Energiasäästu koolitus

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


SOOJUS TOODETUDKASUTEGUR SOOJUSLIK


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-

gaadid; aurumootoriga koostootmisseadmed; gaasiturbiinidega koostootmisseadmed; auruturbiinidega koostootmisseadmed; õhuturbiiniga koostootmisseadmed; kombineeritud tsükliga koostootmisseadmed.

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

Jõuseade Gaasiturbiin Diiselmootor Otto-mootorElektrilinevõimsus

0,5-3 MWe kuni 1 MW üle 1 MW kuni 0,5MW üle 0,5 MW

Pööret/min 5 000 - 14 000 1500 1000 1500 1000Toodangu suhesoojus/elekter

2,5-3,6 1,9-2,3 1,4-1,5 1,1-1,3 1,4-1,7 1,2-1,5

Elektri tootmisekasutegur, %

15-27 35-36 36-37 32-34 33-35

Soojuse toot-mise kasutegur

43-55 50-59 50-53 50-52 51-55 51-55

Kogu-kasutegur,%

58-70 77-86 85-89 86-89 83-89- 84-90

Kasutatav kütus Maagaas/vedel--kütus

Diiselkütus Maagaas/biogaas

Töötunde kapi-taalremondini

20000 40000 25000 45000 35000 55000

Elektri ja soojuse suhe

Elektri ja soojuse suhe koostootmisel

-

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

0.4 0.6 0.8 1.0Suhteline koormus

Gaasturbiin koostoomisseade

Tahkel kütusel auruturbiinseade

Gaasimootoril põhinev koostootmisseade

Gaaskütusel kombineeritud tsükliga koostootmisseade

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:

Soojuse tarbimine Elektri tarbimine Märkused Tööstusprotsessid Tehnoloogiline soojus;

kuivatamine Elektriajamid; valgustus;küte

Iseloomulik teatudharudele, nt toiduainete-ja keemiatööstusele

Kaugküte Soojuse müük tarbijatele Elektriajamid; ülejääküldisesse elektri võrku

Tavaliselt suuremadseadmed, tihtigaasiturbiinid

Hooned Puhkerajatised Hotellid

Ujulad, kuurortide basseinid,ruumide küte, soojaveevarustus

Valgustus, ventilatsioonjms.

Põhiliselt gaasikasutavad Otto-mootorid

Tervishoid Ülikoolid, muudõppeasutused

Köögiviljakasvatus Kasvuhooned Küte Valgustus Arenev turg

Biogaasijaamad Jäätmete jaheitveetöötlemine

Biolprotsessideintensiivistamine, soojavee varustus, küte

Kompressorid japumbad, valgustus,ventilatsioon

Tavaliselt gaasikasutavad Otto- võidiiselmootorid

Allikas: Euroopa Liidu rahastamisel koostatud väikeste kombijaamade ülevaade (Phare projekt, 1999).

Hinnang koostootmisseadmete investeeringute suurusele

Hinnatasemed varieeruvad aurutsükliga koostootmisjaamadele suurtes piirides.

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

Kokkuvõte investeeringute kohta

Documents

Energiasäästu koolitus