi grzewcze) magazynowana w budynku (lokalne instalacje grzewcze, basen itp.) transportowana do buforowego zasobnika ciepła lub w wyjątkowych przypadkach (praca wyspowa) odprowadzana na zewnątrz przez system chłodzenia modułowego bloku grzewczo-energetycznego 7 I Materiały projektowe Modułowe bloki grzewczo-energetyczne CHP CE

8 Podstawy Schemat działania modułowego bloku grzewczo-energetycznego z CHP CE Rys. 3 Schemat działania modułowego bloku grzewczo-energetycznego z CHP [Gas]Przyłącze gazu ziemnego [1] Kocioł grzewczy (szczyt obciążenia) [R] Powrót [2] Modułowy blok grzewczo-energetyczny [V] Zasilanie (obciążenie podstawowe) [3] Buforowy zasobnik ciepła [4] Odbiornik (zużycie własne: ogrzewanie, energia elektryczna) [5] Sieć elektryczna (zasilanie) 2.1.2 Kiedy warto zastosować modułowy blok grzewczo-energetyczny? Modułowy blok grzewczo-energetyczny jednocześnie wytwarza energię elektryczną i cieplną w określonych proporcjach. Dlatego z energetycznego punktu widzenia jego zastosowanie opłaca się zawsze wtedy, gdy obiekt potrzebuje jednocześnie energii cieplnej i elektrycznej, najlepiej przez cały rok. Warunkiem rentowności jest wykorzystywanie instalacji przez kilka tysięcy roboczogodzin w roku. Na podstawie trzech wartości orientacyjnych można wstępnie oszacować opłacalność: 1. Stosunek mocy cieplnej modułowego bloku grzewczo-energetycznego do kotła grzewczego: Moc cieplna bloku nie powinna wynosić więcej niż 20 % mocy zainstalowanego kotła. Im mniejsza moc cieplna bloku w stosunku do zapotrzebowania obiektu na ciepło, tym więcej roboczogodzin musi przepracować blok. Im więcej roboczogodzin blok przepracuje w ciągu roku, tym większe prawdopodobieństwo oszczędności. 2. Jednoczesne stałe zapotrzebowanie na energię elektryczną i ciepło: Podstawowa zasada CHP brzmi: bez odprowadzania ciepła nie można wytwarzać energii elektrycznej, bez wytwarzania energii elektrycznej nie ma zysku (oszczędności), bez zysku nie warto stosować modułowego bloku grzewczoenergetycznego. 3. Stosunek poszczególnych cen energii: Prawdopodobieństwo ekonomiczności modułowego bloku grzewczo-energetycznego wzrasta wraz z rosnącym stosunkiem ceny energii elektrycznej (roczne ogólne koszty energii elektrycznej podzielone przez zużycie energii) do ceny gazu (roczne ogólne koszty gazu podzielone przez zużycie gazu). Tab. 3 pokazuje w przybliżeniu zależność między cenami energii i ekonomicznym wykorzystaniem modułowego bloku grzewczo-energetycznego. Szczegółowa analiza ekonomiczności znajduje się na str. 14 i nast. Przy stosunku ceny energii elektrycznej : ceny gazu wynoszącym... Tab. 3 ekonomiczne działanie modułowego bloku grzewczo-energetycznego jest... 1 : 1 bardzo nieprawdopodobne 2 : 1 nieprawdopodobne 3 : 1 możliwe 4 : 1 prawdopodobna 5 : 1 bardzo prawdopodobne Ekonomiczność modułowego bloku grzewczoenergetycznego w zależności od stosunku ceny energii elektrycznej do ceny gazu Materiały projektowe Modułowe bloki grzewczo-energetyczne CHP CE I 8

Podstawy 9 Wykorzystanie ciepła kondensacji w modułowym bloku grzewczo-energetycznym Dzięki wykorzystaniu ciepła spalania termiczna sprawność techniczna jest znacznie lepsza. Następuje wykorzystanie ciepła kondensacji pary wodnej zawartej w spalinach modułowego bloku grzewczoenergetycznego. Większe modułowe bloki grzewczoenergetyczne (w przypadku Bosch elektryczne od 50 kw) z reguły są wyposażone w wymienniki ciepła spalin, które obniżają temperatury spalin do ok. 110 C 120 C. Dla gazu ziemnego przy trybie pracy o współczynniku lambda 1 punkt rosy spalin wynosi ok. 60 C, w przypadku zasilania ubogą mieszanką ok. 50 C. Im niższa temperatura powrotu do modułu, tym lepsze wykorzystanie energii chemicznej paliwa. W porównaniu do mocy cieplnej modułowego bloku grzewczo-energetycznego bez wykorzystania efektu kondensacji moc cieplną z wykorzystaniem utajonego ciepła kondensacji można zwiększyć nawet o ok. 20 %. Jest to uzasadnione tym, że przy wykorzystaniu utajonego ciepła kondensacji mamy do dyspozycji jeszcze moc grzewczą nominalną. Przy stuprocentowej kondensacji powstaje ok. 1,5 l kondensatu na m³ gazu ziemnego. Mniejsze modułowe bloki grzewczo-energetyczne Bosch o zakresie mocy poniżej 50 kw el są fabrycznie wyposażone w wymienniki ciepła spalin wykorzystujące ciepło spalania. Koszty dodatkowego wymiennika ciepła wykorzystującego ciepło spalania dla większych modułowych bloków grzewczo-energetycznych wraz z elementami osprzętu zwracają się z reguły już po kilku latach. W przypadku basenów krytych lub obiektów w znacznej mierze wykorzystujących ogrzewanie podłogowe i temperatur wyraźnie poniżej 50 C zalecamy przeprowadzenie próby funkcjonalnej wymiennika ciepła wykorzystującego utajone ciepło kondensacji. Kryteria wyboru dla zastosowania modułowych bloków grzewczo-energetycznych w różnych obszarach Zakres zastosowania Ogrzewanie budynku (centralne ogrzewanie) Obiekty użyteczności publicznej (zaopatrzenie obiektów) Ciepło technologiczne (przemysłowa produkcja energii cieplnej) Ogrzewanie lokalne (zaopatrzenie większych obszarów) Tab. 4 Przykład Bloki mieszkalne Hotele i centra konferencyjne Restauracje i pensjonaty Domy seniora i domy opieki Urzędy i budynki komunalne Obiekty sportowe lub centra edukacyjne z wyposażeniem sportowym Pływalnie kryte i otwarte Szpitale Przedsiębiorstwa (supermarkety, piekarnie, masarnie itd.) Produkcja (galwanizacja, piwowarstwo, ogrodnictwo itd.) Zamiana w zimno (absorber) Domy szeregowe Obszary lub bloki mieszkalne Parki biznesowe, ośrodki wczasowe Zapotrzebowanie na energię cieplną + + + + + + + + + + + + + + energię elektryczną + + + + + + + + + + + Stosunek typowych cen energii korzystny korzystny korzystny korzystny niekorzystny niekorzystny korzystny przeciętny korzystny niekorzystny korzystny korzystny korzystny korzystny Ekonomiczność modułowego bloku grzewczoenergetycznego możliwa prawdopodobna prawdopodobna prawdopodobna możliwa możliwa prawdopodobna prawdopodobna prawdopodobna możliwa prawdopodobna prawdopodobna możliwa prawdopodobna Wartość orientacyjna udział mocy cieplnej modułowego bloku grzewczoenergetycznego w całkowitej mocy cieplnej 10 20 % 10 30 % 10 25 % 10 15 % Objaśnienie symboli: ++ bardzo wysoki stopień; + wysoki stopień; umiarkowany stopień Kryteria wyboru dla zastosowania modułowych bloków grzewczo-energetycznych w różnych obszarach 9 I Materiały projektowe Modułowe bloki grzewczo-energetyczne CHP CE

10 Podstawy 2.1.3 Wskaźniki dla instalacji CHP Instalacje techniczne można pogrupować ze względu na ich użyteczność za pomocą wskaźników liczbowych. Na podstawie trzech podstawowych wartości (moc elektryczna, moc termiczna i wkład paliwa) można obliczyć dalsze parametry. Do oceny wydajności modułowego bloku grzewczo-energetycznego należy wykorzystać zarówno sprawność techniczną, jak i stopień wykorzystania urządzenia. W przypadku określania sprawności technicznej porównywane są moce w stacjonarnym trybie pracy przy pełnym obciążeniu. Moce wynikają z krótkotrwałych pomiarów przepływów energii. Straty przy rozruchu i czasy obciążenia częściowego ze słabszą sprawnością techniczną nie są uwzględniane. Stopień wykorzystania odnosi się do dłuższego czasu pracy (najczęściej roku), co pozwala określić rzeczywistą wydajność instalacji. Uwzględniane są przy tym straty wynikające z przestojów, energie dla napędów pomocniczych, przerwy w pracy i czasy częściowego obciążenia. Dlatego sprawność techniczna jest zawsze większa niż stopień wykorzystania. Im większa instalacja, tym większa sprawność techniczna, jednak w przypadku całkowitej sprawności technicznej nie zaobserwowano zależności od rozmiaru. Sprawność elektryczna Elektryczna sprawność techniczna to stosunek wytworzonej czynnej mocy elektrycznej do mocy cieplnej doprowadzonego paliwa w odniesieniu do H i. el = P ---------------------- el Q BHKW F. 1 Sprawność elektryczna [η el ] Sprawność elektryczna [P el ] Moc elektryczna w kw el [Q BHKW ]Wkład paliwa w modułowym bloku grzewczoenergetycznym w kw Br Stopień wykorzystania energii elektrycznej Stopień wykorzystania energii elektrycznej to stosunek zużytej energii elektrycznej (moc czynna czas) do energii cieplnej doprowadzonego paliwa, w odniesieniu do H i w ciągu dłuższego czasu. Sprawność termiczna Sprawność termiczna to stosunek wytworzonej mocy termicznej do mocy cieplnej doprowadzonego paliwa w odniesieniu do H i. th = Q ----------------------- th Q BHKW F. 2 Sprawność termiczna [η th ] Sprawność termiczna [Q th ] Moc termiczna w kw th [Q BHKW ]Wkład paliwa w modułowym bloku grzewczoenergetycznym w kw Br Stopień wykorzystania energii termicznej Stopień wykorzystania energii termicznej to stosunek zużytej energii termicznej (moc czynna x czas) do energii cieplnej doprowadzonego paliwa, w odniesieniu do H i w ciągu dłuższego czasu. Całkowita sprawność techniczna (efektywna) Całkowita sprawność techniczna to suma sprawności elektrycznej i termicznej. W całkowitej sprawności technicznej nie jest uwzględniona moc napędów pomocniczych. P ges el + el + Q = th th = -------------------------- Q BHKW F. 3 Całkowita sprawność techniczna (efektywna) [η ges ] Całkowita sprawność techniczna (efektywna) [η el ] Sprawność elektryczna [η th ] Sprawność termiczna [P el ] Moc elektryczna w kw el [Q th ] Moc termiczna w kw th [Q BHKW ]Wkład paliwa w modułowym bloku grzewczoenergetycznym w kw Br Całkowity stopień wykorzystania Całkowity stopień wykorzystania to suma stopnia wykorzystania energii elektrycznej i termicznej. Liczba znamionowa prądu Liczba znamionowa prądu wyraża stosunek mocy elektrycznej do termicznej. Jest zatem miarą wydajności prądowej. Dąży się do osiągnięcia jak najwyższych liczb znamionowych prądu, ponieważ wysoka wydajność prądowa przy możliwie niskim oddawaniu ciepła jest istotnym warunkiem przemysłowego zastosowania modułowych bloków grzewczo-energetycznych. P = ---------- el Q th F. 4 Liczba znamionowa prądu [σ] Liczba znamionowa prądu [P el ] Moc elektryczna w kw el [Q th ] Moc termiczna w kw th Materiały projektowe Modułowe bloki grzewczo-energetyczne CHP CE I 10

Podstawy 11 2.1.4 Projektowanie instalacji CHP etapy planowania W projektowaniu instalacji CHP pomocna jest dyrektywa VDI 3985. Stanowi ona podręcznik planowania (część A), wykonania (część B) oraz uruchomienia/odbioru (część C) modułowych bloków grzewczoenergetycznych z silnikami spalinowymi i zawiera dokładny opis wszystkich faz projektu. Najpierw należy określić zapotrzebowanie na energię użyteczną (ciepło grzewcze, ciepła woda użytkowa, ciepło technologiczne, energia elektryczna itd.) w ciągu dnia i w ciągu całego roku. Dodatkowo znane muszą być koszty energii. Samo projektowanie polega zwykle na stworzeniu rocznego uporządkowanego wykresu poboru energii cieplnej. Roczny uporządkowany wykres obciążenia Każdy obiekt wymagający zaopatrzenia w energię posiada charakterystyczny przebieg zapotrzebowania na ciepło, który można graficznie przedstawić w formie tzw. rocznego uporządkowanego wykresu obciążenia (GDJL) ( rys. 4). Stanowi on podstawę zwymiarowania modułowego bloku grzewczo-energetycznego, ponieważ wynika z niego, przez ile godzin w roku wymagana jest określona moc termiczna. Na wykresie przedstawione jest skumulowane zapotrzebowanie mocy w zależności od wymaganego czasu użytkowania tej mocy w ciągu roku. Najwyższa wartość odpowiada maksymalnemu obciążeniu grzewczemu w najzimniejszym dniu w roku. Na rys. 4 obciążenie grzewcze zostało przedstawione nie jako wartość bezwzględna (w kw), ale w procentach maksymalnego obciążenia grzewczego. Roczny uporządkowany wykres obciążenia rzadko kończy się przy mocy cieplnej 0 %, ponieważ podstawowe zapotrzebowanie na ciepło zwykle jest wyrażane np. poprzez zużycie ciepłej wody użytkowej. Całka powierzchniowa na rys. 4 przedstawia zapotrzebowanie na ciepło w ciągu roku. Q (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 2000 4000 6500 8760 8000 t (h/a) 6 720 640 360-04.1il W zależności od obiektu (szpital, kryta pływania, szkoła itd.) wykres GJDL ma przebieg bardziej stromy lub płaski wzgl. jest krótszy lub dłuższy. Stworzenie dokładnego rocznego wykresu obciążenia często jest trudne z powodu braku szczegółowych wartości poboru energii (profilu zapotrzebowania). VDI 4655 oferuje tzw. referencyjne profile poboru energii cieplnej i elektrycznej dla budownictwa mieszkaniowego i typowego dla niego zużycia energii obejmującego do 40 mieszkań. Stanowią one podstawę planowania dla modułowych bloków grzewczoenergetycznych o mocy paliwa do ok. 70 kw. Wykres GJDL ilustruje fakt, że maksymalna moc cieplna wymagana jest tylko przez kilka godzin w roku, a instalacja kotłowa wytwarza energię cieplną głównie poprzez pracę przy obciążeniu częściowym. Na wykresie widać obciążenie podstawowe w zakresie od 0 do 6500 roboczogodzin na rok o mocy 20 %. W tym zakresie obciążenia podstawowego modułowy blok grzewczo-energetyczny pokazuje swoje zalety: w przypadku długich czasów biegu przy jednoczesnym zmniejszeniu energii cieplnej i natężenia prądu modułowy blok grzewczo-energetyczny osiąga wysoką opłacalność. Ponieważ zasada opłacalności brzmi następująco: im więcej roboczogodzin zostało przepracowanych, tym korzystniej koszty inwestycji rozkładają się na większe ilości energii elektrycznej i cieplnej. Oznacza to, że koszty wytworzenia spadają, a wzrasta prawdopodobieństwo ekonomicznego użytkowania. Tab. 5 pokazuje w przybliżeniu zależność między oczekiwanymi roboczogodzinami i ekonomicznym wykorzystaniem modułowego bloku grzewczoenergetycznego. Szczegółowa analiza ekonomiczności znajduje się na str. 14. W przypadku... roboczogodzin w ciągu roku ekonomiczne działanie modułowego bloku grzewczoenergetycznego jest... 2000 bardzo nieprawdopodobne 3000 nieprawdopodobne 4000 możliwe 5000 prawdopodobne 6000 bardzo prawdopodobne Tab. 5 Ekonomiczność modułowego bloku grzewczoenergetycznego w zależności od roboczogodzin na rok Całkowity czas użytkowania modułowego bloku grzewczo-energetycznego wynosi ok. 80000 roboczogodzin. W przypadku rocznego czasu pracy wynoszącego 5000 godzin jest to ok. 15 lat. Remont kapitalny silnika gazowego jest zwykle konieczny po ok. 40000 roboczogodzin. Rys. 4 [Q] [t] Przykład rocznego uporządkowanego wykresu poboru energii cieplnej obiektu Moc cieplna w % maks. Roboczogodziny w ciągu roku 11 I Materiały projektowe Modułowe bloki grzewczo-energetyczne CHP CE

12 Podstawy Roczny wykres obciążenia z zasobnikiem buforowym Jeżeli zapotrzebowanie na ciepło jest mniejsze niż moc termiczna modułowego bloku grzewczoenergetycznego, to dzięki magazynowaniu ciepła można osiągnąć korzystniejszy tryb pracy dzięki dłuższym czasom biegu po każdym uruchomieniu modułowego bloku grzewczo-energetycznego poprzez unikanie częstego wyłączania instalacji CHP. Ponadto zasobnik buforowy pozwala na zarządzanie wytwarzaną energią cieplną niezależne od chwilowego zapotrzebowania. Modułowy blok grzewczo-energetyczny może też pokryć zwiększone zapotrzebowanie na energię elektryczną niezależnie od chwilowego zapotrzebowania na ciepło, bez konieczności odprowadzania wytworzonej przy tym energii cieplnej przez chłodnicę awaryjną. Zastosowanie buforowego zasobnika ciepła nie pozwala na osiągnięcie większej liczby roboczogodzin niż to zostało przedstawione na rocznym uporządkowanym wykresie obciążenia. Dopiero zasobnik buforowy pozwala zbliżyć się do przedstawionych na wykresie wartości. Przede wszystkim w okresach, w których zapotrzebowanie użytkowników na ciepło w ciągu dnia mniej więcej odpowiada ciepłu wytwarzanemu przez modułowy blok grzewczoenergetyczny, kocioł zaczyna wytwarzać większe ilości energii cieplnej bez udziału zasobnika buforowego. Różne obciążenia o różnych godzinach sprawiają, że moc cieplna modułowego bloku grzewczo-energetycznego okresowo jest zmniejszana lub zwiększana. W przypadku przekroczenia zdolności produkcyjnej modułowego bloku grzewczo-energetycznego spada temperatura zasilania instalacji. Aby uniknąć niedoborów w zaopatrzeniu kocioł przejmuje funkcję dostarczania energii cieplnej. Modułowy blok grzewczo-energetyczny po krótkim czasie najczęściej się wyłącza. Przyczyną tego jest fakt, że kocioł uruchamia się natychmiast z wyższą mocą startową niż moc cieplna modułowego bloku grzewczoenergetycznego. Zasobnik buforowy pozwala na zachowanie ciepła powstałego podczas krótkotrwałych okresów przekroczenia ustalonego poziomu mocy. W przypadku właściwego podłączenia hydraulicznego zasobnik przez określony czas może oddać wielokrotność mocy modułowego bloku grzewczo-energetycznego. Temperatura zasilania instalacji pozostaje stała i nie następuje uruchomienie kotła. Zasobnik buforowy powinien mieć minimalną pojemność odpowiadającą liczbie roboczogodzin przy pełnym obciążeniu termicznym (szczegółowe informacje na temat buforowych zasobników ciepła str. 97). Jeżeli znana jest ilość energii cieplnej dla okresowo występującego obciążenia, można do niej dostosować zasobnik buforowy. Dzięki zasobnikowi o odpowiedniej wielkości możliwe jest zatem wytworzenie za pomocą modułowego bloku grzewczo-energetycznego energii cieplnej w nocy w celu wykorzystania jej rano (np. do szybkiego ogrzania pomieszczeń lub przygotowania ciepłej wody użytkowej). Można także wykorzystać roboczogodziny modułowego bloku grzewczo-energetycznego, które wprawdzie zostały zaplanowane dla instalacji wg wykresu GJDL, ale bez zasobnika w praktyce byłyby wypracowywane przez kocioł. Należy jednak równolegle sprawdzić, czy w czasie magazynowania energii cieplnej istnieje wystarczające zapotrzebowanie na prąd. Zasilanie publicznych sieci energią elektryczną może znacznie obniżyć wydajność modułowego bloku grzewczo-energetycznego. Rys. 5 [Q] [t] Q (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 a b c 2000 4000 6000 8000 8760 t (h/a) 6 720 640 360-41.1il Roczny uporządkowany wykres poboru energii cieplnej i wpływ zasobnika buforowego na charakterystykę roboczą Moc cieplna w % maks. mocy grzewczej instalacji Godziny pracy przy pełnym obciążeniu w skali roku bez zasobnika buforowego lub z nim [a] Zapotrzebowanie na ciepło pokrywane przez kocioł przystosowany do szczytowego obciążenia [b] Godziny pracy przy pełnym obciążeniu w skali roku bez zasobnika buforowego [c] Godziny pracy przy pełnym obciążeniu w skali roku z zasobnikiem buforowym [d] Ładowanie zasobnika buforowego [e] Rozładowanie zasobnika buforowego Rys. 5 opisuje wpływ zasobnika buforowego na charakterystykę roboczą modułowego bloku grzewczoenergetycznego Zakres powyżej linii 20 % jest pokrywany przez kocioł przystosowany do obciążeń szczytowych pracujący równolegle z modułowym blokiem grzewczoenergetycznym. Kocioł taki mógłby teoretycznie być zaprojektowany do pracy przy 80 % obciążenia grzewczego. Praktycznie jednak zalecane jest ustawienie na 100 % w celu zapewnienia zapasu mocy podczas przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz w przypadku usterek lub konserwacji. Zakres poniżej minimalnej użytecznej mocy cieplnej modułowego bloku grzewczo-energetycznego (dolna granica modulacji) w przypadku podłączenia hydraulicznego bez zasobnika buforowego również jest pokrywany przez kocioł przystosowany do obciążeń szczytowych. Dzięki zastosowaniu odpowiednio dużego zasobnika buforowego modułowy blok grzewczo-energetyczny może wytwarzać energię cieplną także w czasie przejścia podczas trybu pracy impulsowej. d e a Materiały projektowe Modułowe bloki grzewczo-energetyczne CHP CE I 12

Podstawy 13 W obu przypadkach należy rozważyć, od kiedy ewentualnie wyłączyć modułowy blok grzewczoenergetyczny w cieplejszych porach roku, aby uniknąć częstego uruchamiania. Zamiast zasobnika buforowego możliwy jest także modulowany tryb pracy modułowego bloku grzewczoenergetycznego. W tym przypadku praca impulsowa rozpoczyna się dopiero wówczas, gdy obciążenie grzewcze jest mniejsze od minimalnej mocy termicznej modułowego bloku grzewczo-energetycznego. Modułowy blok grzewczo-energetyczny może bezstopniowo dopasować swoją moc termiczną w zakresie od ok. 60 % do 100 % do zapotrzebowania na ogrzewanie (odpowiada ono mocy elektrycznej od 50 % do 100 %). Taki tryb pracy jednak stawia wysokie wymagania dot. stałego stosunku wody grzewczej i temperatury w instalacji. Zmniejszenie mocy musi następować powoli i w sposób ciągły. Skoki obciążenia nie mogą prowadzić do gwałtownych zmian temperatury powrotu modułowego bloku grzewczo-energetycznego. W przypadku większości instalacji spełnienie tych wymagań jest niemożliwe, więc stanowczo odradzamy pracę bez zasobnika buforowego. Ponadto w przypadku modulacji mocy modułowy blok grzewczo-energetyczny wykazuje mniejszą sprawność techniczną, co ma negatywny wpływ na ekonomiczność. Do tego dochodzą stałe koszty utrzymania instalacji niezależne od osiągniętej mocy. Analizy ekonomiczności zawsze są wykonywane dla trybu pracy przy pełnym obciążeniu. Praca przy częściowym obciążeniu może zatem nie pokrywać kosztów. Procent pokrycia zapotrzebowania na ciepło Pochodną rocznego uporządkowanego wykresu obciążenia jest procent pokrycia zapotrzebowania na ciepło Z wykresu ( rys. 6) można odczytać, ile procent zadanej mocy cieplnej pokrywa jaki procent zapotrzebowania na energię cieplną. Q (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Q (%) 6 720 640 360-05.1il Rys. 6 Procent pokrycia zapotrzebowania na ciepło dla obiektu wg przykładu z rys. 4 [Q] Praca cieplna w % maks. [Q] Moc cieplna w % maks. W przykładzie na rys. 6 pierwsze 20 % mocy cieplnej pokrywa ok. 60 % zapotrzebowania na ciepło, podczas gdy ostatnie 20 % mocy cieplnej (zakres pomiędzy 80 % i 100 %) jest potrzebne tylko do pokrycia ok. 3 % zapotrzebowania na ciepło. Jak widać na wykresie GJDL ( rys. 4), ustawienie modułowego bloku grzewczo-energetycznego na 100 % zapotrzebowania zasilanego obiektu na ciepło z reguły nie ma sensu: z jednej strony typowe koszty inwestycyjne modułowego bloku grzewczo-energetycznego na kilowatogodzinę mocy termicznej byłyby ok. 20-30 razy wyższe niż w przypadku konwencjonalnego kotła grzewczego, z drugiej strony roczny czas biegu modułowego bloku grzewczo-energetycznego wynosiłby analogicznie do kotła grzewczego tylko ok. 1600-1800 godzin pracy przy pełnym obciążeniu. Ponieważ modułowy blok grzewczo-energetyczny pracuje w opłacalny sposób tylko wówczas, gdy osiąga min. ok. 5000 roboczogodzin na rok, musiałby być zawsze ustawiony na podstawowe obciążenie cieplne z uwzględnieniem podstawowego poboru energii elektrycznej. Przesyłanie większych ilości energii elektrycznej wytworzonej przez modułowy blok grzewczoenergetyczny do publicznej sieci elektrycznej zakładu energetycznego pomimo wynagrodzenia za dostarczaną energię elektryczną i wspierania CHP najczęściej nie jest opłacalną alternatywą. 13 I Materiały projektowe Modułowe bloki grzewczo-energetyczne CHP CE

14 Podstawy 2.2 Analiza ekonomiczności Ekonomiczność modułowego bloku grzewczoenergetycznego jest ważnym kryterium inwestycji i dlatego powinna zostać przeanalizowana już w fazie wstępnego planowania. Podczas analizy instalacji energetycznych z punktu widzenia użytkownika należy wziąć pod uwagę fakt, że nie można osiągnąć bezpośrednich zysków. Zawsze porównywane są koszty i oszczędności. Obliczenia dot. ekonomiczności nie stanowią dokładnych wartości odnoszących się do przyszłych kosztów i korzyści. Wszystkie założenia, zwłaszcza te dot. przyszłej ceny i stóp procentowych, są niepewne, co wpływa na odpowiednio szeroki zakres opartych na nich wyników. Całkowite koszty instalacji energetycznej wynikają z sumy kosztów kapitałowych, użytkowych i eksploatacyjnych. Koszty kapitałowe (odsetki, umorzenia, odpisy) wynikają z niezbędnych inwestycji związanych z całą instalacją. Do kosztów użytkowych zaliczamy koszty paliwa i energii pomocniczej. Koszty eksploatacyjne (koszty obsługi, konserwacji, personalne) obejmują inspekcję, konserwację i serwis oraz koszty ubezpieczenia i kontroli. W dyrektywie VDI 2067 roczne koszty utrzymania w dobrym stania i koszty eksploatacji stanowią stały procent kosztów inwestycyjnych. Przemyślaną decyzję można podjąć tylko po uwzględnieniu wszystkich kosztów. W obliczeniach można wykorzystać różne metody. Można je podzielić na tzw. statyczne i dynamiczne metody rachunku inwestycji. Ich przegląd znajduje się w tab. 6. Metody rachunku inwestycji Metody statyczne Metody dynamiczne Rachunek porównawczy kosztów Rachunek porównawczy zysku Rachunek porównawczy rentowności Rachunek okresu zwrotu nakładów inwestycyjnych Tab. 6 Bieżąca wartość kapitałowa netto Wartość bieżąca netto Metoda annuitetowa Metoda wewnętrznej stopy zwrotu Statyczne i dynamiczne metody rachunku inwestycji Rachunek statyczny Dzięki prostej metodzie statycznej już po krótkiej analizie można z pewnością stwierdzić, czy dana inwestycja jest opłacalna. Obliczane są tu koszty i oszczędności w pierwszym roku działania, a następnie traktowane jako stałe przez okres użytkowania. Często stosowany jest rachunek okresu zwrotu nakładów inwestycyjnych, który określa, w jakim czasie zwróci się zainwestowany kapitał (czas amortyzacji). Rachunek dynamiczny W przypadku skrupulatnych metod dynamicznych uwzględniane są wszelkie parametry mogące wpłynąć na inwestycję (analiza wrażliwości) w całkowitym analizowanym okresie np. trwałość instalacji energetycznej co pozwala na dokładne przyjrzenie się oczekiwanym wynikom. Metoda ta uwzględnia czasowe różnice między poniesionym kosztem a osiągniętym zyskiem. W praktyce preferowana jest metoda annuitetowa, w której porównywane są przeciętne roczne wydatki na inwestycję. Następuje to poprzez przeliczenie inwestycji na równe roczne płatności (annuity). Przed właściwym określeniem rocznych kosztów należy sprecyzować czas trwania inwestycji oraz żądany okres objęty analizą. Do pierwszej przybliżonej analizy ekonomiczności wystarczy już kilka danych: rodzaj zasilanego obiektu, zapotrzebowanie na energię cieplną i elektryczną oraz koszty związane z paliwem i energią elektryczną pozwalają oszacować spodziewane oszczędności oraz czas amortyzacji. Istotne znaczenie dla opłacalności technologii CHP ma rozwój cen energii. Materiały projektowe Modułowe bloki grzewczo-energetyczne CHP CE I 14

Podstawy 15 2.2.1 Rachunek opłacalności Podstawy obliczeniowe i wzory W przypadku analiz ekonomicznych uwzględniane są koszty własne energii elektrycznej i cieplnej. Porównanie kosztów własnych z odpowiednimi kosztami poboru energii elektrycznej (1.), z konwencjonalnym wytwarzaniem energii cieplnej za pomocą kotła grzewczego (2.) lub z oboma tymi czynnikami (3.) dostarcza informacji na temat ekonomiczności. 1. Jeżeli obliczane są koszty własne energii elektrycznej, należy odjąć koszty energii cieplnej powstającej podczas pracy kotła grzewczego od całkowitych kosztów modułowego bloku grzewczoenergetycznego jako zysk. Otrzymane koszty własne energii elektrycznej można porównać z kosztami poboru energii elektrycznej. 2. I odwrotnie: w przypadku własnych kosztów energii cieplnej można uwzględnić odpowiednie koszty poboru energii elektrycznej i/lub dochody ze sprzedaży prądu. Koszty własne energii cieplnej można porównać z kosztami konwencjonalnego wytwarzania ciepła w kotle grzewczym. 3. W przypadku zasilania energią z modułowego bloku grzewczo-energetycznego i kotła przystosowanego do obciążeń szczytowych wszystkie koszty instalacji CHP i związane z kotłem grzewczym są porównywane z kosztami oddzielnego wytwarzania energii cieplnej i ciepłej wody użytkowej. Rachunek opłacalności wg (3.) został przeprowadzony tutaj ( tab. 7, str. 16). Do obliczenia z jednorazowej inwestycji (I) rocznych kosztów kapitałowych (K) potrzebne są koszty nabycia, czas użytkowania (n) oraz stopa procentowa (p). F. 5 Koszty kapitałowe [a] Współczynnik annuitetowy [K] Koszty kapitałowe w EUR na rok [I] Suma inwestycji w EUR W oparciu o dyrektywę VDI 2067 współczynnik annuitetowy można obliczyć wg następującego wzoru: F. 6 Współczynnik annuitetowy okres obliczeń, okres analizy: n(a) [a] Współczynnik annuitetowy [q] Współczynnik odsetek [n] Czas użytkowania w latach K = I a q n q 1 a = -------------------------------- = q n 1 q 1 ------------------- 1 q -n q = 1 + p ---------- 100 F. 7 Współczynnik odsetek [p] Stopa procentowa w % na rok [q] Współczynnik odsetek Bliższe informacje na temat określania kosztów kapitałowych i stóp procentowych znajdują się w dyrektywie VDI 6025. Zużycie paliwa wynika z sumy udziału procentowego ciepła grzewczego, zależnego od warunków pogodowych i udziału procentowego ogrzewania ciepłej wody. Ciepło użytkowe w przypadku instalacji zasobnikowych jest obliczane w następujący sposób: zużycie paliwa ciepła spalania H s jest przeliczane na wartość opałową H i (H i H s /1,11), a następnie dzielone przez stopień wykorzystania kotła. 15 I Materiały projektowe Modułowe bloki grzewczo-energetyczne CHP CE

16 Podstawy Przykładowy rachunek oszczędności kosztów i amortyzacji przy zastosowaniu modułowego bloku grzewczoenergetycznego Więcej informacji na temat dodatkowych dopłat i wynagrodzeń mających znaczenie dla rachunku można znaleźć w rozdziale 4.1.2 na str. 39 i nast. i w rozdziale 4.2 na str. 44. Poniższa tab. 7 zawiera przykład uproszczonej statycznej analizy ekonomiczności dla zastosowania modułowego bloku grzewczo-energetycznego: Dane Wartości i obliczenia Uwaga Dane modułu Moc elektryczna 50 kw el Moc termiczna 80 kw th 5 % Tolerancja Wkład paliwa 148 kw Hi 5 % Tolerancja Nagłówki Inwestycja (I) 90 000,- EUR Cena orientacyjna 1) Stopa procentowa (p) 5 %/a Współczynnik odsetek (q) 1,05 Wzór 7, str. 15 Czas użytkowania (n) 15 a Współczynnik annuitetowy (a) 0,09634 Wzór 6, str. 15 Przeliczenie ciepło spalania/wartość opałowa (H s /H i ) 1,11 Godziny pełnego wykorzystania 6000 h/a Procent własnego zużycia wytworzonej 5000 h/a Założenie = 5/6 energii elektrycznej Procent zasilania wytworzoną energią 1000 h/a Założenie = 1/6 elektryczną Roczny stopień wykorzystania (kocioł grzewczy) 85 % (H i ) Założenie Zastosowanie gazu ziemnego 1 000 000 kwh/a (H s ) Roczna praca znamionowa (kocioł grzewczy) = (1 000 000 kwh/a (H s ) 0,85)/1,11 = 765 765 kwh/a (H i ) Zastosowanie energii elektrycznej 450 000 kwh/a w tym podatek Cena robocza gazu 0,06 EUR/kWh Hs energetyczny w tym podatek Cena robocza energii elektrycznej 0,18 EUR/kWh akcyzowy od prądu elektrycznego + inne podatki Tab. 7 Uproszczona statyczna analiza ekonomiczności (rachunek przykładowy) Materiały projektowe Modułowe bloki grzewczo-energetyczne CHP CE I 16

Podstawy 17 Dane Wartości i obliczenia Uwaga Koszty eksploatacyjne (bez modułowego bloku grzewczo-energetycznego) Koszty poboru gazu Koszty poboru energii elektrycznej 1 000 000 kwh/a 0,06 EUR/kWh Hs = 60 000,- EUR/a 450 000 kwh/a 0,18 EUR/kWh = 81 000,- EUR/a Całkowite koszty eksploatacyjne 141 000,- EUR/a Wytwarzanie/zużycie (modułowego bloku grzewczo-energetycznego) w tym podatek energetyczny w tym podatek akcyzowy od prądu elektrycznego + inne podatki Wkład paliwa Wytwarzanie energii cieplnej Procent pokrycia zapotrzebowania na ciepło Wytwarzanie energii elektrycznej (zużycie własne) Procent pokrycia zapotrzebowania na energię elektryczną 6000 h/a 148 kw Hi = 888 000 kwh Hi /a 6000 h/a 80 kw th = 480 000 kwh Hi /a (480 000 kwh Hi /a / 765 765 kwh Hi /a) 100 % = 63 % 5000 h/a 50 kw el = 250 000 kwh/a (250 000 kwh Hi /a / 450 000 kwh Hi /a) 100 % = 56 % Procent całkowitego zapotrzebowania na ciepło Procent całkowitego zapotrzebowania na energię elektryczną Wytwarzanie energii elektrycznej (zasilanie) 1000 h/a 50 kw el = 50 000 kwh/a Zaoszczędzone podatki/zapłacone podatki/rekompensaty (poprzez modułowy blok grzewczo-energetyczny) Podatek akcyzowy od prądu elektrycznego 2) 50 kw el 6000 h/a 0,0205 EUR/kWh = 6150,- EUR/a nie jest pobierany Podatek na rozwój CHP i OZE 2) 50 kw el 6000 h/a 0,008 EUR/kWh = 2400,- EUR/a nie jest pobierany Rekompensata za użytkowanie sieci 2) 50 kw el 1000 h/a 0,005 EUR/kWh = 250,- EUR/a Podatek energetyczny (gaz ziemny) 2) 148 kw Hi 6000 h/a 0,0055 EUR/kWh Hs 1,11 = 5421,- EUR/a Całkowite oszczędności dot. podatków/opłat 14 221,- EUR/a Tab. 7 Uproszczona statyczna analiza ekonomiczności (rachunek przykładowy) Wynagrodzenie przy zasilaniu sieci Zwrot za wkład paliwa w modułowym bloku grzewczoenergetycznym 17 I Materiały projektowe Modułowe bloki grzewczo-energetyczne CHP CE

18 Podstawy Dane Wartości i obliczenia Uwaga Koszty eksploatacyjne (z modułowym blokiem grzewczo-energetycznym) Pobór prądu resztkowego (sieć publiczna) Szczytowa moc cieplna (tylko kocioł grzewczy) Koszty gazu (tylko modułowy blok grzewczoenergetyczny) Koszty konserwacji i eksploatacji (tylko modułowy blok grzewczo-energetyczny) Opłata za dostarczanie energii elektrycznej 200 000 kwh/a 0,18 EUR/kWh = 36 000,- EUR/a (285 000 kwh Hi /a / 0,85) 1,11 0,06 EUR/kWh = 22 331,- EUR/a 888 000 kwh Hi /a 1,11 0,06 EUR/kWh Hs = 59 141,- EUR/a 1,50 EUR/h 6000 h/a = 9000,- EUR/a 50 000 kwh/a 0,0911 EUR/kWh = 4555,- EUR/a Niepobrana energia elektryczna 250 000 kwh/a 0,0511 EUR/kWh = 12 775,- EUR/a Opłata za użytkowanie sieci 50 kw el 1000 h/a 0,005 EUR/kWh = 250,- EUR/a Zwrot podatku energetycznego 888 000 kwh Hi /a 1,11 x 0,0055 EUR/kWh = 5421,- EUR/a Całkowite koszty eksploatacyjne kocioł grzewczy + modułowy blok 103 471,- EUR/a grzewczo-energetyczny Całkowity bilans Całkowite koszty eksploatacyjne bez modułowego bloku grzewczo-energetycznego 141 000,- EUR/a Całkowite koszty eksploatacyjne z modułowym blokiem grzewczo-energetycznym 103 471,- EUR/a Oszczędności kosztów eksploatacyjnych dzięki modułowemu blokowi grzewczoenergetycznemu Koszty kapitałowe na rok 141 000,- EUR/a 103 471,- EUR/a = 37 529,- EUR/a 90 000,- EUR 0,09634 = 8671,- EUR/a 8671,- EUR/a 15 a Koszty kapitałowe w okresie użytkowania = 130 065,- EUR/a 130 065,- EUR/a / 37529,- EUR/a Amortyzacja statyczna = 3,5 roku Tab. 7 Uproszczona statyczna analiza ekonomiczności (rachunek przykładowy) 1) Cena orientacyjna patrz parametry modułowego bloku grzewczo-energetycznego wg ASUE, źródło: www.asue.de 2) Podatki, opłaty i rekompensaty na podst. aktualnego stanu prawnego wzgl. cen orientacyjnych Cena orientacyjna 1) Cena obciążenia podstawowego EEX Ø 0,04 EUR/kWh Wzór 5, str. 15 wg VDI 2067 i VDI 6025 Materiały projektowe Modułowe bloki grzewczo-energetyczne CHP CE I 18