Комбинираните топлоелектрически централи генерират едновременно топлинна и електрическа енергия. Това решава два проблема в домакинството. Държавата също така насърчава модерното, екологично отопление. Но за кого си струва комбинираната топлинна и енергийна единица? В нашето ръководство ние обясняваме как работи, изисквания за инсталиране и разходи.
Комбинирана топлоелектрическа централа като отопление: най-важните неща с един поглед
- Комбинираната топлоелектрическа централа едновременно генерира електричество и топлина съгласно принципа на комбинирана топлина и мощност, след което топлината от производството на електричество се влива в отоплителния кръг. По тази причина ефективността на системата е около 90 процента. За сравнение: средната електроцентрала, работеща на газ, достига около 40%.
- Компактните системи се състоят от задвижване (двигател, турбина или горивна клетка), генератор и топлообменник.
- Комбинираните топлоелектрически централи могат да работят с газ, нефт, дървесни пелети или въглища, в зависимост от инсталираната технология. С биогаз или дърво като гориво можете да работите напълно неутрално до CO2.
- В зависимост от размера и мощността, комбинираните топлинни и енергийни системи се разделят на нано, микро, мини и стандартни комбинирани топлинни и енергийни единици. Нано комбинираните топлоелектрически централи също са икономични за семейства.
- Дали една комбинирана топлоелектрическа централа си струва, зависи от използването на капацитета. В допълнение към дългото време на изпълнение, цената на електроенергията на мрежовия оператор е определяща и за кратък период на амортизация.
- Федералната служба за икономика и контрол (BAFA) подкрепя инсталирането на комбинирани топлоелектрически централи с фиксирани субсидии и такси върху тарифата за електроенергия. Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) и някои федерални провинции също предлагат финансови стимули и евтини заеми.
Как работи комбинираната топлоелектрическа централа?
Комбинираната топлоелектрическа централа е система, която генерира едновременно електричество и топлина. Той използва принципа на комбинирана топлина и мощност, според който механичната енергия на мотора (мощността) се използва за генериране на електричество, а горещите му отработени газове осигуряват нагряване. Това означава, че комбинираните топлоелектрически централи постигат високи нива на ефективност от 90 процента и повече. Генерираната енергия се състои средно от една трета електричество и две трети топлина. Тези цифри обаче варират в зависимост от системата и дизайна. Технологията на комбинираната топлинна и енергийна единица се вписва в корпус, който е приблизително колкото хладилника. Името блок тип ТЕЦ произлиза от компактните размери.
Някои централи за въглища и газ също използват комбинирана топлинна и електрическа енергия. През 2017 г. техният дял от нетното производство на електроенергия в Германия е 21 процента. В голяма електроцентрала обаче тръбопроводите транспортират топлината до мястото на потребление, тъй като жилищните райони и предприятията са далеч. Загубите са неизбежни по пътя. Специалността на блоковите ТЕЦ е, че както електричеството, така и топлината се генерират локално и децентрално. Това значително увеличава ефективността им в сравнение с централизираните системи.
Поради ниските си загуби и възможността за експлоатацията им с биогорива, блоковите ТЕЦ са стълб на енергийния преход. Федералното правителство насърчава собствениците на блокови тип ТЕЦ с различни модели на възнаграждение от 2000 г. насам. През последните години броят на така наречените нано и микро комбинирани топлоенергийни блокове на пазара се увеличи. Системите с мощност до 15 киловата също си струват за частни потребители при определени условия.
Процесът с един поглед
Комбинирана топлоелектрическа централа работи в следната последователност:
- Газов, дизелов или парен двигател задвижва генератор с помощта на вал. По-големите комбинирани топлоелектрически централи също използват газови турбини вместо двигатели. Газът се компресира и достига високи температури. След това горещият газ задвижва по-малки турбини, които прехвърлят механичната енергия към генератор.
- Генераторът произвежда електричество. Той се консумира в домакинството или във фирмата или се влива в публичната електрическа мрежа.
- Топлообменник прехвърля топлината на отработените газове към отоплителната вода.
- Охлаждащата вода на двигателя и горещото моторно масло също прехвърлят топлина към отоплителната вода посредством топлообменник.
Изграждане на комбинирана топлоелектрическа централа
Типът отопление се състои от следните елементи:
- Двигатели
Двигателите, които най-често се използват за комбинирани топлоелектрически централи са двигатели с газ, дизел, пара и Стърлинг. Всеки тип двигател има предимства и недостатъци. Газовите бензинови двигатели се считат за ефективни и издръжливи, но изискват редовна поддръжка. Дизеловите двигатели имат най-добра ефективност, но са по-скъпи от бензиновите двигатели. При двигателите на Стърлинг, за разлика от двигателите на Ото и дизела, топлината се подава отвън. Те могат да се експлоатират с дърво или пелети и следователно са особено екологични и освен това изискват малко поддръжка. Електрическата ефективност обаче е по-ниска от тази на бензиновите двигатели. - Газова турбина (като алтернатива на двигателя)
Компресорът компресира околния въздух до високо налягане. Въздушно-газовата смес изгаря в горивна камера и достига високи температури. Горещият газ задвижва генератора. Поради високите разходи газовата турбина си струва само за по-големи комбинирани топлоелектрически централи. - Горивна клетка (като алтернатива на двигателя)
В горивните клетки водородът и кислородът реагират по време на така нареченото студено горене. По този начин те генерират електричество и топлина. Комбинираните топлоелектрически централи с задвижване на горивни клетки представляват сравнително нова технология, тъй като те работят CO2 неутрално, те се разпространяват все повече и повече, особено в нано и микро комбинирани топлоелектрически централи. - Генератор
Генераторът за производство на електричество може да бъде както синхронен, така и асинхронен. Той генерира трифазен променлив ток и обикновено е свързан към системата за ниско напрежение на сградата. Собствениците на блоков тип ТЕЦ сами използват електричеството или го подават в обществената мрежа. Във втория случай те получават възнаграждение от мрежовия оператор и допълнително фиксирано доплащане съгласно Закона за комбинираната топлоенергия.
Как работи комбинираната топлинна и енергийна единица с моторно управление
- Топлообменник Топлообменникът
има за задача да прехвърля топлината от отработените газове, охлаждащата вода на двигателя и маслото към работната вода в отоплителния кръг. Най-често използваните топлообменници включват топлообменници с черупки и тръби и плочи топлообменници. - Управление
Контролът позволява на операторите на комбинирана топлоелектрическа централа да конфигурират различни параметри. Освен всичко друго, вие го използвате, за да зададете режима на работа. Съвременните комбинирани топлоелектрически централи могат да се управляват чрез приложение на лаптопа или дори на смартфона. - Котел с
пиково натоварване Котелът с пиково натоварване не принадлежи към блоковия тип ТЕЦ. Ако обаче е необходимо, експлоатацията се извършва паралелно, за да се покрият пиковите натоварвания в потреблението на отопление. Оразмеряването на блокова тип ТЕЦ в съответствие с пиковите натоварвания няма икономически смисъл, тъй като броят на работните часове би останал твърде малък. Комбинираната топлоелектрическа централа, която покрива базовия товар, е много по-ефективна. Всички видове котли като газови и маслени кондензационни котли са подходящи като допълнение към комбинираната топлинна и енергийна единица. - Буферно съхранение
Буферното съхранение не е задължително в блоковия тип ТЕЦ, но има икономически смисъл, особено за частни потребители, тъй като консумацията на топла вода силно варира през деня. Контейнерът съдържа отоплителна вода и се използва за съхранение на излишната топлина. Ако системата не може да отговори на търсенето по време на пикови натоварвания, топлата вода тече в отоплителния кръг. За блокова тип ТЕЦ с мощност от 50 киловата, буферното съхранение е в идеалния случай 3000 литра, а за нано блокова тип ТЕЦ в семейна къща обикновено са достатъчни 1000 литра.
Гориво за отопление
Следните горива се използват в блокова тип ТЕЦ в зависимост от задвижващата технология:
- Природен газ, включително течен газ
- Биогаз от ферми
- Отоплително масло
- Растително масло като рапично масло или палмово масло (само за някои дизелови двигатели)
- Дървесни пелети (само за Стърлинг и парни машини)
- Дървени стърготини / дървесен газ (само за големи комбинирани топлоелектрически централи)
- Каменни въглища или лигнитни въглища
Дървесните пелети са екологичен начин за експлоатация на комбинирани топлоелектрически централи.
Класификация на комбинираните топлоелектрически централи според производителността
Следващата таблица предоставя преглед на видовете комбинирани топлинни и енергийни агрегати:
|
обозначаване |
мощност |
използване |
технология |
|---|---|---|---|
|
Нано |
До около 2,5 |
Еднофамилни домове |
Стърлинг двигател, парна машина, |
|
ТЕЦ от |
2,5 до 15 |
Жилищни сгради |
Стърлинг |
|
Мини |
15 до 50 |
Малки производствени компании, |
Газов двигател, парна машина, |
|
Когенерационни единици |
50 до 250 |
Големи производствени предприятия, |
Газови турбини, дизелови и |
интерпретация
Комбинираните електроцентрали могат да бъдат проектирани с електричество или топлина. При първия вариант производството на електроенергия е определящо. Тъй като обаче системите произвеждат повече топлина, отколкото електричество и липсва топлинно съхранение, голяма част от топлината остава неизползвана. Ето защо повечето комбинирани топлоелектрически централи са оразмерени в съответствие с нуждите от топлина.
Разпределение и бъдеще на комбинираните топлоелектрически централи
Повечето компоненти на комбинирана топлоелектрическа централа не са нови изобретения. Двигателят на Стърлинг съществува от 1816 г. Генераторите също произвеждат електрическа енергия от втората половина на 19 век. Принципът на комбинирана топлина и мощност също е известен отдавна. Още през 1902 г. парните турбини генерират електричество в топлофикационната централа Beelitz-Heilstätten, докато топлината от парата отоплява сградата.
Независимо от това, дълго време нямаше начин да се намали технологията, така че компактните системи за частно производство на енергия да си струваха. Първите комбинирани топлинни и енергийни агрегати се появиха на пазара в средата на 80-те години. През 2000 г. влезе в сила първата версия на Закона за комбинираната топлинна и електрическа енергия. За първи път тя предоставя безвъзмездни средства за собствениците на комбинирани топлоенергийни блокове. Корекции бяха направени през 2009 и 2016 г.
Дания играе водеща роля в инсталирането на комбинирани топлоелектрически централи в цяла Европа. Още през 2005 г. 50 процента от генерираната енергия там идва от комбинирани топлоелектрически централи.
В Германия също броят на когенерационните блокове за частно ползване се е увеличил през последните години. Този тип отопление обаче все още не е един от най-често срещаните. За това има предимно исторически причини. По-конкретно, децентрализираното производство на енергия набира скорост само от началото на хилядолетието благодарение на Закона за възобновяемите енергийни източници. В контекста на енергийния преход, комбинираните топлоелектрически централи вероятно също ще играят все по-важна роля.
Изисквания за инсталиране на отоплението
- Ако искате да инсталирате комбиниран топлоенергиен блок, температурата на връщане на вашата отоплителна система трябва да бъде по-малка от 70 градуса по Целзий. Ако е по-висока, топлообменникът вече не може напълно да отвежда топлината от двигателя. В този случай системата работи неикономично. Ако двигателят се нагрее твърде много, системата също се изключва.
- Друго изискване е връзка с местния газопровод, ако газов двигател задвижва генератора. Въпреки това, някои блокови тип ТЕЦ могат да работят и с течен газ.
- При инсталиране на комбинирана топлоелектрическа централа са необходими два допълнителни електромера. Докато първият измерва генерираното електричество, вторият записва дела, който се влива в публичната мрежа. Освен всичко друго, това е важно, за да получите тарифа за подаване от мрежовия оператор.
Можете да кандидатствате за допълнителни електромери за вашия комбиниран топлоенергиен блок от вашия мрежов оператор.
Ефективност и области на приложение на комбинирана топлоелектрическа централа
Комбинираните топлоелектрически централи се използват в еднофамилни и многофамилни къщи, предприятия и обществени съоръжения като училища и басейни. Тъй като времето за амортизация намалява с размера на системата, в много болници, офис сгради и училища се инсталират системи с мощност от 50 киловата или повече.
По принцип комбинираната топлоелектрическа централа постига по-висока степен на ефективност от всички останали видове отопление поради комбинацията от производство на топлинна и електрическа енергия. Ако погледнете само производството на електроенергия, електрическата ефективност е между 25 и 40 процента. Комбинираната топлоелектрическа централа обаче използва само част от енергията за производство на електричество. Следователно информационните листове и статистическите данни показват общата ефективност.
Комбинираните топлоелектрически централи генерират електричество много по-ефективно от конвенционалните електроцентрали на въглища или газ. Средната ТЕЦ постига ефективност от 45 до 50 процента. 50 до 55 процента от енергията се губи като топлина. Допълнителни енергийни загуби от 3 до 6 процента възникват от транспорта на електроенергия.
Въглищните и газовите електроцентрали с комбинирана топлинна и електрическа енергия постигат обща ефективност от 86 процента и повече. Въпреки това, 10 до 15 процента от възстановената топлина се губи в дългите тръбопроводи.
Графиката по-долу показва защо комбинацията от производство на електричество и топлина е толкова ефективна. Със 100 единици енергия, в примера с блокова тип ТЕЦ, получавате 36 единици електроенергия и 51 единици топлина. За същото количество електроенергия ще трябва да изчислите 80 енергийни единици с конвенционална електроцентрала с ефективност от 45 процента. Децентрализираната газова отоплителна система с ефективност от 84 процента изисква допълнителни 60 енергийни единици за топлината. Общо е 140 енергийни единици. Благодарение на комбинираната топлинна и енергийна единица, вие спестявате 40 процента енергия в този пример.
Комбинирана топлоелектрическа централа използва енергията оптимално с минимални загуби.
От екологична гледна точка, блоковият тип ТЕЦ може да работи напълно неутрално до CO2 или с ниски емисии на CO2, ако се използват горива като биодизел, биогаз или дървесни пелети. Дори когато се експлоатира с изкопаеми горива, комбинираната топлоелектрическа централа е екологична поради високото си ниво на ефективност.
Кога си струва комбинираната топлинна и енергийна единица? Сравнение с други нагреватели
Що се отнася до конвенционалните отоплителни системи като газово отопление, ефективността на комбинираната топлинна и енергийна единица е само малко по-висока на пръв поглед. Съвременните котли постигат ефективност от 90 процента и повече. Що се отнася само до отоплението, комбинираните топлинни и енергийни агрегати не са непременно по-ефективни. Предимството е, че те произвеждат и евтина електроенергия едновременно. Собствениците спестяват разходи, като използват по-евтино електричество от мрежата.
Дали покупката си струва или не, зависи от консумацията на топлина и електричество. Поради по-високите разходи за придобиване в сравнение с конвенционалния котел, комбинираните топлинни и енергийни агрегати са особено полезни за домакинствата и съоръженията, които имат постоянно потребление на топлина през цялата година. Микро или мини блок блок тип топлоелектрическа централа трябва да работи поне 5000 часа годишно, за да работи икономично.
Други фактори, които влияят върху ефективността на комбинираната топлоелектрическа централа, са инвестиционните разходи, технологията, текущите цени на електрическата мрежа и горивата в мрежата и промените в програмите за финансиране. Ако възнамерявате да инсталирате комбиниран топлоенергиен блок, препоръчваме независим, професионален съвет. Енергийният съветник ще работи с вас, за да направи сравнително изчисление, което взема предвид всички параметри.
Съвет: Сравнете ефективността и разходите на комбинираната топлинна и енергийна единица с други видове отопление в нашия компактен преглед на отоплението.
Разходи за комбинирана топлоелектрическа централа
Разходите за блоков тип ТЕЦ варират в зависимост от размера на системата и инсталираната технология. За нано комбинирана топлоелектрическа централа те започват от 15 000 евро. За единица за микро когенерация трябва да очаквате 20 000 до 25 000 евро. Решаваща е не само покупната цена. Връзката с газовата и електрическата мрежа и аксесоари като буферното съхранение също струва няколко хиляди евро.
В допълнение към инвестиционните разходи, трябва да вземете предвид и разходите за поддръжка при изчисляване на рентабилността на комбиниран топлоенергиен блок. За топлоелектрическите централи от нано и микро блок те са между 500 и 1000 евро или 3 цента за киловатчас генерирана електроенергия годишно. Производителите на комбинирани топлоелектрически централи често предлагат договори за пълна поддръжка.
Експлоатационните разходи на комбинирана топлоелектрическа централа зависят от горивото. С комбинираната топлинна и енергийна единица с нано природен газ, консумацията е подобна на тази на конвенционалната газова отоплителна система, в зависимост от вашите нужди. Към това се добавят и оперативните разходи на котела с пиково натоварване.
Правна уредба и финансиране
Настоящата версия на Закона за комбинираната топлоенергия от 2016 г. регламентира популяризирането на комбинирани топлоелектрически централи. Той включва както фиксирани безвъзмездни средства за инсталацията, така и възнаграждение за електричеството, генерирано от отоплението.
Малките блокови тип топлоелектрически централи с мощност до 20 киловата (електрическа мощност) получават размер на субсидията, разпределен поетапно от BAFA. Например, 10-киловата система струва 3400 евро. Особено ефективните комбинирани топлоелектрически централи с втори топлообменник за отработени газове за използване на калоричността получават допълнителни 25 процента от основната субсидия. Държавата възнаграждава системи с висока електрическа ефективност с 60 процента от основната субсидия.
Бакшиш:Подайте заявлението за финансиране на вашия комбиниран топлоенергиен блок до 31 декември 2020 г., тъй като тази програма за финансиране ще изтече в края на годината!
Kreditanstalt für Wiederaufbau също така подкрепя закупуването на комбинирани топлоелектрически централи. С програми 271 и 281 за големи блокови тип ТЕЦ и 270 за малки системи, тя отпуска заеми с ниски лихвени проценти и години без изплащане, които също могат да покрият пълните разходи за придобиване. Програма 433 може да се използва за мини-системи с задвижване на горивни клетки. Има субсидия до 28 200 евро за горивна клетка.
В допълнение към еднократните плащания и нисколихвените заеми при закупуване, Законът за комбинираната топлинна и електрическа енергия предвижда и безвъзмездни средства за цялото време на работа на комбинираната топлинна и енергийна единица. В допълнение към възнаграждението на мрежовия оператор, собствениците получават допълнителен бонус за електричеството, подадено в обществената мрежа. В зависимост от електрическата мощност на системата тя варира от 8 цента на киловат час за системи с мощност до 50 киловата до 4,4 цента на киловат час за големи комбинирани топлоелектрически централи с мощност над 250 киловата. Безвъзмездните средства са ограничени до определен период. С блокове за мини когенерация до 50 киловата това е 60 000 пълни часа работа.
