V letošním roce budou pokračovat práce na distribuční části projektu, především dodávkou a instalací koncepčně nových distribučních trafostanic na Liščím Kopci a pracemi na pokládce kabelů nízkého a vysokého napětí včetně nových technologií automatizace. ČEZ se také zaměří na výstavbu a zprovoznění dobíjecích stanic elektromobilů. Velmi důležitou součástí projektu bude výstavba výrobních zdrojů, v tomto případě jednotek kombinované výroby el. energie a tepla, tzv. kogeneračních jednotek. A právě o těchto zdrojích, technické podstatě a nasazení ve Vrchlabí pojednává tento článek.

Princip kogenerační jednotky

Kogenerace je jedním z vysoce účinných a zároveň ekologicky přijatelných způsobů výroby el. energie, který spočívá v efektivním využití odpadního tepla, jež při výrobě el. energie vzniká. Při procesu kombinované výroby el. energie a tepla je energie vstupního paliva využita až z 90 %. Porovnání kogenerační jednotky s klasickými výrobnami z hlediska účinnosti je uvedeno na obrázku.
Obr. Porovnání účinnosti výroby el. energie a tepla

Z čeho se kogenerační jednotka skládá a jak pracuje

Kogenerační jednotka sestává z těchto čtyř základních částí:

• spalovacího motoru (pohonné jednotky)
• elektrického generátoru včetně zařízení pro připojení do distribuční soustavy
• kotle nebo výměníků tepla vč. propojení na tepelné rozvodné sítě
• kontrolního a řídicího systému

Kogenerační jednotka je konstrukčně řešena umístěním spalovacího motoru a generátoru na společném základovém rámu. Tyto základní prvky doplněné o potřebné příslušenství jsou umístěny pod protihlukovým krytem.

Principiálně je transformace tepelné energie z paliva (zemního plynu) na mechanickou energii zajišťována plynovým spalovacím motorem. Motor pak pohání synchronní generátor, který zajišťuje výrobu el. energie. Pro dodávku tepla z kogenerační jednotky je využíváno teplo z výfukových plynů motoru, teplo z chlazení bloku motoru a chlazení oleje. Dodávka tepla je v horké vodě. Vlastní chladící okruh jednotky je oddělen od okruhu topného systému přes tepelné výměníky.

Provoz kogeneračních jednotek

Kogenerační jednotky jsou provozovány především podle potřeb energií odběratele. Provozovatel kogenerační jednotky optimalizuje chod zařízení dle ekonomicky nejvýhodnějších parametrů dodávek energií, např. dodávky el. energie ve vysokém tarifu 8 hodinovém nebo ve 12 hodinovém. V době, kdy je kogenerační jednotka mimo provoz, se pro dodávku tepla využívá dodávka tepla z akumulačního zásobníku.

Ten slouží k akumulaci tepla v době, kdy je odběr tepla snížený pod jmenovitý tepelný výkon kogenerační jednotky nebo naopak slouží k vyrovnání zvýšeného odběru tepla v době odběrových špiček. Použití akumulace umožňuje udržet kvalitu dodávek tepla na vysoké úrovni a prodloužení provozní doby kogenerační jednotky a tím zvýšení efektivity provozu. Akumulace slouží také k dodávkám tepla do navazující soustavy CZT nebo obdobné v době, kdy je kogenerační jednotka mimo provoz. Jako médium pro akumulaci tepla je použita teplá voda.

Spaliny vznikají v kogenerační jednotce spalováním směsi plynu se vzduchem. Po předání tepla jsou spaliny odvedeny do komína. Uvedení do provozu samozřejmě předchází posouzení vlivu kogenerační jednotky na životní prostředí. Jde o emisní a hlukové limity, které musí být při provozu kogeneračních zdrojů ze zákona dodrženy.

Kogenerační jednotky jsou provedeny jako:

• kompaktní blokové v provedení s protihlukovou kapotou. Toto řešení je určeno především k instalaci do budov, jeho výhodou je jednoduchost a rychlost instalace a nízká hlučnost

Obr. Blokové provedení kogenerační jednotky

• kontejnerové. Toto řešení je určeno k venkovním instalacím mimo obytné či průmyslové budovy, jeho výhodou je snadná instalace a odolnost proti povětrnostním vlivům

Proč a kde kogenerační jednotky ve Vrchlabí

Společnost ČEZ Energo, s.r.o., jeden z předních dodavatelů a provozovatelů kogeneračních jednotek v České republice, vytvořila v roce 2010 ucelenou koncepci nasazení a provozování kogeneračních jednotek ve Vrchlabí.

„Naším záměrem bylo nabídnout společnosti TEPLO KRKONOŠE, a.s. efektivní řešení provozu centrálního zásobování teplem (CZT) i s výhledem na rozšiřování tohoto systému do budoucna“ říká Ing. M. Rzyman, generální ředitel společnosti ČEZ Energo, s.r.o.

Navržené technické řešení bylo přijato a nastala fáze technicko-ekonomických výpočtů parametrů jednotek a jejich lokalizace. I zde došlo ke shodě a se společností TEPLO KRKONOŠE, a.s. byl uzavřen dlouhodobý kontrakt na dodávku tepla do CZT. Zároveň došlo ke zasmluvnění dodávek vyrobené el. energie do distribuční soustavy společnosti ČEZ Distribuce, a.s. Pro výstavbu kogeneračních jednotek dodávajících teplo do CZT byly výsledně určeny 2 lokality:

• areál AZ (býv. AZ Škoda ve Fügnerově ulici), kde je využita stávající budova a v ní instalována jednotka typu TEDOM QUANTO D770 o el. výkonu 800 kW a tepelném výkonu 911 kW

Obr. Instalace kogenerační jednotky v areálu býv. AZ

• areál nkt cables (býv. kotelna v areálu), kde bude instalována jednotka typu TEDOM QUANTO D1600 o el. výkonu 1560 kW a tepelném výkonu 1720 kW

Obě jednotky by měly být instalovány a uvedeny do provozu v roce 2012 a postupně by měly začít dodávat teplo do CZT a el. energii do distribuční soustavy. Jako první bude v provozu kogenerační jednotka v bývalém AZ, která je již instalována (viz obr.) a od června je ve zkušebním provozu. Jednotka umístěná v areálu nkt cables bude realizována během léta a její tepelný výkon bude vyveden předizolovaným potrubím do stávající plynové kotelny, kde bude napojen do CZT.

„Kogenerace je moderní a vysoce účinný systém, který by měl občanům Vrchlabí přinést dlouhodobou stabilní dodávku tepla za příznivé ceny, nižší v porovnání se stávající plynovou kotelnou na Liščím kopci. Navíc naše společnost nemá dostatek vlastních zdrojů na pořízení KGJ a vzniknou i nově záložní zdroje “ říká Ing. M. Polák, předseda představenstva společnosti TEPLO KRKONOŠE, a.s.

Ve stejnou dobu zároveň probíhala jednání se společností nkt cables Vrchlabí k.s., členem skupiny NKT, v jejímž areálu se nacházela dosluhující kotelna a společnost nkt cables hledala efektivní a ekonomické řešení pro další zásobování svého výrobního závodu teplem. I v tomto případě se nabízelo řešení pomocí vysoce účinné kogenerační jednotky.

Také při jednání se společností nkt cables došlo ke shodě a byl uzavřen dlouhodobý kontrakt na provoz rekonstruované teplovodní sítě nkt cables včetně dodávek tepla z kogenerační jednotky. Znamená to tedy, že v areálu bývalé kotelny ve výrobním závodě bude instalována ještě jedna jednotka typu TEDOM QUANTO D1600 o el. výkonu 1560 kW a tepelném výklonu 1720 kW, tentokrát pro potřeby nkt cables.

Jak je vidět z výše uvedeného, vznikla poměrně zajímavá synergie využití areálu bývalé kotelny ve výrobním závodě nkt cables a právě zde vznikne moderní areál, kde budou umístěny kogenerační jednotky, akumulační nádrže, řídící dispečink a další potřebné zázemí.

„Jsem rád, že se podařilo efektivním způsobem vyřešit otázku zásobování teplem pro náš výrobní závod ve Vrchlabí“ říká Ing. T. Vrbata, ředitel společnosti nkt cables. „Vrchlabí je pro nás perspektivní výrobní závod a přispívá k tomu i fakt, že spolupracujeme se společností ČEZ na projektu Smart Region. Také naše společnost staví na inovacích a budoucnosti energetiky. I proto si pořizujeme elektromobil a náš výrobní areál vybavíme dobíjecí stanicí naší výroby“ říká Ing. T. Vrbata. I tato kogenerační jednotka bude realizována během léta a její výkon bude vyveden do teplovodní sítě nkt cables tak, aby byly zajištěny dodávky na topnou sezonu 2012/2013.

Využití kogeneračních jednotek ve Smart Regionu

Lokální výrobní zdroje, kam kogenerační jednotky patří, budou využity i v projektu Smart Region. Právě pro záměr pilotního projektu inteligentních sítí jsou lokální výrobní zdroje velmi důležitou součástí. Cílem je realizovat řešení rovnováhy mezi výrobou a spotřebou el. energie na regionálně vymezeném území.

A právě k tomu ČEZ využije kogenerační jednotku o el. výkonu 1560 kW dodávající teplo do CZT. Tato jednotka bude navíc vybavena tzv. automatikami ostrovního provozu umožňující velmi rychle přejít do napájení určené oblasti, Liščího kopce, a udržet tuto oblast pod napětím i v případě výpadku nadřazené distribuční soustavy. Cílem je  tedy vyzkoušet udržení řízení a rovnováhy mezi spotřebovanou a vyrobenou el. energií a tím zvýšit bezpečnost a spolehlivost dodávek el. energie zákazníkům.

Závěr

Ve Vrchlabí by tedy měly být během letošního roku instalovány 3 moderní kogenerační jednotky o celkovém el. výkonu 3920 kW a celkovém tepelném výkonu 4351 kW. Tyto moderní a vysoce účinné výrobní zdroje přispějí k řešení situace v dodávkách tepla a to i v budoucím výhledu. Jedna z kogeneračních jednotek bude zároveň připravena na řešení stavu výpadku napájení distribuční soustavy, tzv. ostrovní provoz.