Mikro-zdroje - Energetické produkce v domácnostech Přehled mikro - kogeneračních jednotek

1. Mikro-zdroje - Energetické produkce v domácnostechPřehled mikro-kogeneračních jednotek Využití kogeneračních mikrojednotek

2. Cíl presentace: • Proč bychom se měli zajímat o mikro-zdroje, o KVET? • Co je domácí kogenerace? • Současný stav - technologie. • Co se musí změnit?

3. Proč bych se měli zajímat o mini a mikro zdroje - KVET • 1 Vysoké využívání uhlíkových-vodíkových paliv • 2 Nízká účinnost transformace PEZ na elektřinu • 3 Náklady na řízení a ztráty v energetických sítích • 4 Dominantní postavení zisku

4. Co jsou mikro-zdroje?

5. Co jsou mikro-zdroje?

6. Proč usilovat o domácí energetickou výrobu? • Může pomoci dosáhnout smysluplné splnění účelové funkce systému – zvláště zredukovat uhlíkové emise • Výzva pro spotřebitele – budou moci být více aktivní v otázce své energetické samostatnosti • Vyhovuje obecným zásadám politiky – provádět lokálně; vzájemné spojenectví mezi státem a individualitou(komunitami). • Podpoří úlohu individualismu osobnosti?

7. Mikroenergetická vizePolitická • Domácí energetické zdroje a lokální distribuční sítě mají potenciál podnítit přirozené lidské snahy. Mnoho lidí je ochotno převzít vlastní zodpovědnost k životnímu prostředí.

8. Mikroenergetická vizeTechnická • Distribuovaná energetika může změnit samotnou podstatu fungování energetických sítí, zvláště elektrizačních, tj. obrátit diktát monopolů směrem k demokratickému trhu. Přidejme k mikro-generátorům trochu více informačních technologií a budou schopné svého vlastního monitorování i komunikace s ostatními zdroji v síti.

9. Mikro-energetická vizeVýchovná • Energetická domácí výroba nutí veřejnost aktivně se spolupodílet na omezení znečistění životního prostředí, což je lepší než pasivní energetická spotřeba zatížená restriktivními opatřeními. Je to pořád výhodnější, než se smířit s apatickým konstatováním „co můžeme dělat ?“, jak je také často veřejnosti vštěpováno mediálními akcemi. • Manifest Energetické Mikro-výroby (Říjen 2004)

10. Domácí kogenerace == mini a mikro-kogenerace

11. Výhody decentralizovaných KVET •  vyšší využití primárních zdrojů, •  snadná dostupnost paliva, •  zmenšení závislosti na oscilaci cen elektřiny, •  zmenšení ztrát při dopravě, •  snížení produkcí emisí, •  soustředění jednotlivých prvků KS, •  vysoká spolehlivost při zajištění dodávky, •  snadná regulace, •  jednoduchý návrh a optimalizace provozu, •  minimální nároky na údržbu, •  možnost využití už realizovaných dopravních systémů

12. Nevýhody decentralizovaných KS • Snížená efektivnost vlivem nesoudobosti DZ, • vysoké investiční náklady KJ, • malá vyspělost kogeneračních technologií, • malý trh s kogeneračními KS technologiemi, • nevyřešená legislativa související s provozem.

13. Jak zajistit pokrytí spotřeby?

14. velikost • váha • TUV • UV Podle potřeb tichá • nižší platba za elektřinu • vyšší celková účinnost • přijatelné investiční náklady • spolehlivost • jednoduchá a levná údržba • CO2úspora Požadavky na mikro-kogeneraci • Vypadá jako kotel • Pracuje jako kotel • Dělá hluk jako kotel • Spoří peníze PALIVO

15. Současný stav – technologieBariéry k překonání • Ekonomické: vysoké investiční náklady, dlouhá doba návratnosti • Technologie: některé technologie nejsou ještě ve stadiu komerčního využití • Podpora: obtížné získání podpory, nutnost přesného plánování • Informacea zkušenosti: nedostatek informací založených na provozních zkušenostech

16. Jak realizovat KVET ? • Minulost: hlavně centralizovaná KVET • Oběhy s parní turbínou • Oběhy s plynovou turbínou • Kombinovaný cyklus (paroplyn) • Současnost: počátky decentralizované KVET • KVET na bázi pístových spalovacích motorů • Zavádění nových technologií • Budoucnost: hlavně decentralizovaná KVET • ORC cyklus • Mikroturbíny • Stirlingův motor • Parní motor (SteamCell) • Palivové články, hybridní systémy (FC + plynová turbína)

17. Nepřímá přeměna: pal.  tep.  mech.  elektřina Přímá přeměna: pal.  elektřina Rozdělení technologií

18. Přímá přeměna

19. Výhody palivových článků pro KVET • Palivové články mají vysokou elektrickou účinnost • Palivové články jsou vhodným řešením zdrojů pro Smart Grids • Můžou být decentralizovanými zdroji pro potřeby centrálních elektrizačních sítí

20. Články PEM - Vilant PEM články (proton exchange membrane fuel cells) – membránové nízkoteplotní, které potřebují pro reakci vodíkové palivo a membrány. U článku PEM je problém s výrobou a udržováním čistoty PC. Výrobci těchto membrán jsou hlavně v Japonsku a USA.

21.  Ebara Ballard Corporation

22. Články SOFC - SULZER HEXIS SOFC články (solid oxide fuel cells) - vysokoteplotní články pracující s elektrolytem tvořeným z oxidů vybraných kovů. Jejich výhodou je, že nepotřebují pro reakci drahé materiály. Mohou používat přímo plyn nebo využívat vnitřního reformingu. Jejich relativní nevýhodou je delší doba náběhu na jmenovité parametry .

23. Ceramic Fuel Cells Limited

24. Největší demonstrační projekt využití palivových článků pro micro-KVET v domácnostech Více jak 1,000 residenčních palivových jednotek v 12 zemích Doba trvání projektu 2012 -2017 26 účastníků Výrobci – Energetické společnosti – Výzkumné instituty Použité PČ jsou nízko a vysokoteplotní PEM články a SOFC články THE ene.field PROJECT

25. Dodavatelé jednotek

26. Nepřímá přeměnaStirling • kinematické – pro předávání momentu mezi motorem a generátorem používají klikový mechanismus, • lineární (Free-Piston Stirling Engines –FPSE) - nemají klikový mechanismus, takže vystačí s jednoduchou mechanickou konstrukcí. Předností lineárního motoru je hlavně skoro nulová potřeba údržby, vysoká účinnost a dlouhá životnost.

27. Stirling - principy

28. Mikrogen Jednotka Microgen je vyvíjena společností BG Group – US (Sunpower). Firma spolupracuje s Japanese Rinnai Corporation – zařízení na výrobu tepla z plynu. Provedení jednotky je nástěnné a umožňuje pokrýt dodatečné nároky na teplo (bez použití tepelného zásobníku).

29. Parní článek Parní články využívají možností uzavřených parních oběhů - Rankine-Clausiův oběh OTAG GmbH & CO KG

30. Parní článek Spalování v keramickém materiálu – vyšší výkony Engion

31. Baxi Dachs (5.5kWe) Ecopower (5kWe) EC Power (4-13kWe) Honda (1kWe) Motory s vnitřním spalováním

32. Co potřebujeme změnit? • Daně: • - Osvobození od placení ekologických daní pro fyzické osoby • Technické podmínky: • - Vzájemná spolupráce s energetickými sítěmi • - Systém řízení mikro-sítí a domácích výrobců • - Informovanost pro potenciální výrobce • Státní zájem: - Pilotní projekty • - Podpora výzkumu • - Vyhodnocování

33. Co se musí změnit ?Energetické služby • Musíme najít způsob, jak vytvořit vzájemnou motivující vazbu mezi zákazníky a dodavateli, abychom mohli snížit energetické požadavky. Snažme se změnit chování energetických dodavatelů z čistě prodejního postoje na poskytování energetických služeb.

34. Ekonomika provozu • Hlavní otázky: • Velikost spotřeby elektřiny a tepla, vzájemný poměr • Tvar křivky zatížení (Pmax, Pstř, Pmin) • Dostupné palivo, kvalita tepla, spolehlivost → Použitá technologie → Koncepce KVET systému (KJ, kotel) → Provozní režim

35. Možnosti optimalizace • Zrovnoměrnění spotřeby tepla: • Během roku: TRIGENERACE (KVET + absorpční chlazení) • Během dne: TEPELNÝ AKUMULÁTOR • Správná volba KVET systému: • Skladba (počet a výkon zdrojů) • Provozní režim (sledování Pel, Ptep, kombi)

36. Data spotřeby • Východisko pro sestavení RDZ: • Aproximace měsíčních spotřeb – jednoduché, ale obecně nedostatečně přesné • Typický průběh denního zatížení pro jednotlivé měsíce (pracovní den, volný den) – přesné, ale pracné sestavení DZ • Aproximace měsíčních spotřeb + modulace sinusoidy – relativně jednoduché a přitom přesné

37. Typické zátěžné profily • Charakteristický tvar křivky pro určitý typ spotřebitele

38. Aproximace + sinus • Doplnění týdenní fluktuace

39. Sinusoida modelového případu • P(t) = Pstř(t) + 0,35·Pstř(t)·sin(2πt/24 – 0,8) • Poměr spotřeby o víkendovém a pracovním dnu: = 0,62

40. Návrh skladby a provozu systému • Možnost využití počítačového modelování: • Optimalizační model: hledání optimální varianty pro zadané vnější parametry na základě definice cílové funkce • Simulační model: citlivostní analýza vybrané varianty (změna výsledných hodnot při změně vnějších parametrů)

41. Simulačně-optimalizační model Finální řešení Vnější parametry Nejlepší OV Simulačně- optimalizační model Celkově nejlepší řešení Specifikace úlohy Nejlepší KVET-Pel Nejlepší KVET-Ptep Databáze zdrojů Citlivostní analýza

42. Návrh skladby a provozu systému • Možnost využití počítačového modelování: • Optimalizační model: hledání optimální varianty pro zadané vnější parametry na základě definice cílové funkce • Simulační model: citlivostní analýza vybrané varianty (změna výsledných hodnot při změně vnějších parametrů)

43. Obecné výsledky modelování • Kombinace 1 KJ + 1 K je zpravidla pro DKVET ekonomicky nejvýhodnější • Výkon KJ dimenzovat cca na střední zatížení (Pstř), nikoliv na Pmax, ani Pmin • Výsledky pro provoz KJ dle Pel a dle Ptep jsou obdobné – vychází stejná optimální skladba KVET systému • PP preferuje levnější varianty (menší jednotkový výkon, vysoká hodnota Tmax) • LCC preferuje dlouhodobě výhodnější varianty (střední výkon) • Výsledky dle PP a dle LCC však NEJSOU diametrálně odlišné (výhodné varianty dle PP mají obvykle příznivé i LCC a naopak)

44. Závěr • Energetická mikro-výroba má obrovský potenciál, většinou jen obecně uznávaný • Možnost využití technologií ja závislá na místě, typu zákazníka a typu domácnosti (budovy) – příliš brzo na definice možnosti využití • Současná politika chápe význam, ale neumožňuje podporu energetické mikro-výroby v širším měřítku tak, aby to bylo stimulující • Budou nutné reformy, aby mohly být podpořeny a zavedeny energetické služby

45. Děkuji za pozornost