Centralele combinate de căldură și energie electrică generează în același timp căldură și electricitate. Aceasta rezolvă două probleme în gospodărie. De asemenea, statul promovează încălzirea modernă, ecologică. Dar pentru cine merită o unitate combinată de căldură și putere? În ghidul nostru vă explicăm cum funcționează, cerințele de instalare și costurile.
Centrale termice combinate ca încălzire: cele mai importante lucruri dintr-o privire
- O centrală combinată de căldură și energie electrică generează simultan electricitate și căldură conform principiului căldurii și puterii combinate, după care căldura din producția de energie electrică curge în circuitul de încălzire. Din acest motiv, eficiența sistemului este de aproximativ 90%. Pentru comparație: o centrală electrică medie pe gaz ajunge la aproximativ 40%.
- Sistemele compacte constau dintr-o acționare (motor, turbină sau celulă de combustibil), un generator și un schimbător de căldură.
- Centralele combinate de căldură și energie electrică pot fi operate cu gaz, petrol, pelete de lemn sau cărbune, în funcție de tehnologia instalată. Cu biogaz sau lemn ca combustibil, puteți lucra complet neutru în CO2.
- În funcție de dimensiune și performanță, sistemele combinate de căldură și energie sunt împărțite în unități nano, micro, mini și standard combinate de căldură și putere. Centralele combinate de căldură și energie Nano sunt, de asemenea, economice pentru familii.
- Indiferent dacă o centrală combinată de căldură și energie este utilă, depinde de capacitatea sa de utilizare. Pe lângă o durată lungă de funcționare, prețul electricității operatorului de rețea este decisiv și pentru o perioadă scurtă de amortizare.
- Oficiul Federal pentru Economie și Control (BAFA) sprijină instalarea centralelor combinate de căldură și energie electrică cu subvenții fixe și suprataxe la tariful energiei electrice. Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) și unele state federale oferă, de asemenea, stimulente financiare și împrumuturi ieftine.
Cum funcționează o centrală combinată de căldură și energie?
O centrală combinată de căldură și energie electrică este un sistem care generează atât electricitate, cât și căldură. Folosește principiul căldurii și puterii combinate, conform căruia energia mecanică a unui motor (putere) este utilizată pentru a genera electricitate, iar gazele sale de evacuare fierbinți asigură încălzirea. Aceasta înseamnă că centralele combinate de căldură și energie electrică ating eficiență ridicată de 90% sau mai mult. Energia generată constă într-o medie de o treime de energie electrică și două treimi de căldură. Cu toate acestea, aceste numere variază în funcție de sistem și de design. Tehnologia unei unități combinate de căldură și putere se potrivește într-o carcasă care are aproximativ dimensiunea unui frigider. Numele de centrală termică de tip bloc derivă din dimensiunile compacte.
Unele centrale electrice pe cărbune și gaz utilizează, de asemenea, energie combinată cu energie termică. În 2017, ponderea lor în producția netă de energie electrică în Germania era de 21%. Cu toate acestea, într-o centrală mare, conductele transportă căldura la locul de consum, deoarece zonele rezidențiale și afacerile sunt departe. Pierderile sunt inevitabile pe parcurs. Caracteristica specială a centralelor combinate de căldură și energie electrică este că atât electricitatea, cât și căldura sunt generate local și decent. Acest lucru le crește considerabil eficiența în comparație cu sistemele centralizate.
Datorită pierderilor reduse și a posibilității de a le utiliza cu biocombustibil, centralele combinate de căldură și energie electrică reprezintă un pilon al tranziției energetice. Guvernul federal promovează proprietari de centrale termice de tip bloc cu diferite modele de remunerare din 2000. În ultimii ani, numărul așa-numitelor unități de căldură și putere combinate nano și micro combinate de pe piață a crescut. Sistemele cu o putere de până la 15 kilowați sunt, de asemenea, utile pentru consumatorii privați în anumite condiții.
Procesul dintr-o privire
O centrală combinată de căldură și energie electrică funcționează prin următoarea succesiune:
- Un motor cu gaz, motorină sau abur acționează un generator cu ajutorul unui arbore. Centrale termice combinate mai mari folosesc, de asemenea, turbine cu gaz în loc de motoare. Gazul este comprimat și atinge temperaturi ridicate. Gazul fierbinte acționează apoi turbine mai mici, care transferă energia mecanică către un generator.
- Generatorul produce electricitate. Este fie consumat în gospodărie sau în companie, fie curge în rețeaua electrică publică.
- Un schimbător de căldură transferă căldura gazelor de eșapament în apa de încălzire.
- Apa de răcire a motorului și uleiul de motor fierbinte transferă, de asemenea, căldura în apa de încălzire prin intermediul unui schimbător de căldură.
Construirea unei centrale combinate de căldură și energie electrică
Tipul de încălzire constă din următoarele elemente:
- Motor
Cele mai frecvente motoare pentru centralele combinate de căldură și energie electrică sunt motoarele pe gaz, diesel, cu abur și Stirling. Fiecare tip de motor are avantaje și dezavantaje. Motoarele pe benzină pe gaz sunt considerate eficiente și durabile, dar necesită întreținere regulată. Motoarele diesel au cea mai bună eficiență, dar sunt mai scumpe decât motoarele pe benzină. În cazul motoarelor Stirling, spre deosebire de motoarele Otto și diesel, căldura este furnizată din exterior. Pot fi acționate cu lemn sau pelete și, prin urmare, sunt deosebit de ecologice și necesită, de asemenea, o întreținere redusă. Cu toate acestea, eficiența electrică este mai mică decât cea a motoarelor pe benzină. - Turbină cu gaz (ca alternativă la motor)
Un compresor comprimă aerul ambiant la o presiune ridicată. Amestecul aer-gaz arde într-o cameră de ardere și atinge temperaturi ridicate. Gazul fierbinte acționează generatorul. Datorită costurilor ridicate, o turbină cu gaz merită doar pentru centralele combinate de căldură și energie mai mari. - Celula de combustibil (ca alternativă la motor)
În celulele de combustibil, hidrogenul și oxigenul reacționează în timpul a ceea ce este cunoscut sub numele de ardere la rece. Procedând astfel, generează electricitate și căldură. Centralele combinate de căldură și energie electrică cu acționare cu pilă de combustibil reprezintă o tehnologie relativ nouă. Deoarece funcționează neutru din punct de vedere al CO2, se răspândesc din ce în ce mai mult, în special în centralele termice și electrice combinate nano și micro. - Generator
Generatorul pentru generarea de energie electrică poate fi atât sincron, cât și asincron. Generează curent alternativ trifazat și este de obicei conectat la sistemul de joasă tensiune al clădirii. Proprietarii unei centrale termice de tip bloc folosesc singuri energia electrică sau o alimentează în rețeaua publică. În al doilea caz, aceștia primesc remunerații de la operatorul de rețea și o suprataxă fixă suplimentară în temeiul Legii combinate privind căldura și puterea.
Cum funcționează o unitate combinată de căldură și putere cu motor.
- Schimbător de căldură Schimbătorul de
căldură are sarcina de a transfera căldura din gazele de eșapament, apa de răcire a motorului și uleiul de motor în apa de serviciu din circuitul de încălzire. Cele mai utilizate schimbătoare de căldură includ schimbătoarele de căldură cu coajă și tub și schimbătoarele de căldură cu plăci. - Control
Controlul permite operatorilor unei centrale combinate de căldură și energie electrică să configureze diferiți parametri. Printre altele, îl folosiți pentru a seta modul de operare. Centralele moderne combinate de căldură și energie electrică pot fi controlate printr-o aplicație de pe laptop sau chiar de pe smartphone. - Cazan cu sarcină maximă Cazanul cu sarcină
maximă nu aparține centralei termice de tip bloc. Cu toate acestea, dacă este necesar, poate fi acționat în paralel pentru a acoperi sarcinile de vârf în consumul de încălzire. Dimensionarea unei centrale termice de tip bloc în funcție de sarcinile de vârf nu are sens economic, deoarece numărul de ore de funcționare ar rămâne prea mic. O centrală combinată de căldură și energie electrică care acoperă sarcina de bază este mult mai eficientă. Toate tipurile de cazane, cum ar fi cazanele cu condensare pe gaz și ulei, sunt potrivite ca supliment la unitatea combinată de căldură și putere. - Depozitarea
tamponului O stocare tampon nu este obligatorie într-o centrală termică de tip bloc, dar are sens economic, în special pentru consumatorii privați, deoarece consumul de apă caldă fluctuează puternic pe parcursul zilei. Recipientul conține apă încălzită și este utilizat pentru a stoca excesul de căldură. Dacă sistemul nu poate satisface cererea în timpul sarcinilor de vârf, apa caldă curge în circuitul de încălzire. Pentru o unitate combinată de căldură și putere cu o putere de 50 kilowați, stocarea tamponului este ideal de 3.000 de litri, pentru o unitate combinată de căldură și putere într-o casă de familie, 1.000 de litri sunt de obicei suficiente.
Combustibil pentru încălzire
Următorii combustibili sunt utilizați într-o centrală termică de tip bloc, în funcție de tehnologia de acționare:
- Gaz natural, inclusiv gaz lichid
- Biogaz din ferme
- Ulei încins
- Ulei vegetal, cum ar fi ulei de rapiță sau ulei de palmier (numai pentru anumite motoare diesel)
- Peleți de lemn (numai pentru motoarele Stirling și abur)
- Așchii de lemn / gaz de lemn (numai pentru centrale combinate mari de căldură și energie electrică)
- Cărbune tare sau lignit
Peletii de lemn sunt un mod ecologic de a opera centralele combinate de căldură și energie electrică.
Clasificarea centralelor combinate de căldură și energie electrică în funcție de performanță
Următorul tabel oferă o prezentare generală a tipurilor de unități combinate de căldură și putere:
|
desemnare |
putere |
utilizare |
tehnologie |
|---|---|---|---|
|
Nano a |
Până la aproximativ 2,5 |
Casele unifamiliale |
Motor Stirling, motor cu aburi, |
|
Centrale termice de tip micro bloc |
2,5 până la 15 |
Clădire de apartamente |
Motor Stirling , motor diesel și gaz, celule de combustibil |
|
Mini |
15 - 50 |
Mici companii producătoare, |
Motor cu gaz, motor cu aburi, |
|
Unități de cogenerare |
50 - 250 |
Fabrici mari, |
Turbine cu gaz, motoare diesel și cu |
interpretare
Centrale termice combinate pot fi proiectate cu energie electrică sau termică. În prima variantă, producția de energie electrică este decisivă. Cu toate acestea, deoarece sistemele produc mai multă căldură decât electricitate și există o lipsă de stocare a căldurii, o mare parte a căldurii rămâne neutilizată. De aceea majoritatea unităților de cogenerare sunt dimensionate în funcție de cererea de căldură.
Distribuția și viitorul centralelor combinate de căldură și energie electrică
Majoritatea componentelor unei unități combinate de căldură și putere nu sunt invenții noi. Motorul Stirling există din 1816. Generatoarele produc de asemenea energie electrică încă din a doua jumătate a secolului al XIX-lea. Principiul căldurii și puterii combinate este, de asemenea, cunoscut de mult timp. Încă din 1902, turbinele cu aburi generau electricitate în centrala termică Beelitz-Heilstätten, în timp ce căldura de la abur încălzea clădirea.
Cu toate acestea, pentru o lungă perioadă de timp nu a existat nicio modalitate de a micșora tehnologia, astfel încât sistemele compacte pentru generarea de energie privată să merite. Primele centrale combinate de căldură și energie au intrat pe piață la mijlocul anilor 1980. În 2000 a intrat în vigoare prima versiune a Combined Heat and Power Act. Pentru prima dată, a oferit subvenții pentru proprietarii de unități combinate de căldură și putere. Ajustările au fost făcute în 2009 și 2016.
Danemarca joacă un rol principal în instalarea centralelor combinate de căldură și energie electrică în întreaga Europă. Încă din 2005, 50% din energia generată acolo provenea din centrale combinate de căldură și energie.
Și în Germania, numărul unităților de cogenerare pentru uz privat a crescut în ultimii ani. Cu toate acestea, acest tip de încălzire nu este încă unul dintre cele mai frecvente. Există în mare parte motive istorice pentru aceasta. În special, generarea descentralizată de energie a crescut doar de la sfârșitul mileniului datorită Legii surselor de energie regenerabilă. În contextul tranziției energetice, centralele combinate de căldură și energie electrică vor juca, de asemenea, un rol tot mai important.
Cerințe pentru instalarea încălzirii
- Dacă doriți să instalați o unitate combinată de căldură și putere, temperatura de retur a sistemului dvs. de încălzire ar trebui să fie mai mică de 70 de grade Celsius. Dacă este mai mare, schimbătorul de căldură nu mai poate disipa complet căldura de la motor. În acest caz, sistemul funcționează neeconomic. Dacă motorul se încălzește prea, sistemul se oprește și el însuși.
- O altă cerință este o conexiune la conducta de gaz locală dacă un motor pe gaz acționează generatorul. Cu toate acestea, unele centrale termice de tip bloc pot fi operate și cu gaz lichid.
- La instalarea unei centrale combinate de căldură și energie electrică, sunt necesare două contoare de energie electrică suplimentare. În timp ce primul măsoară energia electrică generată, al doilea înregistrează proporția care curge în rețeaua publică. Acest lucru este important, printre altele, pentru a primi un tarif de alimentare de la operatorul de rețea.
Puteți solicita contoare de energie electrică suplimentare pentru unitatea combinată de căldură și putere de la operatorul de rețea.
Eficiența și domeniile de aplicare a unei centrale combinate de căldură și energie electrică
Centralele combinate de căldură și energie electrică sunt utilizate în case unifamiliare și multifamiliale, în afaceri și în facilități publice, cum ar fi școli și piscine. Deoarece timpul de amortizare scade odată cu dimensiunea sistemului, sistemele cu o putere de 50 kilowați sau mai mult sunt instalate în multe spitale, clădiri de birouri și școli.
În principiu, o centrală combinată de căldură și energie electrică atinge un grad de eficiență mai mare decât toate celelalte tipuri de încălzire prin combinația dintre generarea de căldură și electricitate. Dacă vă uitați doar la generarea de energie, eficiența electrică este cuprinsă între 25 și 40%. Cu toate acestea, o centrală combinată de căldură și energie electrică folosește doar o parte din energie pentru a produce electricitate. Fișele tehnice și statisticile indică, prin urmare, eficiența generală.
Centralele combinate de căldură și electricitate generează electricitate mult mai eficient decât centralele convenționale cu cărbune sau gaz. O centrală termică medie realizează o eficiență de 45 până la 50%. 50 până la 55 la sută din energie se pierde ca căldură. Pierderile energetice suplimentare de 3 până la 6% provin din transportul de energie electrică.
Centralele electrice pe cărbune și pe gaz, combinate cu căldură și energie, realizează o eficiență globală de 86% sau mai mare. Cu toate acestea, 10-15 la sută din căldura recuperată se pierde în conductele lungi.
Graficul de mai jos arată de ce combinația dintre generarea de energie electrică și căldură este atât de eficientă. Cu 100 de unități de energie, în exemplul cu o centrală termică de tip bloc obțineți 36 de unități de electricitate și 51 de unități de căldură. Pentru aceeași cantitate de energie electrică, ar trebui să calculați 80 de unități de energie cu o centrală electrică convențională, cu o eficiență de 45%. Un sistem descentralizat de încălzire pe gaz cu o eficiență de 84% necesită 60 de unități suplimentare de energie pentru căldură. Totalul este de 140 de unități de energie. Datorită unității combinate de căldură și putere, economisiți 40% energie în acest exemplu.
O centrală combinată de căldură și energie utilizează energia în mod optim, cu pierderi minime.
Din punct de vedere ecologic, o centrală termică de tip bloc poate fi acționată complet neutră în CO2 sau cu emisii scăzute de CO2 dacă se utilizează combustibili precum biodiesel, biogaz sau pelete de lemn. Chiar și atunci când funcționează cu combustibili fosili, o centrală combinată de căldură și energie este ecologică datorită nivelului ridicat de eficiență.
Când merită o unitate combinată de căldură și putere? Comparație cu alte încălzitoare
În ceea ce privește sistemele de încălzire convenționale, cum ar fi încălzirea cu gaz, eficiența unei unități combinate de căldură și putere este doar puțin mai mare la prima vedere. Cazanele moderne au o eficiență de 90% sau mai mare. În ceea ce privește numai încălzirea, unitățile combinate de căldură și putere nu sunt neapărat mai eficiente. Avantajul este că produc și electricitate ieftină în același timp. Proprietarii economisesc costuri folosind electricitate la rețea mai puțin costisitoare.
Indiferent dacă o achiziție merită sau nu depinde de consumul de căldură și electricitate. Datorită costurilor mai mari de achiziție în comparație cu un cazan convențional, unitățile combinate de căldură și energie sunt deosebit de utile pentru gospodăriile și instalațiile care au o cerere constantă de căldură pe tot parcursul anului. O centrală termică de tip micro sau mini bloc trebuie să funcționeze cel puțin 5.000 de ore pe an pentru a funcționa economic.
Alți factori care influențează eficiența unei centrale combinate de căldură și energie electrică sunt costurile de investiții, tehnologia, prețurile actuale pentru electricitatea și combustibilii din rețea și modificările programelor de subvenționare. Dacă intenționați să instalați o unitate combinată de căldură și putere, vă recomandăm sfaturi profesionale independente. Consilierul în domeniul energiei va colabora cu dvs. pentru a face un calcul comparativ care să țină cont de toți parametrii.
Sfat: comparați eficiența și costurile unității combinate de căldură și putere cu alte tipuri de încălzire în prezentarea noastră de încălzire compactă.
Costul unei centrale termice combinate
Costurile pentru o centrală termică de tip bloc variază în funcție de dimensiunea sistemului și de tehnologia instalată. Pentru o centrală nano combinată de căldură și energie electrică, acestea încep de la 15.000 de euro. Pentru o unitate de micro-cogenerare, ar trebui să vă așteptați între 20.000 și 25.000 de euro. Nu numai prețul de cumpărare este decisiv. Conexiunea la rețeaua de gaze și electricitate și accesorii precum stocarea tampon costă, de asemenea, câteva mii de euro.
Pe lângă costurile de investiții, ar trebui să luați în considerare și costurile de întreținere atunci când calculați profitabilitatea unei unități combinate de căldură și putere. Pentru centralele termice de tip nano și micro bloc, acestea sunt cuprinse între 500 și 1.000 de euro sau 3 cenți pe kilowatt oră de energie electrică generată pe an. Producătorii de centrale combinate de căldură și energie electrică oferă adesea contracte complete de întreținere.
Costurile de funcționare ale unei centrale combinate de căldură și energie electrică depind de combustibil. Cu o unitate de căldură și putere combinată nano cu gaz natural, consumul este similar cu cel al unui sistem convențional de încălzire pe gaz, în funcție de nevoile dumneavoastră. La aceasta se adaugă costurile de operare ale cazanului cu sarcină maximă.
Reglementări legale și finanțare
Versiunea actuală a Combined Heat and Power Act din 2016 reglementează promovarea centralelor combinate de căldură și energie electrică. Acesta include atât subvenții fixe pentru instalare, cât și remunerația pentru energia electrică generată de încălzire.
Centralele termice de tip bloc mic, cu o putere de până la 20 kilowați (putere electrică) primesc o sumă de finanțare eșalonată de la BAFA. De exemplu, un sistem de 10 kilowați costă 3.400 de euro. Centralele combinate de căldură și energie deosebit de eficiente cu un al doilea schimbător de căldură de gaze de eșapament pentru a utiliza puterea calorică primesc suplimentar 25% din subvenția de bază. Statul recompensează sistemele cu o eficiență electrică ridicată cu 60% din subvenția de bază.
Bacsis:Trimiteți cererea de finanțare pentru unitatea dvs. de cogenerare până la 31 decembrie 2020, deoarece acest program de finanțare va expira la sfârșitul anului!
Kreditanstalt für Wiederaufbau susține, de asemenea, achiziționarea centralelor combinate de căldură și energie electrică. Cu programele 271 și 281 pentru centrale termice mari de tip bloc și 270 pentru sistemele mici, acordă împrumuturi cu rate scăzute ale dobânzii și ani fără rambursare care pot acoperi și costurile totale de achiziție. Programul 433 poate fi utilizat pentru mini-sisteme cu unitate de celule de combustibil. Există o subvenție de până la 28.200 de euro pe celulă de combustibil.
În plus față de plăți unice și împrumuturi cu dobândă mică pentru achiziții, Legea combinată privind energia termică și energia electrică prevede, de asemenea, subvenții pentru întreaga durată de funcționare a centralei combinate de energie termică și electrică. În plus față de remunerarea operatorului de rețea, proprietarii primesc un bonus suplimentar pentru energia electrică alimentată în rețeaua publică. În funcție de puterea electrică a sistemului, acesta variază de la 8 cenți pe kilowatt oră pentru sistemele de până la 50 kilowati de ieșire la 4,4 cenți pe kilowatt oră pentru centralele mari combinate de căldură și energie electrică cu o putere de peste 250 de kilowați. Grantul este limitat la o anumită perioadă. Cu unități de mini-cogenerare de până la 50 de kilowați, este o utilizare completă de 60.000 de ore.
