Energiasäästu koolitus Soojuse ja elektri koostootmise alused Koostootmise majanduslik ja keskkonna-kaitseline põhjendatus Ülevaade koostootmisest Euroopa riikides Andres Siirde, TTÜ soojusjõuseadmete õppetooli professor Karl Ingermann, TTÜ tööstusliku soojustehnika õppetooli dotsent
Energiasäästu koolitus. Soojuse ja elektri koostootmise alused Koostootmise majanduslik ja keskkonna-kaitseline põhjendatus Ülevaade koostootmisest Euroopa riikides Andres Siirde, TTÜ soojusjõuseadmete õppetooli professor Karl Ingermann, TTÜ tööstusliku soojustehnika õppetooli dotsent. - PowerPoint PPT Presentation
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Energiasäästu koolitus
Soojuse ja elektri koostootmise alusedKoostootmise majanduslik ja keskkonna-kaitseline põhjendatusÜlevaade koostootmisest Euroopa riikides
Andres Siirde, TTÜ soojusjõuseadmete õppetooli professor
Karl Ingermann, TTÜ tööstusliku soojustehnika õppetooli dotsent
Sissejuhatuseks
Tänane energiapoliitika üldse tuleneb kahest olulisest suundumusest:
Energiasäästlikkus
Keskkonnakaitse (näitena Kyoto Protokoll, mis sätestab kasvuhoonegaaside piiramist)
Et täita eelpooltoodud kahte tingimust, tuleks efektiivsemalt “toota” energiat. Heaks lahenduseks on siin
SOOJUSE JA ELEKTRI KOOSTOOTMINE
Soojuse ja elektri koostootmise alused Soojuse ja elektri koostootmise mõiste Soojuse ja elektri koostootmise (koostootmine) on protsess, mille
puhul ühest seadmest väljastatakse kahte liiki energiat.
Koostootmise väljunditeks on: Soojus, mida võib kasutada tehnoloogilistes protsessides,
tarbevee soojendamiseks, ruumide kütteks jne. kui ka absorbtsioonil põhineva jahutusprotsessi käitamiseks
Mehaaniline energia, mis muundatakse elektrienergiaks, kuid võib kasutada ka pumpade ja kompressorite otseseks käitamiseks
Koostootmine:
Elekter
Kaug-
jahutus
Kaug-
küte
Soojavee
varustus
Aur tööstusele Ruumide
küte
Koostootmine
koostootmist iseloomustavad näitajad, kasutegurid:
Soojuse ja elektri koostootmise iseloomustamiseks kasutatakse mõistet kogukasutegur, mis avaldub summana elektrilisest kasutegurist ja soojuslikust kasutegurist ehk analüütiliselt:
ENERGIAKÜTUSE DSISSEVIIDU SÜSTEEMI
ERGIA ELEKTRIENTOODETUDKASUTEGUR EELEKTRILIN
ENERGIAKÜTUSE DSISSEVIIDU SÜSTEEMI
SOOJUS TOODETUDKASUTEGUR SOOJUSLIK
ENERGIAKÜTUSE DSISSEVIIDU SÜSTEEMI
SOOJUSERGIA ELEKTRIENTOODETUDGURKOGUKASUTE
Võrdleme koostootmist soojuse ja elektri eraldi toomisega
Olgu kondensatsioonelektrijaama termiliseks kasuteguriks 35% ja katlamaja kasuteguriks 85%
Koostootmise puhul on kogukasuteguriks arvestatud 90%. Kirjeldatud süsteemid ja neist tulenevad energiavood on esitatud järgneval slaidil:
Koostoomise võrdlus elektri ja soojuse eraldi tootmisel
4,33 kWhmaagaas
2,86 kWh
1,47 kWh
1 kWh
1,25 kWh
kondensatsioon- jõujaam
katel
elektrienergia
kaod
kaod
soojusenergia
SISEND VÄLJUND
2,08 kWh
Koostootmis- moodul
gaasil töötav kombijõujaam
maagaas2,5 kWh
1 kWh
0,25 kWh
1,25 kWh
elektrienergia
kaod
soojusenergia
Koostootmisel saadava energiasäästu selgitamiseks
Tehnoloogiad soojuse ja elektri koostootmiseks
Tehnoloogiad soojuse ja elektri koostootmiseks on teada mitmeid. Neidvõib jagada generaatorit käitava jõuseadme järgi järgmistesse gruppidesse: mootorajamiga (otto-või diiselmootor, Stirlingmootor) koostootmisagre-
Mida mõistetakse koostootmise all Euroopa direktiivide alusel?
Euroopa Liit defineerib koostootmise mõiste direktiiviga 2004/8/EC, vastu võetud 11 veebruaril 2004 (avaldatud 21.2.2004).
Euroopa Liit oma direktiiviga tegeleb nn. kõrge efektiivsusega koostootmisega:Efektiivse koostootmise kriteeriumiks on kogukasutegur, mis peab olema vähemalt 10% kõrgem võrreldes energiate (soojuse ja elektri) eraldi tootmisega.
Euroopa Liidu direktiivides arvutatav koostootmise efekt (PES) :
Euroopa Liidu direktiiviga määratletakse koostootmise kogukasutegur. Sõltuvalt koostootmise tüübist peab koostootmise aastane kogukasutegur olema piirides 75-80%.
Juhul, kui kogukasutegur osutub madalamaks ülatoodust, esitab direktiiv võimaluse arvutada koostootmisest tuleneva elektritoodangu koostootmisseadmest toodetud soojuse ja seadmele vastava elektri ja soojuse suhteteguri C järgi:
Valem seab piirid madala kogukasuteguriga seametel kirjutada juurde “koostoomisest tulenevat elektritoodangut”.
CHE chpchp
Tehnoloogiad soojuse ja elektri koostootmiseks
Auruturbiinjõuseade, mille töö põhineb Rankine ringprotsessil. Nimetatud tehnoloogia põhineb aurukatlas genereeritud auru paisumisel elektrigeneraatoriga ühendatud auruturbiinis soojustarbijale vajaliku auru rõhuni. Sellisel süsteemil on küll rida eeliseid, nagu näiteks võimalus kasutada erinevaid kütuseid, pikk kasutusiga, suhteliselt madalad tootmiskulud, kuid ta on sobilikum kasutuseks suurematel võimsustel. Sisuliselt saab auruturbiinjõuseadet jagada kaheks: kas vasturõhu turbiinseade või vaheltvõtuga turbiinseade.
Gaasturbiinjõuseade, mille töö põhineb Braytoni ringprotsessil.Gaasturbiin on suhteliselt uus tehnoloogia, mis on kasutusele võetud viimase neljakümne aasta jooksul. Gaasturbiinseadmetele on iseloomulikud madalad kapitali- ja hooldekulud ning lühike ehitusaeg
Sisepõlemismootoriga jõuseade, mille töö põhineb kas Diesel või Otto ringprotsessil. Otto ringprotsessil töötavad seadmed kasutavad reeglina kütuseks maagaasi. Soojusenergiat toodetakse nii heitgaaside (400-6000C) arvelt kui ka mootori jahutussüsteemist.
Kombineeritud süsteem gaasi- ja auruturbiiniga.Kombineeritud tsükliga soojuse ja elektri koostootmisjõujaamas toimub üheaegselt gaasi- ja auruturbiinseadme kasutamine. Kahe termodünaamilise ringprotsessi kooskasutamine tagab elektrienergia tootmise kõrge kasuteguri, kuid nimetatud tehnoloogia kasulikkus ilmneb suurematel võimsustel.
Üldandmed väikese võimsusega koostootmis-agregaatide kohta
Kui kombineerida erinevaid koostootmisjaamu kuni 45-60% kaugküttevõimsusest. See on keerukas optimeerimisülesanne
0%
20%
40%
60%
80%
100%
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Thousand hours
Per
cen
tag
e o
f H
ea
t Lo
ad
Load Bio CHP Gas turb
Gas engine Many CHPs
Mõned tüüpilised koostootmisskeemid võrreldavalt katlamaja skeemiga
Solid Fuel CHP HoB
Electricity
Bio fuel Fuel
DH DH
Gas Turbine CHP CHP Engine
Gas fuel DH
Air DH
Gas fuel
Electricity
Electricity
Koostootmise praegune tase Eestis Balti SEJ – muutused Narva EJ rekonstrueerimisel Iru SEJ- rekonstrueeritud 110 MWe auruturbiinjõuseade Kohtla-Järve SEJ- rekonstrueerimisel, omandivorm muutunud Ahtme SEJ- rekonstrueerimisel, põlevkivi kütuselt turba põletamisele Viru Energia EJ 8 MWe, 22 MWs Sillamäe SEJ, põlevkivil aurujõuseadmed, Caterpillar 6MWe gaasimootor AS Tootsi turvas, 5MWe, 14 MWs, turba küttel AS Sangla turvas, 2,5 MWe, 7 MWs, turba küttel AS Kunda Nordic Tsement, ca 3,1 MWe, 3,3 MWs gaasimootor AS Grüne Fee, 3 sisepõlemismootorit ca 2,5 MWe AS Põlva Soojus 0,92 MWe, 1,25 MWs gaasimootor Kristiine kaubanduskeskus 0,5 MWe, 0,7 MWs gaasimootor AS Narva Vesi 0,5 MWe, 0,7 MWs gaasimootor AS Terts Pääsküla 2 gaasimootorit a’ 0,84 MWe Balti Laevaremont 2 gaasimootorit a’ 0,84 MWe Tallinna veepuhastusjaam gaasimootor mehaaniliseks ajamiks ventilaatorile
Koostootmise osa elektrienergia tootmises - 1999 a.
0 10 20 30 40 50 60
Austria
Belgium
Denmark
Finland
France
Germany
Greece
Ireland
Italy
The Netherlands
Portugal
Spain
Sw eden
UK
EU Average
Koostootmise osa kaugkütte soojusvarustuses
Ülevaade väikeste kombijaamade kasutamisalade kohta Euroopa riikides on väikesed kombijaamad kasutusel järgmistes valdkondades:
Näiteks toetudes aastal 2002 Helsingi Tehnoloogiaülikooli poolt projektis BASREC 2002 koostatud materjalidele leitakse et:
Tahkel kütusel töötav (taastuvkütus, turvas, süsi, biokütus) koostootmisjaama investeering sõltuvalt jaama võimsusest 33 MW kuni 3 MW võib varieeruda vastavalt 1400 kuni 4800 EUR/kWe
Gaasimootoril põhinevad koostootmisjaamade investeeringu suurused on piirides 700-800 EUR/kWe
Hooldus ja teeninduskulud:
Sisepõlemismootoritele: 7,5-15 EUR/MWh
Gaasiturbiinidele: 4,5-10,5 EUR/MWh
Aurutsükliga koostootmisjaamadele 3 EUR/MWh
Kirjandusest ja aruannetest leiame näiteks:
aurumasina ja restkoldega katlaga varustatud koostootmisjaama (elektriline võimsus 0,9 MWe ja soojuslik võimsus 6 MW) (Soome Sermet OY) investeeringuks on kulunud 52 MEEK/MWe
biokütuse gaasistusega koostootmisjaamade investeeringuks Taanis vahemikus 36-64 MEEK/MWe, (jaamade elektrilised võimsused 0,5 -15 MWe ja soojuslik võimsus 0,7-30 MW)
Soome kirjanduses leiame, et vasturõhuga auruturbiinseadmel põhinevad koostootmisjaamad 20-27 MEEK/MWe (jaamade elektriline võimsus 6-9,4 MWe ja soojuslik võimsus 17-26 MWe) nn. „Võtmed kätte” projektid (turn –key) osutuvad ca 2 korda kallimaks 34-42 MEEK/MWe (elektriline võimsus 5 MWe ja soojusvõimsust 18 MW
Võrreldes Soome hinnataset Rootsi või Taani hinnatasemega, oli see 1996-2000 aastatel ca 20% madalam ja põhjendatakse seda sel ajal olnud Soome majanduse madalseisuga.
Tasuvusarvutuse eelhinnanguks võib arvestada aurutsükliga koostootmisjaama võimsusel 4-10 MWe investeeringu suuruseks vastavalt 30- 25 MEEK/MWe. Madalamat investeeringut on võimalik saavutada ainult kasutatud seadmete tarnimisel.
Tasuvusarvutuse eelhinnanguks või arvestada sisepõlemismootoritele põhineva koostootmisjaama võimsusel kuni 6 MWe investeeringu suuruseks 8-11 MEEK/MWe