Napájať dom alebo budovu elektrocentrálou s účinnosťou 40 % je ekonomický i ekologický nezmysel. Existujú však zariadenia, s ktorými má takáto výroba elektriny význam dokonca aj na miestach, kde je dostupná rozvodná sieť. Ide o kogeneračné jednotky. Ako fungujú, aké sú ich výhody a kedy sa po nich oplatí siahnuť?
Kogeneračná jednotka vyrobí elektrinu a vykúri budovu
Elektrocentrály poznáte najmä ako dočasné zdroje elektriny. Pomôžu vám pri výpadkoch v rozvodnej sieti alebo v lokalitách, kde k nej nemáte prístup (napr. na staveniskách – tzv. ostrovná prevádzka).
Pri takomto dočasnom použití sa zrejme dokážete zmieriť s ich vysokou spotrebou, hlučnosťou a emisiami. Účinnosť elektrocentrál je prinajlepšom 40 %, takže min. 60 % energie získanej z paliva vyletí hore výfukom.
Kogeneračná jednotka funguje na podobnom princípe. Na pohon takisto využíva piestový spaľovací motor poháňaný elektrickým generátorom (existujú aj modely s turbínami). Odpadové teplo z motora však zachytáva tepelný výmenník, ktorý ho ďalej odovzdáva na žiadané miesto – napr. do vykurovacej sústavy objektu. Ešte pred ním je do okruhu zaradený ďalší tepelný výmenník, ktorý zachytáva teplo z výfukových plynov. Vďaka tomu dosahujú kogeneračné jednotky účinnosť až 95 %.
Pre ostrovnú prevádzku i dodávanie elektriny do siete
Kogeneračné jednotky sú ideálne na použitie v tzv. ostrovnom režime. Na miestach bez el. rozvodnej siete (napr. horské chaty) vám môžu zabezpečiť elektrinu nepretržite počas celého roka. Čistejším riešením sú síce fotovoltické a solárne panely, no ich výkon je v zime oveľa menší až zanedbateľný.
Samozrejme, kogeneráciu môžete použiť aj ako zálohu pre prípad výpadku elektriny alebo vykurovania. Ide však o pomerne nákladné riešenie, ktoré vo väčšine prípadov nahradí elektrocentrála. Na rozdiel od elektriny má totiž vykurovanie istú tepelnú zotrvačnosť.
V prípade, ak máte objekt pripojený na el. rozvodnú sieť, hovoríme o paralelnej prevádzke kogeneračnej jednotky. Keď si odmyslíte súčasné prudké výkyvy cien elektriny, tepla a plynu, paralelná prevádzka neznie ako rozumné riešenie. Opak je však pravdou. Áno, kotolne dokážu teplo vyrobiť s 98 % účinnosťou, no tepelné elektrárne (vrátane jadrových) dosahujú iba 38 %.
V oboch prípadoch musíte počítať aj so stratami pri distribúcii a nákladmi na údržbu infraštruktúry. Pri správne dimenzovaných parametroch je výroba elektriny a tepla kogeneráciou cenovo i ekologicky výhodnejšia. Môžete pri nej ušetriť vyše 36 % primárnej energie. Kogeneračná jednotka vám poskytne energetickú nezávislosť, zároveň však budete môcť prebytočnú elektrinu vracať do rozvodnej siete (po dohode s dodávateľom).
Skôr pre väčšie objekty
Kogeneračné jednotky s bežnými piestovými spaľovacími motormi vyrábajú teplo a elektrinu približne v pomere 2 : 1. Najmenšie modely majú kombinovaný výkon od cca 20 kW (t. j. cca 14 kW tepla a 6 kW elektriny). Existujú aj jednotky s turbínami a mikroturbínami, ktoré pracujú podobne ako prúdové motory v lietadlách. Ich výkony takisto začínajú na desiatkach kW.
Aj v tomto prípade platí, že pre čo najrýchlejšiu návratnosť investície by ste mali prevádzkovať jednotku počas roka čo najviac. Práve rozumná návratnosť investície je dôvodom, prečo kogeneračné jednotky nahrádzajú alebo dopĺňajú vykurovanie kotlami najmä na miestach s vysokými požiadavkami na teplo.
Vedeli ste, že…?
Na Slovensku i v Česku ich používajú napr. v hoteloch s bazénmi, kúpeľoch, zariadeniach pre seniorov, nemocniciach, ale aj na zásobovanie celých sídlisk teplom (napr. Nitra – Chrenová, Zruč nad Sázavou, Horní Slavkov).
Najčastejšie používaná je kogeneračná jednotka na plyn, na prevádzku však môžete použiť aj benzín alebo naftu. Alternatívou je napr. kvapalný plyn (LPG – propán-bután) zo zásobníka.
Úspornosť môžete ešte zvýšiť použitím alternatívnych palív. Príkladom je bioplyn z bioplynovej stanice a čističky odpadových vôd, banský plyn, rastlinné oleje, živočíšne tuky a oleje či oleje vyrábané z odpadových plastov. Kogeneračné jednotky sa preto používajú aj v blízkosti zdrojov takýchto palív – napr. pri bioplynových staniciach, ČOV, banských objektoch alebo zariadeniach s poľnohospodárskou výrobou.
Riešením pre domy sú kogeneračné mikrojednotky
Rodinné domy potrebujú v priemere dodávať niečo okolo 500 W elektriny, ich nároky na teplo sú takisto omnoho nižšie. Navyše, v priebehu dňa a týždňa sa neustále menia. Pokým ste v práci, elektrinu nemíňate a dom nepotrebujete vykurovať tak intenzívne ako večer alebo cez víkendy. Klasická kogeneračná jednotka pre rodinný dom sa v tomto prípade neoplatí – jej cena by sa vám nikdy nevrátila.
Na takéto využitie sú lepšie kogeneračné mikrojednotky. Tie môžu pracovať na 3 rôznych princípoch:
- Palivový článok – Jednotka používa zemný (alebo podobný) plyn na výrobu vodíka. Ten potom reaguje v palivovom článku s kyslíkom, pričom vzniká elektrina a teplo. Výhodou oproti klasickej kogeneračnej jednotke sú kompaktné rozmery, žiadny hluk a zápach a tiež ekonomická prevádzka aj pri nízkom elektrickom výkone. Nevýhodou zase dlhý čas nábehu, pomalá reakcia pri zmenách výkonu a neschopnosť dodať nárazovo vysoký výkon. Takéto kogeneračné jednotky sa preto kombinujú s kondenzačnými kotlami a používajú iba v objektoch napojených na rozvodnú sieť.
- Stirlingov motor – Je tak ako klasický benzínový alebo dieselový motor vybavený piestami. Za ich pohyb však môže expanzia a kompresia plynov, ktorú vyvoláva externý zdroj tepla. Tým môže byť v podstate akékoľvek palivo (benzín, nafta, zemný plyn, bioplyn, biomasa) či solárna energia. Tento externý zdroj tepla zároveň slúži na vykurovanie objektu.
- Kompaktný spaľovací motor – Elektrický generátor je tak ako pri bežných kogeneračných jednotkách roztáčaný piestovým spaľovacím motorom, ktorý je prispôsobený použitiu v domácich podmienkach. Napr. Honda použila kompaktný jednovalcový motor s Atkinsonovým cyklom (rozdielny kompresný a expanzný pomer), ktorý je tichší a úspornejší než klasický zážihový motor na plyn alebo benzín.
Princíp mikrokogenerácie ani použité technológie nie sú ničím novým. Výrobcovia vykurovacej techniky dokonca istý čas ponúkali niekoľko funkčných riešení. Napriek tomu si ani kogeneračné mikrojednotky cestu do rodinných domov zatiaľ nenašli.
Slepá ulička? Skôr zaujímavá a ekologická alternatíva.
Kogenerácia spaľovaním zemného plynu alebo nebodaj benzínu, nafty či LPG (všetky 3 sú vyrábané z ropy) určite nie je najčistejší spôsob výroby tepla a elektriny. Napriek tomu je efektívnejšia a pripravuje planétu o menej prírodných zdrojov, než keby ste teplo a elektrinu vyrábali samostatne.
Situácia je ešte priaznivejšia, ak na výrobu použijete alternatívne odpadové plyny, prípadne kogeneráciu skombinujete s obnoviteľnými zdrojmi energie (napr. fotovoltickými alebo solárnymi panelmi).
Je teda pravdepodobné, že v budúcnosti nebudú kogeneračné jednotky pribúdať len na miestach mimo civilizácie. S rozvojom inteligentných rozvodných sietí budú jedným z riešení pre decentralizovanú výrobu tepla a elektriny. Tá prispeje k zníženiu nákladov na údržbu zložitej infraštruktúry.
Zhrnutie:
- Kogeneračná jednotka má podobný princíp ako elektrocentrála, odpadové teplo však využíva na vykurovanie objektu.
- Oproti elektrocentrále s účinnosťou do 40 % má kogeneračná jednotka účinnosť vyše 95 %.
- Klasické kogeneračné jednotky sa hodia na miesta s vysokou spotrebou tepla, napr. hotely s bazénmi, kúpele, nemocnice, sídliská.
- Na kogeneráciu sa najčastejšie používa zemný plyn, môžete použiť aj naftu, benzín, ale aj alternatívne palivá, ako bioplyn, plyn z čističky, banský plyn, oleje a tuky z poľnohospodárskej výroby a z odpadových plastov.
- Pre rodinné domy sa hodia skôr kogeneračné mikrojednotky, ktoré pracujú na odlišných princípoch a majú menšie výkony.
