Transcript letölt - MK Nonprofit Kft.

Az energiarendszerek
jellemzői, hatékonysága
és auditálása
Dr. Büki Gergely
MMK Energetikai Tagozat továbbképzése
Mérnök Kamara Nonprofit Kft,
2014. november 18.
Energiarendszerek
Energiák, az energiaátalakítás jellemzői
Intenzív Extenzív
jellemző jellemző
Energiák:
Hő
-- meleghő, fűtés
-- hideghő, hűtés
Mechanikai munka
Villamos energia
Kötött energia (primer)
Q = TS = Tms
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
Gőzerőmű rendszerstruktúrája, hatásfoka
P H
H
P T
H 1
S1
G
 ir r
v T
Q 2
Hn S
mH
G
W
H e
T1
Q1


G
m E
T

Q
1
 mH
E
irrT
T2
Si rr i
 i rrT2
W
   1  
Q1
 T1

 irr



mE
P
 
W
P
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!
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
k G 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
G p
p
kG K  K G  G
QK
K
K 
QK
GK
V
gK 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
gHS
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  CO 2  H2 O
CO 2  C  2 CO
C  2 H2  CH 4
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
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.
A gazdaságosság célfüggvényei
Ellátási köteleze ttség
(állam, ö nkormányzat)
Ee  Pc s e
A
cs e
Vállalkozás
E  Pcs cs
B
 lBA 
CB
 lBB 
B  BB  B A
Á
CG A
CGB
CGm  CA  CB
C
C A
Értéknövekedés
C  min!
C
k
 min!
Ee
Ny 
B
n
CGm
Ny  max!
B
CG 
É  max!
Jelenérték, egyenértékűség

A gazdasági vizsgálatokban a berendezés élettartama
(esetleg előírt futamideje) alatt a támogatás nélküli
költségek és energiák, kamatokkal számolt
jelenértékét kell figyelembe venni.

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.
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 jelenértéke
k0 
Energia jelenértéke
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]