Volba vhodné kogenerační jednotky na bioplyn

Shrnutí

Kogenerační jednotku (KJ) lze právem označit za srdce bioplynové stanice, neboť její efektivní provoz je rozhodující pro ekonomickou udržitelnost projektu. Proto je třeba klást velký důraz na pečlivý výběr tohoto zařízení, kdy jedním z hlavních kritérií výběru je vysoká elektrická účinnost, která určuje jaké množství elektřiny se vyrobí z m³ bioplynu. Dále lze doporučit upřednostnění kogeneračních jednotek od renomovaných výrobců a dodavatelů s prokazatelně zajištěným servisním zázemím v ČR, za přijatelných ekonomických podmínek. U KJ, jejichž nasazování nemá v ČR tradici, doporučujeme nechat si dodavatelem doložit splnění požadavků platné legislativy a garantovat provádění servisních prací (dobře promyslet znění všech smluv, které souvisí s dodávkou a servisem kogeneračních jednotek).

Základní členění kogeneračních jednotek

Nejčastějším způsobem využití bioplynu je kombinovaná výroba elektřiny a tepla v kogeneračních jednotkách (dále jen KJ), které jsou nejvýznamnějším zdrojem příjmů v rámci provozu BPS. KJ lze rozdělit na dva základní druhy:

1. se zážehovými plynovými (Ottovy) motory – výhradním palivem je v tomto případě pouze bioplyn. Moderní motory s vyšším instalovaným elektrickým výkonem pracují s elektrickou účinností v rozpětí 37 – 42 %, u motorů s menším elektrickým výkonem tato účinnost klesá. Investičně jsou tyto motory zpravidla náročnější než vznětové, mají však nižší nároky na údržbu. U moderních plynových motorů je garantována dlouhá životnost zařízení. Generální oprava motorů se provádí po 60.000 hod. provozu (po více než 7 letech), v průběhu životnosti KJ se předpokládají až tři generální opravy.
2. se vznětovými motory se vstřikem zapalovacího oleje – jedná se o dieselové motory se zápalným paprskem, kde základním palivem je bioplyn a doplňkovým palivem je zpravidla kapalné fosilní palivo, popř. rostlinné oleje. Doplňkové palivo slouží jako zápalné a iniciační médium spalovacího procesu. Nejčastěji se používá motorová nafta nebo LTO, možné je ovšem i využití biopaliv (bionafta, rostlinné oleje). Spotřeba doplňkového paliva se může významně lišit, pohybuje se v rozmezí 4 - 10 % celkového příkonu v palivu. U KJ se vznětovými motory se elektrická účinnost standardně pohybuje mezi 40 – 43 %, a to i u jednotek s menším elektrickým výkonem. Některé nové jednotky dosahují účinnosti až 45 %. V porovnání se zážehovými motory jsou vznětové motory zpravidla investičně méně náročné, nároky na údržbu jsou zde ovšem vyšší. Generální opravu vyžadují po 40.000 provozních hodinách. V souvislosti s používáním fosilního paliva může být problematické vyhodnocování podílu výroby elektřiny z obnovitelného paliva (bioplynu).

Volbě vhodné KJ musí být věnována patřičná pozornost a je zapotřebí zvážit všechny důležité souvislosti.

Efektivní produkce elektrické energie

Z technických dat KJ je rozhodující elektrická účinnost. Udává, kolik procent z energie obsažené v plynu se převede na vyrobenou elektřinu. Vklad vyšší investice do účinné KJ se vyplatí, neboť KJ má dlouhou životnost a při průměrném ročním využití 8.000 motohodin má investice do vyšší elektrické účinnosti rychlou návratnost. Vliv elektrické účinnosti na tržby za elektřinu ukazuje následující příklad (200 m³/hod plynu, 60 % metanu):

• el. účinnost KJ = 35 % … 420 kWh …= 1251 Kč/hod
• el. účinnost KJ = 40 % … 480 kWh = 1430 Kč/hod rozdíl 179 Kč/hod
• Při ročním provozu 8.000 hodin: 8.000 x 179 = 1.432.000,- Kč/rok příjem navíc.

Zajištění kvalitního servisu

Zkušenosti ukazují, že pro ekonomicky úspěšný provoz BPS je potřeba osazovat KJ, které mají jednak špičkové technické parametry (zvláště elektrická účinnost) a současně mají zajištěn kvalitní, operativní a cenově přiměřený servis. Při volbě dodavatele KJ je tedy nezbytné požadovat doložení:

• zajištění servisního zázemí na území ČR
• reference základního přehledu dosavadních realizací kogeneračních jednotek a stability jejich provozu (doba provozu zařízení)
• garance stability provozu KJ (by měla být 7 500 hod., ideálně 8 000 hod/rok.)
• servisních podmínek, včetně soupisu všech oprav a údržby v průběhu životnosti zařízení a délku trvání jednotlivých oprav a údržby
• nákladů na servis a údržbu zařízení (rozdíly v ceně a životnosti základních komponent KJ mohou být velmi rozdílné – typickým příkladem mohou být rozdíly nákladů na výměnu sady zapalovacích svíček nebo intervaly výměny olejových náplní a náklady na jejich výměnu)
• postupu při neplánovaných odstávkách/nespolehlivosti zařízení, včetně případného totálního selhání motoru (popis záruk, např. v podobě poplatků za neplánované odstávky a opravy)
• možnosti zajištění odborné pomoci při uvádění zařízení do provozu
• předpokládané životnosti (provozuschopnosti) zařízení

Volba počtu kogeneračních jednotek

Instalace jedné KJ znamená závislost na spolehlivém provozu této jednotky a při případné poruše či odstávce to představuje výpadek výroby a absenci tržeb. Nicméně v zahraničí je možné setkat se často s tím, že investor dá přednost modernímu zařízení s jednou jednotkou z důvodu vyšší elektrické účinnosti a nižší měrné ceny (Kč/kWel) výkonnější jednotky. Menší kogenerace vzhledem k větším sériím výroby nemusí být vždy na instalovanou kW dražší.

Rozdělení instalovaného elektrického výkonu na sestavu dvou, popř. vícero modulů KJ (v kombinaci s vhodně dimenzovaným plynojemem), představuje zvýšení záruky provozní spolehlivosti a optimálního využití bioplynu. V takovém případě je vhodnější kombinovat pouze KJ od jednoho výrobce a nejlépe i jednoho typu (jedna servisní organizace, stejné servisní intervaly a náhradní díly apod.).

Zásadní je zároveň zvolení optimálního počtu KJ, zejména v případě KJ se zážehovými plynovými motory s ohledem na významně nižší elektrickou účinnost u jednotek s malým instalovaným výkonem. I v ČR ukazuje praxe příklady instalace příliš mnoha modulů KJ s plynovými motory s malým instalovaným výkonem, což vede k neefektivnímu navýšení investice a velmi často i k výrazně nižší elektrické účinnosti. Např. při instalovaném výkonu 1 MW_el. lze instalaci 4 modulů KJ považovat zpravidla za nadbytečnou a neefektivní.

Zdroj: Desatero bioplynových stanic, CZ Biom, 2007, aktualizováno

Tweet

Regulace teploty plynových motorů

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky

Kam směřuje české odpadové hospodářství z pohledu prevence jejich vzniku?

Jak získat udržitelnou biomasu