Bratislava 5. októbra 2018 – Cieľom analýzy bolo preveriť efektivitu náhrady pohonu kompresorovej jednotky elektrickou energiou vygenerovanou kogeneračnou jednotkou. Základná schéma zapojenia je na obr. 1. Počiatočný stav – kompresorová jednotka je poháňaná elektromotorom, ktorý je napájaný z verejnej sústavy elektrickou energiou.
Východiskový stav
Stlačený vzduch je pripravovaný v kompresorovej jednotke s príslušenstvom, ktorá je poháňaná elektromotorom. Elektrická energia sa nakupuje z verejnej distribučnej siete. V „moderných prevádzkach“ sa teplo z kompresora odvádza a využíva na prípravu teplej vody, resp. na vykurovanie. Tak dochádza k zníženiu spotreby zemného plynu, pretože sa využíva teplo vzniknuté pri kompresnej práci.
Navrhovaný stav
Kompresorová jednotka je poháňaná kogeneračnou jednotkou (KGJ). Vyrobená elektrická energia je privedená priamo do elektromotora, galvanicky oddelené pripojenia – pripojenie môže byť na „jednom ráme“.
Poznámka: Kogeneračnú jednotku je možné pripojiť aj priamo cez spojku. Toto riešenie však prináša riziko prenosu neželaného chvenia z kogeneračnej jednotky do kompresora.
Výhody riešenia:
• získanie doplatku za vysokoúčinnú kombinovanú výrobu elektrickej energie,
• nehradí sa G – komponent,
• nehradí sa tarifa za prevádzkové a systémové služby (elektrická energia),
• v prípade poruchy kogeneračnej jednotky je možné núdzovo pripojiť kompresor priamo na elektrickú sieť, pričom nedôjde ku galvanickému prepojeniu sietí – KGJ bude v tom čase fyzicky odpojená.
Stlačený vzduch, ktorý sa využíva priamo v technologickom procese zákazníka, po filtrácii a sušení spĺňa kvalitu naň kladenú. Systém výroby stlačeného vzduchu je optimalizovaný na celkovú charakteristiku prevádzky, kontrola systému je vykonávaná v stanovených intervaloch.
Primárna regulácia kompresorovej jednotky je realizovaná zmenou otáčok kompresora. Požadovaný rozsah regulácie výkonu kompresora je napr. 80 až 100 %. Kogeneračná jednotka bude preto riadená v závislosti od potreby kompresnej práce.
Z dôvodu pretrvávajúceho stavu pozastavenia pripájania nových výrobcov elektrickej energie do distribučnej sústavy pri všetkých distribučných spoločnostiach, vybudovanie čisto ostrovnej prevádzky v prípade tohto zákazníka nie je možné, a „čiastočný ostrov“ je možný iba pri galvanicky oddelenej sieti od distribučnej siete (čo je technicky možné). Preto štúdia uvažovala s priamym pripojením kogeneračnej jednotky a kompresora, bez dodávania elektrickej energie do miestnej (vnútornej) sústavy zákazníka (kogeneračná jednotka a kompresor na „jednom ráme“). Alternatívne riešenie je aj priame pripojenie plynového motora, cez spojku a prevodovku priamo s kompresorom, ale v tomto prípade zákazník prichádza o alternatívnu možnosť dodávky elektrickej energie z distribučnej sústavy v prípade plánovanej/neplánovanej odstávky plynového motora.
Stručný opis súčasného stavu
Kompresná práca (potreba tlakového vzduchu)
Systém výroby stlačeného vzduchu je po analýze a optimalizácii na celkovú charakteristiku prevádzky. Podľa analýzy chodu kompresorovej jednotky je požiadavka na príkon na úrovni cca 150 kW s reguláciou v rozsahu 80 až 100 %, doba trvania príkonu je 7 000 hodín za rok (tab. 1).
Boli analyzované existujúce podmienky a rozvoj výrobného procesu spoločnosti zákazníka v najbližšom období. Ďalej bol navrhnutý a upravený systém zberu technických dát v rámci jednotlivých procesov. Následne boli vyhodnotené dostupné varianty návrhov optimalizácie systému, ktoré (podľa technicko-ekonomickej vhodnosti) boli aplikované do prevádzky systému výroby, úpravy a distribúcie tlakového vzduchu.
Odpadové teplo z chladenia kompresora je prepojené na zásobník teplej úžitkovej vody.
Spotreba tepelnej energie
Tepelná energia je dodávaná z centrálneho zdroja tepla, ktorá je súčasťou tepelného hospodárstva organizácie. Približne 70 % spotrebovaného zemného plynu sa využíva na technologické účely, t. j. na prípravu teplej vody (90 °C). Priebeh spotreby zemného plynu počas roka 2017 je znázornený v grafe na obr. 2. Ide o technologický odber bez vplyvu vonkajšej teploty.
roka. Príprava technologického tepla
Návrh výkonu kogeneračnej jednotky (na pohon kompresora)
Výkon kogeneračnej jednotky bol navrhnutý podľa požiadavky potrebného elektrického príkonu 150 kWe, potrebného na pohon kompresorovej jednotky (tab. 2).
Tepelný výkon zariadenia bude využitý na prípravu potrebnej teplej vody. Množstvo vygenerovanej elektrickej energie zodpovedá potrebe elektrickej energie na pohon kompresorovej jednotky. Elektrická energia bude privedená k elektropohonu priamo, bez vedenia do vnútornej sústavy organizácie (galvanicky oddelené zariadenie od elektrickej sústavy). Množstvo vygenerovanej tepelnej energie je hlboko pod potrebou tepelnej energie, teda vygenerované teplo je možné využiť v rámci procesov zákazníka.
Ekonomické hodnotenie projektu
Ako už bolo spomínané v úvodnej časti článku, pretrváva tzv. STOP stav pripájania nových výrobcov elektrickej energie do distribučnej sústavy. Prezentovaná štúdia preto uvažovala s priamym pripojením kogeneračnej jednotky a kompresora, bez dodávania elektrickej energie do miestnej (vnútornej) sústavy zákazníka. Alternatívne riešenie je aj priame pripojenie plynového motora, cez spojku a prevodovku priamo s kompresorom, ale v takomto prípade zákazník prichádza o alternatívnu možnosť dodávky elektrickej energie z distribučnej sústavy v prípade plánovanej/neplánovanej odstávky plynového motora (sieť = náhradný zdroj).
Pri ekonomickom hodnotení (tab. 3) boli stanovené nasledujúce východiskové predpoklady:
• doba splácania úveru 7 rokov,
• WACC (Weighted Average Cost of Capital – vážený priemer nákladov na kapitál – úroková miera) 7,2 %,
• doba hodnotenia projektu 15 rokov,
• cena tepla (eur/GJ) zostáva nezmenená (ceteris paribus).
Záver
Stlačený vzduch sa používa v rôznych odvetviach priemyslu, a je jednou z najdrahších foriem prenosu energie. Vo väčšine prípadov sa na pohon kompresora používa elektrická energia. Použitie kogeneračnej jednotky spolu „na ráme“ (nemusí byť doslovné) s kompresorom umožní, pri vhodných podmienkach zníženie prevádzkových nákladov na kompresnú prácu (stlačený vzduch). Keďže elektrická energia sa spotrebuje priamo v mieste výroby, a nebude distribuovaná v rámci žiadnej sústavy, odpadá problematické vybavovanie „licencií“ z MH SR na výstavbu energetického zdroja a následne pripojenia sa do distribučnej sústavy, keďže ide výlučne o alternatívny pohon kompresora. Zákazník tak získa doplatok za vysokoúčinnú kombinovanú výrobu tepla a elektrickej energie, a získa vysokoefektívnu pohonnú jednotku kompresora.
Ako je vidieť v citlivostnej analýze projekt (návratnosť) má minimálnu citlivosť na zmenu doby prevádzky a výšky investičných nákladov (tab. 4a)! Zároveň zmena ceny elektrickej energie a zemného plynu taktiež nemá významný dosah na návratnosť projektu (tab. 4b).