Transcript letölt - MK Nonprofit Kft.

Az energiarendszerek
jellemzői, hatékonysága
és auditálása
Dr. Büki Gergely
MMK Energetikai Tagozat továbbképzése
Mérnök Kamara Nonprofit Kft,
2014. október 28.
Energiarendszerek
Energiarendszer
Vége nergia -felhasználás F
Háztartás
Szo lgáltatás
Tüzelőanyag
Villany
Ipar
Kö zlek edés
Távhő Üz emanyag
Vezetékes ene rgiae llátások
Szekund er energiahord ozók
F 
V
Energiaátalakitás
Erőm űvek , fűtő műv ek, fűtőerőmű vek,
fin omítók stb.
Primer energ iaho rdozó k
F öldg áz
Kőolaj
Szén
Primere nergia -felhasználás G
Atom
Meg úju ló
energiák
U
F
F
G V


G F V
G
Országos és települési energiarendszer
ORSZÁGO S ENERGIARENDSZE R
Ei mp
TELEPÜL ÉS ENERG IARENDSZERE
Végenergia-fel használás, F
Ors zágos végenergia-felhaszná lás, F O
Háztartások , intézmények , vállalkozások
Közlekedés, háztartások, intézmények, vállalkozások
Tüzelőanyag
Üz emanyag
Táv hő
Villa m os
ener gia
Vi llamos
energi a
Táv hő
T üzelőany ag
E be
E VE R
E ki
Megújulók
Ország os energiaáta lakítás
Ener giaátal akítás
Erőművek, fűtőmű vek , fűt őer őművek ,
fin omí tók stb.
F űtőművek , fűt őerő művek,
h őszi vatty úk stb.
At om
Szén
Kőolaj
Földgáz
Országos primerenergia-felhasználás, GO
Foss zilis (földgáz) , G F
Meg újulók, G U
Primerenergia-felhaszn álás, G
Település hőellátása
Település hőellátása, Q
Hideghő-igénye k, Q h
Meleghő-igények, Q m
Fűtés
HMV termelés
Technológi a
Egyedi , Qm e
QK
QAH
QHS
Távfűtés, Q mt áv
Q VF QF M
QA Hh QGM h
f
h
gK
AH
gAH
HS
y HS
f
AH
VF
Q AH
y VF
QF E
FM
GK
GA H
GH
KH
g AH h
yK Hh
GM-HS
FE
g FE
gF M
GFM
GF E
GGM
GU
AH
QKHh
E FE
gG M
Megújuló, G U
QAH h
qA H h
G AH
Primerenergia- felhasználás, G
Hulladék, G H
Q HG
Q KL
Qh ip
T ávhűtés, Q h táv Egyedi, Qh e
QF E Q GM
f
K
Háztartási HG
Klímaberendezés
Technológia
Qf
Q HM V
Q m ip
Foss zilis, G F
GF
E HS
EVF
E KH
Villamosenergiafelhasználás, E
E FE
E
Energiarendszer és az energetika
fő feladatai
Rendszerszemlélet:
Energiarendszer: termelés-szolgáltatás-fogyasztás
Gazdaságosság – a költségek jelenértéke alapján
Az energetika fő feladatai:
1. Fogyasztói energiatakarékosság, energiaigények
2. Az energiaellátás energia- és költséghatékonysága
3. Optimális energiastruktúra, beleértve a megújulók,
hulladékok hasznosítását
Energiaigények, energiatakarékosság
Tele pülés ener giaigénye, I
Vi llam os
en ergi a, IE
Hő ( meleg/hideg), IQ
EQ
Villam os
en ergi a, E
TE
Távhő, Q
TQ
Tüzelőanyag, T
Település végen ergia-felhasználása, F
Energiaigények, energiatakarékosság
A település energiaigénye (hasznos energia)
I  IE  I Q
A település végenergia-felhasználása
F  E  Q T
A település energiafelhasználásának hatásfoka
IE  I Q
I
 I-F  
F E  Q T
Település energiaellátó rendszere
E VER
Település végener gia-felhasználás a, F
Vi llamos
en ergia, E
T ávhő, Q
Tüzelőanyag , T
HS
KE
FE
Fosszil is energiák, GF
FM
M egújulók, GU
Település primerene rgia-f elhasználása, G
Hatékonyságnövelés eszközei és
hatásfoka
Az energiahatékonyság-növelés eszközei
jobb hatásfokú berendezések,
kapcsolt energiatermelés,
hőszivattyús hőtermelés.
Az energiahatékonyság hatásfoka
F - G 
F

G
E  G T
E VER
GF  GU 
 VER
Optimális primerenergia-struktúra
célfüggvényei
Minimális primerenergia-felhasználás
E VER
G  GF  GU 
 min!
 VER
Minimális primerenergia-költség
CG  Gi pGi  min!
Minimális környezet/klíma-szennyezés
ECO2  Gi eCO2 i  min!
Optimális primerenergia-struktúra
gyakorlati kérdései
• Földgáz: túlsúly, földgázkiváltás
• Szén: korszerű szénerőmű, környezet,
szénbányászat-munkahely
• Atomenergia: Paksi Atomerőmű, Paks 2
• Vízenergia: kudarc és tabutéma
• Megújuló: mindent megold – pótcselekvés
Energetikai-társadalmi-politikai szemlélet,
közmegegyezés, együttműködés!
Energiák, az energiaátalakítás jellemzői
Intenzív Extenzív
jellemző jellemző
Energiák:
Hő
-- meleghő, fűtés
-- hideghő, hűtés
Mechanikai munka
Villamos energia
Kötött energia (primer)
Q = TS = Tms
hőközlés +
hőelvonás -W = pV
E = Q
G = m c2
T
S
p
V
Q

G  H  mh
G  H  TS
Energiaátalakítás jellemzői:
Hőtermelés fajlagos primerenergia-felhasználása
Hőtermelés fajlagos villamosenergia-felhasználása
Villamosenergia-termelés fajlagos
primerenergia-felhasználása
g = G / Q =1/
y= E / Q
gE = G/E = 1/E
Energiatermelés, -ellátás
mutatói
Kizárólagos villamosenergia-termelés, KE
Erőműtípusok:
Gőzerőmű
G
E
E
G
E
G
Gázturbina
V
G
E
Gáz/gõzerõmû
gKE 
G
1

E KE
kG KE 
G pG
p
 G
E
KE
Kizárólagos hőtermelés, K
Kazántípusok:
a)
b)
c)
QK
QK
QK
GK
GK
GK
QK
GK
gK 
GK
1

QK K
GK pG pG
kG K 

QK
K
K 
QK
GK
V
g K br
GK  EK / E
yK

 gK 
QK
E
Kompresszoros (HS) és abszorpciós
hőszivattyúk (AH)
Kompresszoros hőszivattyú:
QH S
E HS
EHS
f 
QH S
EHS
Qa
QHS
g HS
GHS
1


QHS  fE
g AH
GAH
1


QAH  fG
(Qa )
Abszorpciós hőszivattyú:
(Q a)
GAH
GAH
Q
Q AH
Q
 fG  AH
G AH
Q AH
Qa
Hőszivattyús hőtermelés fajlagos
primerenergia-felhasználása
1,5
1,25
gK
1,1
1,0
E  0,3
0,4
Kazá n
0 ,5
0,5
0
gázkazán
kondenzációs
kazán
0,95
gHS
0,6
2
3
4
f
5
biokazán
Villamos fűtés, VF
Energiafolyamat:
EVF
Q VF
g VF
y VF
E VF

1
Q VF
GVF y VF
1



QVF
E E
EVF
Q VF
Fűtőműves távhőellátás, FM
Kapcsolás
Qv
Esz
QF M
GF M
FM
QFM f
QFM

GFM
y sz 
E sz
QFM f
f 
Qv
QFM f
GFM 
g FM f 
E sz
E
QFM f

1 f
FM

y sz
E
Kapcsolt energiatermelés, kp
Energiafolyamat:
EFE
m 
GFE
E 
QFE
QFE  EFE
E
,   FE
GFE
QFE
EFE
,
GFE
Q 
EFE
GFE
QFE
GFE
QFE
V
GFE 
g kpQ 
EFE
E
QFE

1 
m

1  E 
1 



E  Q  E 
Kapcsolt hőtermelés fajlagos
primerenergia-felhasználása (a)
1,2
Földg áz
 m  0,84
1,0
0,60
0,8
g Q kp
0,33
0,6
0,30
0,27
0,4
0,55
E
0,50
0,45
0,24
Biomassza
m  0,82
0,2
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8

1,0
1,2
Kapcsolt hőtermelés fajlagos
primerenergia-felhasználása (b)
0,5
1,4
0,1
0,3
1,2
0,4
0
0,2
1,0
0,6
0,8
0,7
gQkp
0,6
0,8
0,4
0,9
0,2
 E / E  1
0
0
0,2
0,4
Q
0,6
0,8
1
Fűtőerőműves távhőellátás, FE
Kapcsolás
E FE
Qv
Esz
GF E
QF E f
QF E
m 
 
QFE  E FE
GFE
ysz 
Esz
QFE f
f 
Qv
QFE f
EFE
QFE
GFE 
g FE f 
EFE
E
QFEf

E sz
E
 1   
y
(1   f )  sz
 

E
  m E 
Gázmotoros-hőszivattyús távhőellátás,
GM+HS
Kapcsolás:
Qv
Esz
QGM
QH S
WGM
GGM
Q G M   QGG M
W G M  E GG M
QGM f
f
y sz 
E sz
QGM f
f 
Qv
QGM f
QH S   f W GM
GGM 
g GM f 
E sz
E
QGM f
y sz
1

(1   f ) 
 Q   f E
E
Kompresszoros hűtőgép, KH
Energiafolyamat:
(Qk)
EKH
EKH
h 
Q KH
E KH
QKH
g KH
GKH
y KH
1



QKH  hE
E
Q KH
Qk
Hőszivattyú és hűtőgép
magyar és angol energetikai mutatói
MAGYAR
Höszivattyú
Fűtési tényező
Q f
f 
P
Átlagos fű tési tényező
f 
Qf
E
Hűtőgép
Hűtési tényező
Q h
h 
P
Átlagos hűtési tényező
h 
Qh
E
ANGOL
Coeff icient of Performance
COP 
Q f
P
Seasonal Coefficient of Performance
SCOP 
Qf
E
Ene rgy Efficiency Ratio
Q h
EER 
P
Seasonal Energy Efficiency Ratio
SEER 
Qh
E
Gáz- és hőfűtésű abszorpciós hűtőgép,
AH
Gázfűtésű abszorpciós hűtőgép:
(Q k)
 Gh 
GAH
Qh
GA H
Qh
GAH
Q
 G AH  Qh
g AH
GAH
1


Qh
 Gh
q AH
QAH
1


Qh
h
Qh
Hőfűtésű abszorpciós hűtőgép:
(Q k)
h
QAH
Qh
Qh

QA H
QAH
Q AH+Q h
Qh
Gázmotoros-hűtőgépes távhűtés, GM+h
Kapcsolás:
QGM
QH S
ysz 
WGM
GGM
h
WG M  E GGM
E sz
QGM h
h 
Qv
QG M h
Qv
Esz
QGMh
Qh
Qh  h W G M
GGM 
g GM h 
E sz
E
QGM h

1
 h E
(1   h ) 
y sz
E
Távhűtés fűtőerőművel és abszorpciós
hűtőgéppel, FE+h
Kapcsolás:
EFE
(Qk)
Qv
Esz
GF E
QA H f
QF E
Q  E FE
 m  FE
G FE
E
  FE
QF E
g FE h
y sz 
QAH h
E sz
QAH f
f 
Qv
QAH f
h 
Q AH h
Q AH f
g FE Q
y sz 
GFE
1   1    


1   f  





QAH h
h
 h    m E 
E 
Hűtés és/vagy hűtés
Hűtés
a)
Fűtés
Fűtés+hűtés
c)
b)
E
Qf
Qh
Qh
h 
E
E
E
Qf
f 
E
Qh
 h f 
Qf
Qh  Qf
E
Trigeneráció
Te
Q G M
F
Q f
H
Q h
Tv
PGM
G
GM
GM
AH
Th e
Th v
Megújuló energiák
hasznosítása
Megújuló energiák hasznosítása
HS
Villamo s
energi a
VE
SzE
Üzemanyag
Hő
NE
BE
NK
BK
Megújuló energiák
GE
ÜA
Biomasszák, hulladékok hasznosítása
Végenergia-felhasználás F
Tüze lőanyag
Tüzelőanyag
gyártás
Fűtőmű
Villa mos energia
Távhő
Kond.
Fűtőerőmű
gáz, gőz, ORC, Kalina erőmű
T üz e lé s
Üzemanya g
Fűtőerőmű
GM
G á zt e r m e lé s
Biom assza, hulladékok
B
Üzemanyag
gyártás
Gőzturbinák a Pécsi Erőműben
Földgáz
B álázott termékek
Faap ríték
185 t/h
137 t/h
50 MW
 m  0,56
  0,72
35 MW
1 76 t/h
176 t/h
27 MW
10 bar/28 0°C
1 26 °C
66 °C
Külsőhevítésű, Stirling-motor
ORC biomassza erőmű
T
 Si rrT
1”
1’
T1
S1
1”
E
2
1
1’
G
1
ORC
2
T2
2’
2*
S f
2’
2* e
2’
v
e
TQ
Q
Sg
v
S2
 S i rr2
S Q
S
Kalina-körfolyamatú biomassza erőmű
1
T
p1
SirrT
T1
p1
1
1f
E
1f
G
S 1
2
1r
1r
p2 2
S f
2*
2’
e
Q
p1
2’
v
p2
T2R
2*
S g
e
TQ
v
 S2
S irr2
S Q
S
Anaeorob biogáz-termelés
EB
B
G
GBG
EGM
F
EF
Előfermentor
GGM
Utófermentor
QGM
E
QF
Q
Trágya
EH
Qh
H
Qf
Biogáz-termelés szennyvízből
Szen nyvíz
Szennyvíz-sűrítés
Híg szenn yvíz
Szennyvíz-iszap
Szen nyvíz-tisztítás
Biogáztermelés
Tisztitott szennyvíz
Híg trágya,
öntözés
Biogáz
Trágya
Szilárd trá gya,
komposzt
Güssingi faelgázosító és erőmű
Fagázszűrő
GM
Fagá z
Füstgáz
E  0,25
 Q  0,56
Tüzelési zóna
Elgázos ító zóna
Fagáztisztító
C  H2 O  H2  CO
CO  H2 O  CO2  H2 O
CO2  C  2 CO
C  2 H2  CH4
Fa
Gőz
Levegő
Salak
Depónia-gáztermelés
Gázelvezet ő cső
Védőgát
Takaró réteg
Szigetelés
Tömörített hulladék
Cs urgalékvíz
Biomassza eltüzelése vagy elgázosítása?
Tüzelés
E = 2,4 GJ = 667 k Wh
Hõ
1t
G = 15 GJ
Q = 12 GJ
0 ,8
Q == 9,6
9,6 GJ
GJ
Elgáz osítás
E /Q = 0,25
Biogáz
1t
G = 15 GJ
G = 8 GJ
3
400 m / t
3
20000 kJ/m
0,85
Hõ
Q = 6,8 GJ
E = 3,0 GJ = 833 k Wh
3,8 GJ
GJ
QQ ==3,8
E /Q = 0,79
trágya
Gazdaságosság
Alapelvek (a)
1.
2.


A gazdaságosság követelmény az energetikai
berendezések létesítése, üzemvitele és fejlesztése
esetén.
A gazdaságosság megítélése eltérő: Ellátási
kötelezettség esetén nem az ellátás gazdaságosságát
kell vizsgálni, hanem azt, hogy az ellátás milyen
megoldással gazdaságosabb (változatokat kell
összehasonlítani),
Üzleti vállalkozás esetén a befektetések (költségek) és
a bevételek (árak) különbsége határozza meg a
vállalkozás jövedelmezőségét.
Értéknövekedés, vagyongyarapodás.
Alapelvek (b)
3. A gazdaságosság, az optimalizálás célfüggvényei:
- minimális energiaköltség, -egységköltség
K  min!
k
K
 min!
E
- maximális nyereség, eszközarányos nyereség
Ny  Á  K  max!
ny 
Ny Á  K

 max!
E
E
- maximális (piaci)értéknövelés
É  max!
Alapelvek (c)
4.
A gazdasági vizsgálatokban a berendezés élettartama
(esetleg előírt futamideje) alatt a támogatás nélküli
költségek és energiák, kamatokkal számolt
jelenértékét kell figyelembe venni.
5.
Az összehasonlított változatoknak a fogyasztói ellátás
szempontjából és rendszerszinten egyenértékűnek kell
lennie:
azonos értékelhető teljesítmény,
azonos energiaellátás,
azonos ellátásbiztonság,
berendezés és rendszerszintű költségek,
externális költségek.
Alapelvek (d): átlagértékek
Q cs
 cs 
Q
Q
cs
A
B
Q ( )
Q
 cs
G
G

G ( )
B
G
A
g 
G
G
Q
Energiatermelés egységköltségének
jelenértéke
Értelmezés
Költségek jelenérték e
k0 
Energia jelenérték e
Összefüggés
i
0
k0 
B0  CG 0  ....
E0

i
n
 1 
 1 
B

C


 i  1  r   G i  1  r   ....
i  m
i 0
n
i
 1 
E
 i  1  r  ....
i 0
 min!
Beruházási költségek jelenértéke,
interkaláris tényező
Az interkaláris tényező
0
B0
i

B
 1 
 Bi  1  r 
i  m
0
 Bi
i  m
i
 1.
Tüzelőköltségek jelenértéke (E = áll.)
Energiatermelés jelenértéke, annuitási tényező
E0  E
(1  r )n  1
r (1  r )
n

E
l
l 
Tüzelőköltségek jelenértéke
CG0
(1  r )n  1 CG E pG
 CG


n
l
l
r (1  r )
r (1  r )n
(1  r )  1
n
.
Energiatermelés egységköltségének
jelenértéke (E = áll.)
C0
CG 0
k0 
B0  CG 0
E0
 l
ib
 cs
 g pG
B0
E0
E0
k0
k0
n
év
Statikus és dinamikus megtérülési idő
 B0  Cm
(1  r )nm  1
r (1  r )
nm
 C0  0
12
év
0,07
10
0,08
8
nm
 B0
lg1 
Cm


1
lg
1 r
Cm
r
B0

r 

0,06
nm
r0
6
4
2
2
4
 B0
Cm
8
10
12
Ft
Ft/év
Évi fűtési tartamdiagram kérdőjelei
Q v cs
Q v c s
a)
Q

Q
v
Q
Q v
Qny
b
Qf a
a
-15
Tk
2300

Q v c s
°C 20
Q ny
f
b)
Q f  Q v  Q ny
Q

Q
v
Qf b
Q ny

f
Minősítés -audit
Minősítő eljárások
• Háztartási berendezések energetikai
címkézése
• Épületek energetikai tanúsítása
• Energiarendszerek energetikai
auditálása
Energiarendszerek energiatanúsításának
helyzete és kérdőjelei
• 2012/27/EU-energiahatékonysági irányelv előírja az
energiarendszerek energetikai auditálását.
• Hazai helyzet kettős:
- az energiarendszerek energiauditálása spontán folyik,
- épületek energetikai tanúsítása = energiarendszerek
energetikai auditálásával.
• Az energetikai auditálás szabályozása szükséges,
törvény vagy rendelet keretében.
• A kormányzatnak feladata és lemaradása van.
• Szükséges lenne a szakma és a kormányzat
egyetértése, közös állásfoglalás kialakítása úgy, hogy az
egyedi érdekek helyett a közérdek érvényesüljön.
Energiarendszerek energiaauditálásával
szemben támasztható követelmények
• Energiarendszerek energetikai auditálása csapatmunka!
– Ezt érvényesíteni kell az energiaauditorok
kiképzésében, minősítésében, jogosításában, az
auditáló csoport összeállításában és munkájában.
• Az energiarendszer energetikai auditálásának az
energiaredszer fejlesztését kell szolgálnia! – Együtt kell
működnie a fejlesztés energiatervezésével, a
kivitelezésével és az üzemeltetésével (ESCO).
• Az energiarendszerek energiaauditálása készülhet
állami előírás vagy önként vállalás alapján! – Mindkettő
fontos.
Az ESCO-rendszer költségviszonyai
200
Be ruhá zás n élküli
évi e nergi akölts égek
%
Beruház ási
költs ég
T örle szté sek
jelenérté ke
150
Vállalkozó
haszn a
Évi
költség
100
Fina nszír ozás
törle sztés e
Me grend elő
megta karít ása
Be ruhá zás u táni
évi ene rgiakö ltségek
50
0
1
2
3
4
5
6 7
8
9
10 11 12 13 1 4 15
év
Energiarendszer egybefonódó fejlesztése
Energetikai
audit
+
Energetikai
tervezés
+
Kivitelezés,
üze meltetés
AZ ENERGIAREN DSZER SIKERES KOR SZERŰSÍTÉSE
Mindegyik tevékenység csapatmunka!
Irodalom:
MMK Energetikai Szakkönyvek sorozat
Mérnöki Kamara Nonprofit Kft.
2500 Ft
4465 Ft
Megjelenik
2014-ben
Kívánom, hogy az
elmondottakat hasznosítsák,
és
köszönöm megtisztelő
figyelmüket!
[email protected]