Mikro-zdroje - Energetick

1
Mikro-zdroje - Energetické produkce v
domácnostechPrehled mikro-kogeneracních jednotek
Využití kogeneracních mikrojednotek
2
Cíl presentace

• Proc bychom se meli zajímat o mikro-zdroje, o
  KVET?
• Co je domácí kogenerace?
• Soucasný stav - technologie.
• Co se musí zmenit?

3
Proc bych se meli zajímat o mini a mikro zdroje -
KVET

• 1 Vysoké využívání uhlíkových-vodíkových paliv
• 2 Nízká úcinnost transformace PEZ na elektrinu
• 3 Náklady na rízení a ztráty v energetických
  sítích
• 4 Dominantní postavení zisku

4
Co jsou mikro-zdroje?
5
Co jsou mikro-zdroje?
6
Proc usilovat o domácí energetickou výrobu?

• Muže pomoci dosáhnout smysluplné splnení úcelové
  funkce systému zvlášte zredukovat uhlíkové
  emise
• Výzva pro spotrebitele budou moci být více
  aktivní v otázce své energetické
  samostatnosti
• Vyhovuje obecným zásadám politiky provádet
  lokálne vzájemné spojenectví mezi státem a
  individualitou (komunitami).
• Podporí úlohu individualismu osobnosti?

7
Mikroenergetická vizePolitická

• Domácí energetické zdroje a lokální distribucní
  síte mají potenciál podnítit prirozené lidské
  snahy. Mnoho lidí je ochotno prevzít vlastní
  zodpovednost k životnímu prostredí.

8
Mikroenergetická vizeTechnická

• Distribuovaná energetika muže zmenit samotnou
  podstatu fungování energetických sítí, zvlášte
  elektrizacních, tj. obrátit diktát monopolu
  smerem k demokratickému trhu. Pridejme k
  mikro-generátorum trochu více informacních
  technologií a budou schopné svého vlastního
  monitorování i komunikace s ostatními zdroji v
  síti.

9
Mikro-energetická vizeVýchovná

• Energetická domácí výroba nutí verejnost aktivne
  se spolupodílet na omezení znecistení životního
  prostredí, což je lepší než pasivní energetická
  spotreba zatížená restriktivními opatreními. Je
  to porád výhodnejší, než se smírit s apatickým
  konstatováním co mužeme delat ?, jak je také
  casto verejnosti vštepováno mediálními akcemi.
• Manifest Energetické Mikro-výroby (Ríjen 2004)

10
Domácí kogenerace mini a mikro-kogenerace
11
Výhody decentralizovaných KVET

• ? vyšší využití primárních zdroju,
• ? snadná dostupnost paliva,
• ? zmenšení závislosti na oscilaci cen elektriny,
• ? zmenšení ztrát pri doprave,
• ? snížení produkcí emisí,
• ? soustredení jednotlivých prvku KS,
• ? vysoká spolehlivost pri zajištení dodávky,
• ? snadná regulace,
• ? jednoduchý návrh a optimalizace provozu,
• ? minimální nároky na údržbu,
• ? možnost využití už realizovaných dopravních
  systému

12
Nevýhody decentralizovaných KS

• Snížená efektivnost vlivem nesoudobosti DZ,
• vysoké investicní náklady KJ,
• malá vyspelost kogeneracních technologií,
• malý trh s kogeneracními KS technologiemi,
• nevyrešená legislativa související s provozem.

13
Jak zajistit pokrytí spotreby?
14
Požadavky na mikro-kogeneraci

• Vypadá jako kotel
• Pracuje jako kotel
• Delá hluk jako kotel
• Sporí peníze

PALIVO
15
Soucasný stav technologie Bariéry k prekonání

• Ekonomické vysoké investicní náklady, dlouhá
  doba návratnosti
• Technologie nekteré technologie nejsou ješte ve
  stadiu komercního využití
• Podpora obtížné získání podpory, nutnost
  presného plánování
• Informace a zkušenosti nedostatek informací
  založených na provozních zkušenostech

16
Jak realizovat KVET ?

• Minulost hlavne centralizovaná KVET
• Obehy s parní turbínou
• Obehy s plynovou turbínou
• Kombinovaný cyklus (paroplyn)
• Soucasnost pocátky decentralizované KVET
• KVET na bázi pístových spalovacích motoru
• Zavádení nových technologií
• Budoucnost hlavne decentralizovaná KVET
• ORC cyklus
• Mikroturbíny
• Stirlinguv motor
• Parní motor (SteamCell)
• Palivové clánky, hybridní systémy (FC plynová
  turbína)

17
Rozdelení technologií

• Neprímá premena pal. ? tep. ? mech. ? elektrina
• Prímá premena pal. ? elektrina

18
Prímá premena
19
Výhody palivových clánku pro KVET

• Palivové clánky mají vysokou elektrickou úcinnost
  
• Palivové clánky jsou vhodným rešením zdroju pro
  Smart Grids
• Mužou být decentralizovanými zdroji pro potreby
  centrálních elektrizacních sítí

20
Clánky PEM - Vilant
PEM clánky (proton exchange membrane fuel cells)
membránové nízkoteplotní, které potrebují pro
reakci vodíkové palivo a membrány. U clánku PEM
je problém s výrobou a udržováním cistoty PC.
Výrobci techto membrán jsou hlavne v Japonsku a
USA.
Pe Pq Typ PC he hq hluk sevis rozmery váha cena
kWe kWt - db hod cm kg
1,5-4,6 1,5-7 PM 35 50 - 8 000 55x55x160 170 -
21
? Ebara Ballard Corporation
Pe Pq Typ PC he hq hluk servis rozmery váha cena
kWe kWt - db hod cm kg
1 1,5 PEM 35 48 - 40 000 - - 8500
22
Clánky SOFC - SULZER HEXIS
SOFC clánky (solid oxide fuel cells) -
vysokoteplotní clánky pracující s elektrolytem
tvoreným z oxidu vybraných kovu. Jejich výhodou
je, že nepotrebují pro reakci drahé materiály.
Mohou používat prímo plyn nebo využívat vnitrního
reformingu. Jejich relativní nevýhodou je delší
doba nábehu na jmenovité parametry .
23
Ceramic Fuel Cells Limited
Pe Pq Typ PC he hq hluk sevis rozmery váha cena
kWe kWt - db hod cm kg
1 1 SOFC 40 45 - 8 000 70x60x120 170 -
24
THE ene.field PROJECT

• Nejvetší demonstracní projekt využití palivových
  clánku pro micro-KVET v domácnostech
• Více jak 1,000 residencních palivových jednotek v
  12 zemích
• Doba trvání projektu 2012 -2017
• 26 úcastníku Výrobci Energetické spolecnosti
  Výzkumné instituty
• Použité PC jsou nízko a vysokoteplotní PEM clánky
  a SOFC clánky

25
Dodavatelé jednotek
26
Neprímá premenaStirling

• kinematické pro predávání momentu mezi motorem
  a generátorem používají klikový mechanismus,
• lineární (Free-Piston Stirling Engines FPSE) -
  nemají klikový mechanismus, takže vystací s
  jednoduchou mechanickou konstrukcí. Predností
  lineárního motoru je hlavne skoro nulová potreba
  údržby, vysoká úcinnost a dlouhá životnost.

27
Stirling - principy
28
Mikrogen
Jednotka Microgen je vyvíjena spolecností
BG Group  US (Sunpower). Firma spolupracuje s
Japanese Rinnai Corporation zarízení na výrobu
tepla z plynu. Provedení jednotky je nástenné a
umožnuje pokrýt dodatecné nároky na teplo (bez
použití tepelného zásobníku).
29
Parní clánek
Parní clánky využívají možností uzavrených
parních obehu - Rankine-Clausiuv obeh
OTAG GmbH CO KG
30
Parní clánek
Spalování v keramickém materiálu vyšší výkony
Engion
31
Motory s vnitrním spalováním

• Baxi Dachs (5.5kWe)
• Ecopower (5kWe)
• EC Power (4-13kWe)
• Honda (1kWe)

32
Co potrebujeme zmenit?

• Dane
• - Osvobození od placení ekologických daní pro
  fyzické osoby
• Technické podmínky
• - Vzájemná spolupráce s energetickými sítemi
• - Systém rízení mikro-sítí a domácích výrobcu
• - Informovanost pro potenciální výrobce
• Státní zájem
• - Pilotní projekty
• - Podpora výzkumu
• - Vyhodnocování

33
Co se musí zmenit ? Energetické služby

• Musíme najít zpusob, jak vytvorit vzájemnou
  motivující vazbu mezi zákazníky a dodavateli,
  abychom mohli snížit energetické požadavky.
  Snažme se zmenit chování energetických dodavatelu
  z ciste prodejního postoje na poskytování
  energetických služeb.

34
Ekonomika provozu

• Hlavní otázky
• Velikost spotreby elektriny a tepla, vzájemný
  pomer
• Tvar krivky zatížení (Pmax, Pstr, Pmin)
• Dostupné palivo, kvalita tepla, spolehlivost
• ? Použitá technologie
• ? Koncepce KVET systému (KJ, kotel)
• ? Provozní režim

35
Možnosti optimalizace

• Zrovnomernení spotreby tepla
• Behem roku TRIGENERACE (KVET absorpcní
  chlazení)
• Behem dne TEPELNÝ AKUMULÁTOR
• Správná volba KVET systému
• Skladba (pocet a výkon zdroju)
• Provozní režim (sledování Pel, Ptep, kombi)

36
Data spotreby

• Východisko pro sestavení RDZ
• Aproximace mesícních spotreb jednoduché, ale
  obecne nedostatecne presné
• Typický prubeh denního zatížení pro jednotlivé
  mesíce (pracovní den, volný den) presné, ale
  pracné sestavení DZ
• Aproximace mesícních spotreb modulace sinusoidy
  relativne jednoduché a pritom presné

37
Typické zátežné profily
Charakteristický tvar krivky pro urcitý typ
spotrebitele
38
Aproximace sinus
Doplnení týdenní fluktuace
39
Sinusoida modelového prípadu
P(t) Pstr(t) 0,35?Pstr(t)?sin(2pt/24
0,8) Pomer spotreby o víkendovém a pracovním
dnu 0,62
40
Návrh skladby a provozu systému
Možnost využití pocítacového modelování Optimaliz
acní model hledání optimální varianty pro zadané
vnejší parametry na základe definice cílové
funkce Simulacní model citlivostní analýza
vybrané varianty (zmena výsledných hodnot pri
zmene vnejších parametru)
41
Simulacne-optimalizacní model
Finální rešení
Vnejší parametry
Nejlepší OV
Simulacne- optimalizacní model
Celkove nejlepší rešení
Specifikace úlohy
Nejlepší KVET-Pel
Nejlepší KVET-Ptep
Databáze zdroju
Citlivostní analýza
42
Návrh skladby a provozu systému
Možnost využití pocítacového modelování Optimaliz
acní model hledání optimální varianty pro zadané
vnejší parametry na základe definice cílové
funkce Simulacní model citlivostní analýza
vybrané varianty (zmena výsledných hodnot pri
zmene vnejších parametru)
43
Obecné výsledky modelování

• Kombinace 1 KJ 1 K je zpravidla pro DKVET
  ekonomicky nejvýhodnejší
• Výkon KJ dimenzovat cca na strední zatížení
  (Pstr), nikoliv na Pmax, ani Pmin
• Výsledky pro provoz KJ dle Pel a dle Ptep jsou
  obdobné vychází stejná optimální skladba KVET
  systému
• PP preferuje levnejší varianty (menší jednotkový
  výkon, vysoká hodnota Tmax)
• LCC preferuje dlouhodobe výhodnejší varianty
  (strední výkon)
• Výsledky dle PP a dle LCC však NEJSOU diametrálne
  odlišné (výhodné varianty dle PP mají obvykle
  príznivé i LCC a naopak)

44
Záver

• Energetická mikro-výroba má obrovský potenciál,
  vetšinou jen obecne uznávaný
• Možnost využití technologií ja závislá na míste,
  typu zákazníka a typu domácnosti (budovy)
  príliš brzo na definice možnosti využití
• Soucasná politika chápe význam, ale neumožnuje
  podporu energetické mikro-výroby v širším
  merítku tak, aby to bylo stimulující
• Budou nutné reformy, aby mohly být podporeny a
  zavedeny energetické služby

45
Dekuji za pozornost