Efektívne vykurovanie zemným plynom

Jednou z najprogresívnejších možností riešenia týchto závažných problémov je nahradzovanie starých technológií pri výrobe elektrickej energie a tepla novými, efektívnejšími, ekologickejšími a všestranne výhodnejšími technológiami, ktoré predpokladajú rekonštrukciu, či výmenu zastaraných energetických celkov za nové, pracujúce na princípe racionálneho spaľovania zemného plynu.

Zároveň za presne stanovených okrajových podmienok, dodržaní bilančných pravidiel sa zemný plyn javí ako vhodné palivo aj na vykurovanie a prípravu teplej vody v budovách vrátane budov s nulovou potrebou energie (pasívnych domoch). Je to najmä z dôvodu výhodného pomeru ceny zdroja, vysokej účinnosti plynových kotlov, nízkych prevádzkových nákladov, jednoduchosti, skutočného komfortu a dostupnosti, nehovoriac o takmer zanedbateľnom dopade na ekológiu.

Cieľom článku je prezentovať dve analýzy, ktoré sa zaoberajú prípravou tepla a elektriny pre priemyselný park a porovnať zdroje vykurovania v rodinných domov.

1. Priemyselný park

Predmetom analýzy bolo vyhodnotiť podmienky a predpoklady nasadenie kogeneračnej jednotky na výroby tepla a elektrickej energie v priemyselnom parku (ďalej len „PP“). V PP sa nachádza viac zdrojov tepla, v ktorých sa pripravuje teplá úžitková voda (ďalej len „TÚV“), teplo na vykurovanie budov a technologická para (dva parametre pary). Cieľom je vybudovať centrálny zdroj tepla a elektrickej energie s cieľom optimalizovania zdrojov. 

Návrh zdroja tepla a elektrickej energie

Maximálna potreba výkonu elektrickej energie je približne na úrovni 3 000 kW, priemerná potreba výkonu je cca 1 700 kW. Základná potreba elektrickej energie (tzv. base load) sa blíži k hodnote 500 kW počas celého roka. 

Nový zdroj tepla (mikroturbína a spalinový kotol) (obr. 1) s elektrickým výkonom 200 kWe a tepelnom výkone (spalinový kotol s prikurovaním) 808,6 kWt (čo zodpovedá hodnote base load tepla) s dvoma výstupmi pary 220 °C, 1,41 MPa, množstvo 0,6 t/hod. a 150 °C, 0,6 MPa, množstvo pary 0,5 t/hod. Tretí výstup pary 170 °C, 0,1 MPa množstvo 6 t/hod, bude pripravovaný v samostatnom parnom kotli.

Ekonomické hodnotenie

Pri súčasnom „stop stave“ nie je možné dodávať prebytočnú vyrobenú elektrickú energiu do verejnej elektrickej distribučnej sústavy, resp. vo veľmi obmedzenom režime. Potreba tepla (určená na základe spotreby zemného plynu) neumožňuje ekonomické prevádzkovanie kogeneračnej jednotky bez marenia tepelnej energie, ani v prípade, že by obmedzenia „stop stavu“ boli zrušené.

Pre ekonomické nasadenie zdroja je potrebné zabezpečiť, aby doba prevádzky nového zdroja bola čo najdlhšia – s maximálnym ekonomickým prínosom, a to bez plytvania energií. Z analýzy trvania výkonu vyplýva, že doba prevádzky nového zdroja (turbína) je cca 7 220 hodín za rok (tab. 1).

Záver

Výkon zdroja (200 kWe, 808,6 kWt) bol navrhnutý bez nutnosti marenia (mrhania) tepelnej energie – na maximálny možný tepelný výkon, ktorý je možné v PP využiť v optimálnom režime. Zvýšenie elektrického výkonu zdroja vyvolá nutnosť marenia tepelnej energie (v chladičoch), čo významne zhorší návratnosť projektu (marenie tepelnej energie bez finančného prínosu).

Doba návratnosti projektu je 10,5 rokov, kumulovaný DCF je 50 332 eur v 15. roku. Vnútorné výnosové percento je 12,50 %.

Porovnanie zdrojov vykurovania v rodinných domov
Voľba vhodného vykurovacieho systému v rodinnom dome ovplyvní jednak tepelnú pohodu a komfort v dome, ako aj celkové finančné náklady, ktoré musí užívateľ domu vynaložiť na inštaláciu a prevádzku vykurovacieho systému.

V súčasnosti sa projektujú a stavajú už iba ultra nízkoenergetické rodinné domy (trieda A1). V budúcnosti (od roku 2021) to už budú len domy s takmer nulovou potrebou energie (pasívne domy, trieda A0).

2. Porovnanie investičných a prevádzkových nákladov

Do ekonomického hodnotenie akýchkoľvek vykurovacích systémov vstupujú dva základné parametre: 1. investičné náklady a 2. prevádzkové náklady po dobu životnosti zariadenia, resp. po dobu hodnotiaceho obdobia. Výsledok hodnotenia sú úplné náklady, ktoré musí vlastník vynaložiť za 15 ročné obdobie prevádzky zariadenia.

Na účely porovnania základných zdrojov vykurovania (tab. 2) sme si zvolili nasledujúce parametre:

• nový rodinný dom v energetickej triede A1 s rozlohou 120 m2,
• nízkoteplotný podlahový vykurovací systém (teplovodný),
• potreba tepla (na vykurovanie a teplú voda) je 13 630 kWh a
• odhad investičných nákladov na kompletnú inštaláciu podlahového vykurovanie je cca 5 500 až 6 000 eur.

Základné výhody a nevýhody jednotlivých zdrojov vykurovania:

Plynový kondenzačný kotol

+  moderné, ekologické zariadenia s minimálnou až takmer žiadnou produkciou emisií,
+  komfortná obsluha a špičková regulácia (napr. aj cez smartphone),
+  čistá a komfortná prevádzka,
+  jednoduché ovládanie,
+  vysoká účinnosť prípravy tepla na vykurovanie (až 97 %),
+  okamžitá príprava teplej vody prietokovým systémom (nie je potrebný zásobník teplej vody), čo znižuje výšku investície do vykurovacieho systému a zároveň nedochádza k stratám tepla v zásobníku,
+  na rozdiel od ostatných zdrojov tepla nevyžaduje výstavbu kotolne (kotol sa môže umiestniť napr. do kúpeľne, predsiene a pod.),
+  kondenzačný kotol patrí k zariadeniam s nižšou obstarávacou cenou, vrátane samotnej inštalácie,
-  potreba budovania plynovej prípojky a odvodu kondenzátu. 

Kotol na drevené peletky

+  účinnosť moderných peletkových kotlov je na výbornej úrovni (až 90 %),
+  systém je dobre regulovateľný,
+  automatizované prikladanie - súčasťou kotla je zásobník peletiek s dopravníkom, ktorý dopĺňa peletky podľa potreby do kotla. Veľkosť zásobníka býva štandardne od 100 litrov (čo predstavuje cca 1 deň vykurovania) až po 1 000 litrov (10 dní),
-  obmedzený komfort vykurovania - neustála potreba dopĺňania peletiek do zásobníka,
-  vysoká produkcia emisií (najmä vysokoškodlivých tuhých znečisťujúcich častíc a CO2),
-  tento systém vykurovania vyžaduje samostatnú kotolňu,
-  nutnosť centrálneho skladovacieho priestoru, ktorého výstavba sa nesprávne nezapočítava do investície systému vykurovania, čo z pohľadu investície výrazne „vylepšuje“ tento systém vykurovania,
-  teplú vodu nie je možné pripravovať prietokovo, príprava je možná iba do zásobníka teplej vody,
-  základná cena kotla so zásobníkom a dopravníkom je približne 3x vyššia ako cena kondenzačného kotla.

Kotol na kusové drevo

+  lacná prevádzka a nízka cena paliva,
+  základná cena kotla na drevo sa pohybuje na úrovni ceny plynového kondenzačného kotla,
+  prevádzka moderných splyňovacích kotlov je v rozsahu 50 % až 100 % menovitého výkonu,
-  najmenej komfortná obsluha, ako aj regulácia,
-  celoročná účinnosť kotlov na drevo sa pohybuje okolo 70 % (podľa niektorých zdrojov aj nižšie),
-  samotné spaľovanie dreva je spojené s vysokou produkciou emisií a to najmä vysokoškodlivých tuhých znečisťujúcich častíc a CO2,
-  tento systém vykurovania vyžaduje samostatnú kotolňu,
-  prikladanie dreva do kotla nie je automatizované, je potrebné ho zabezpečiť ručne, a to spravidla 3x za deň (značný diskomfort),
-  teplú vodu nie je možné pripravovať prietokovo, príprava je možná iba do zásobníka teplej vody,
-  potreba vhodných skladovacích priestorov, pretože kotly na drevo sú vysokocitlivé na kvalitu a vlhkosť dreva.

Tepelné čerpadlo (TČ) vzduch/voda

+  moderné, ekologické zariadenia, ktoré minimálne zaťažujú životné prostredie,
+  komfortná obsluha a špičková regulácia (napr. aj cez smartphone),
+  čistá a komfortná prevádzka,
+  príprava tepla na vykurovanie a teplú vodu je vysoko efektívna, pretože TČ získava časť energie z okolitého prostredia,
+  súčasťou TČ je zásobník na teplú vodu a elektrický kotol,
+/-  efektívnosť TČ je síce vysoká, ale je aj priamo závislá od vonkajšej teploty vzduchu a požadovanej teploty vykurovacej vody. Čím je vonkajšia teplota nižšia, tým je efektívnosť TČ nižšia, a prevádzkovanie TČ je menej efektívne. Aby bolo TČ schopné dodávať teplo aj pri teplotách pod 0 °C je jeho súčasťou elektrický kotol, ktorý priamo „pomáha“ TČ.
-  TČ vyžaduje samostatnú kotolňu, ktorej cena vstupuje do celkových investičných nákladov,
-  zvýšená hlučnosť vonkajšej jednotky TČ,
-  vysoké investičné náklady.

Záver

Čo sa týka celkových nákladov na vykurovací systém počas hodnotiaceho obdobia 15 rokov, najvýhodnejšie je kúrenie drevom. Potom nasleduje zemný plyn, peletky a nakoniec tepelné čerpadlo. Ak do hodnotenia zahrnieme užívateľský komfort, tak vykurovanie zemným plynom je najvhodnejšia voľba.