Bratislava 10.februára 2020- K úlohám výskumu a vývoja v oblasti plynárenstva patrí v súčasnom zložitom období trendov európskej energetiky podporovať postavenie zemného plynu, propagovať jeho pozitívne a flexibilné vlastnosti i hľadať synergie zemného plynu s obnoviteľnými zdrojmi energie (OZE) pri tvorbe kreatívnej, inteligentnej energie. Výsledok výskumu má zároveň pomáhať riešiť globálnu ochranu životného prostredia a problémy z pohľadu klimatických zmien.
Technológia inteligentnej 3-generácie výrazne zvyšuje energetickú efektívnosť výroby tepla, elektrickej energie a chladu so zníženými nákladmi na spotrebu zemného plynu v porovnaní s klasickými prevádzkami 3-generácií v súčasnosti.
Téme využitia nízkopotenciálneho „obnoviteľného tepla“ nie je vo svete venovaná náležitá pozornosť. Preto inovatívna technológia patrí ku celosvetovej výzve zaoberať sa s otázkou využívania objemu energie, ktoré sa doteraz považovalo za nepoužiteľné a všeobecne sa neefektívne uvoľňovalo v chladiacich vežiach do ovzdušia.
Podstata technológie
Využitie nízkopotenciálneho odpadového tepla z 3-generačných systémov spaľujúcich plyn zvyšuje energetickú účinnosť teplárne, znižuje spotrebu zemného plynu a pripravuje podmienky na zníženie vypúšťania nízkopotenciálneho tepla a emisií do ovzdušia. K pozitívnym výsledkom 10-ročnej prevádzky technológie WHR , teda opakovaného využívania odpadového tepla zo spalín tepelných zdrojov vznikajúcich spaľovaním zemného plynu v kotloch vykurovania a v kogeneračnej jednotke, prispeli aj výsledky aplikovaného výskumu novej technológie “Inteligentnej 3-generácie” v teplárni spoločnosti COM-therm v Komárne.
Tepláreň poskytuje služby 30 000 obyvateľom v 10 000 bytoch, školách, nemocniciach a administratívnych budovách. Snahy o regeneráciu odpadového tepla spočiatku zameriavali na spaliny z tepelných zdrojov a aerotermálnu energiu vo vnútri závodu pomocou vysokovýkonných tepelných čerpadiel. Nová technika sa zamerala na absorpčný proces a na využitie všetkých nízkopotenciálnych zdrojov energií, generovaných v procese výroby chladu.
Tradičné vysokoefektívne kogeneračné systémy vyrábajú teplo na vykurovanie objektov, teplú úžitkovú vodu a elektrinu. Prechod na 3- generáciu umožňuje pokryť narastajúci dopyt po celoročnom chladiacom výkone pre domácnosti, kancelárie a komerčné priestory, ako sú serverové miestnosti a rozvádzače. Zvyčajne je k zariadeniu KVET pripojený absorpčný chladič, ktorý premieňa tepelnú energiu medzi rôznymi tepelnými úrovňami a ktorý oproti systémom s klasickým kompresorovým chladením nevedú k energetickým stratám.
Absorpčné chladenie má tri okruhy, ktoré si vymieňajú teplo. V prvom okruhu je kogeneračná jednotka spojená s horúcou vodou alebo s iným zdrojom tepla. Potom je v okruhu chladiacej vody, ktorá odvádza teplo uvoľňované absorpčným cyklom. Toto teplo s nízkym potenciálom (obvykle 30 ° C) sa doteraz považovalo za nepoužiteľné a všeobecne sa uvoľňovalo v chladiacich vežiach. Tretí okruh dodáva spotrebiteľovi studenú vodu.
Technické riešenie
Technológia inteligentnej 3- generácie využíva zbytočné teplo s nízkym potenciálom na zvýšenie teploty vratnej teplej vody. Okruh chladiacej vody, ktorý odvádza teplo z absorpčného chladiča a ktorého teplota je nižšia ako teplota spiatočnej vetvy horúcej cirkulujúcej vody, je pripojený na vstup tepelného čerpadla, aby bolo možné prenášať teplo s nízkym potenciálom. Výstup tepelného čerpadla je pripojený k spiatočnému vedeniu teplej cirkulujúcej vody, čím dochádza k transformácii energie na vyšší teplotný potenciál.
To má ďalšiu výhodu zo stabilizácie aktivity absorpčného chladiča poskytnutím trvalého teplotne optimalizovaného gradientu v okruhu chladiacej vody 25/30 ° C.
Doteraz nevyužité teplo s nízkym potenciálom sa nazýva „obnoviteľné teplo“ a jeho použitie zvyšuje celkovú účinnosť systému.
Ďalšie výhody sa dajú dosiahnuť začlenením zásobníkovej nádrže do okruhu cirkulácie teplej vody. To umožňuje stabilizáciu teplotných podmienok počas rôznych výkyvov v systéme. Akumulačná nádrž môže byť tiež použitá na skladovanie tepla, generovaného z iných zdrojov, ako sú tepelné solárne panely alebo teplo transformované z elektrickej energie generovanej fotovoltaickými panelmi.
Realizácia nového systému je variabilná, Alternatíva nového systému sa bude líšiť v závislosti od miesta a typu inštalácie s pomerom výroby energie, tepla a chladu prispôsobeného potrebám spotrebiteľa.
V tropickej oblasti sa bude vyžadovať vyšší chladiaci výkon, a preto bude nasadená kogeneračná jednotka so schopnosťou dodávať požadovanú energiu; zvýšenie dodávky tepla, potrebné pre horúcu cirkulujúcu vodu vstupujúcu do absorpčného chladiča môže byť pokryté tepelnými solárnymi panelmi v kombinácii s fotovoltaickými kolektormi, vyrábajúcimi elektrinu na ohrev vody v akumulačnej nádrži. V miernom podnebí bude systém zvyčajne obsahovať ako zdroj tepla plynový kotol.
Autonómia technológie inteligentnej 3- generácie umožňuje jej použitie v oblastiach s nedostatočne rozvinutými elektrickými rozvodmi, pretože systém fotovoltaických článkov prevádza slnečné žiarenie na jednosmernú elektrinu a môže fungovať v režime mimo siete, ktorý je galvanicky izolovaný od verejnej siete.
Výhody a aplikácie „Technológie Inteligentnej 3 generácie“
• Umožňuje súčasné vykurovanie / chladenie z niekoľkých zdrojov tepla (napr. kogeneračná jednotka, plynový kotol, solárne tepelné kolektory, fotovoltaické panely, zásobník vody);
• Zabezpečuje optimalizáciu výkonu absorpčnej chladiacej jednotky dosiahnutím optimálneho gradientu 25/30 ° C;
• Stabilizuje teplotné podmienky počas rôznych výkyvov v činnosti celého vykurovacieho a chladiaceho systému;
• Efektívne zvyšuje účinnosť tepelných čerpadiel;
• Optimalizuje stabilizáciu kolísania výkonov energetických jednotiek KVET-u a pripojených komponentov kotolne;
• Eliminuje / znižuje potrebu inštalácie chladiacich veží je tak aktuálnou inováciou v oblasti ochrany životného prostredia;
• V spojení s I. fázou spätného získavania odpadového tepla zo spalín vytvára optimálne fyzikálne podmienky pre inštaláciu vhodnej technológie separácie CO2 v CZT a elektrárňach; a
• Znižuje spotrebu zemného plynu najmenej o 20%.
Táto výhoda sa odráža v prevádzkových výsledkoch za rok 2019 v teplárni spoločnosti COM-therm Komárne, ktorý ročne produkoval 51 100 MWh tepla, z čoho 10 700 MWh (20,9%) tvorilo „obnoviteľné teplo“. Zariadenie navyše vyrobilo 10 000 MWh elektrickej energie pre vlastnú spotrebu a do EDS a 8 000 MWh chladu. Priemerné výkonové číslo COP sústavy tepelných čerpadiel dosiahlo hodnotu 3,95/rok.
Technológia využitia tepla s nízkym potenciálom sa môže použiť aj v iných priemyselných procesoch. Okrem CZT a elektrární má táto technológia široké uplatnenie ako sú čistiarne odpadových vôd, priemyselné zariadenia s konštantnou spotrebou tepla a chladu, športové centrá, školy, nemocnice, hotely a administratívne budovy.
Záver
Stratégiou každej inteligentnej energie je vytvorenie partnerstva a interakcie medzi zemným plynom a OZE. „Technológia Inteligentnej 3- generácie“ efektívne využíva aerotermickú „obnoviteľnú“ energiu spoločne s ďalšími zdrojmi odpadového tepla s nízkym potenciálom, generovanými pri výrobe energie, tepla a chladu, ktoré sa doteraz považovali za nepoužiteľné v priemyselných podmienkach a ktoré sa do atmosféry odvádzali chladiacimi vežami. Premena odpadového tepla na obnoviteľné teplo znižuje prevádzkové náklady a popri tom pomáha riešiť globálnu ochranu životného prostredia a problémy so zmenou podnebia.
Zavedením a definovaním terminológie nízkopotenciálového, “obnoviteľného” , resp. “zeleného” tepla vznikla popri výskume OZE nová, paralelná kategória výskumu v sektore energetiky.
Tepláreň COM-thermu v Komárne sa stala prvou teplárňou na Slovensku, ktorá nainštalovala a odskúšala funkčný, hybridný autonómny systém v ostrovnom ,galvanicky oddelenom režime , ktorý je schopný optimalizovať výkyvy výkonov komponentov kotolne, pričom pri výrobe tepla/chladu a teplej úžitkovej vody sú v maximálnej miere využívané obnoviteľné energetické zdroje.
Technológiu obnoviteľného tepla budeme mať príležitosť predstaviť aj na medzinárodnej scéne v rámci konferencie Medzinárodnej plynárenskej únie (IGU) IGRC 2020 koncom februára v Ománe. Do odborného programu boli zaradené všetky tradičné kategórie plynárenstva, príležitosť dostali aj abstrakty k aktuálnym, prierezovým témam ako je dekarbonizácia, vodík a podobne.
SPNZ má účasť na konferencii zabezpečenú prednáškou COMtherm-u a tému „Využitie „obnoviteľného tepla“ na zvýšenie účinnosti „Technológie inteligentnej 3-generácie“, čo vzhľadom na silnú konkurenciu viac ako 300 podaných abstraktov považujeme za úspešnú reprezentáciu.