Studenti

Článků v rubrice: 222

Kogenerace s akumulací tepla

Kogenerace s akumulací tepla – takové bylo téma práce Aleše Popelky, které si vybral pro svou úspěšnou účast v soutěži Cena Nadace ČEZ 2014. Svůj soutěžní příspěvek, za který získal druhou cenu v kategorii Klasická elektroenergetika a tepelně energetická zařízení, uvedl slovy: „Kogenerační jednotky jsou v dnešní době velice nasazované pro svou vysokou účinnost přeměny energie v plynu na energii elektrickou a tepelnou; ta dosahuje až 95 %. Proto jsem vytvořil model provozu kogeneračních jednotek v síti centrálního zásobování teplem (CZT) tak, abychom mohli v daném projektu u nasazených jednotek zkoumat a hodnotit jejich technické i ekonomické parametry.“ Další podrobnosti čtenářům Třípólu nabízí v následujícím článku. K úspěšné účasti v soutěži mu blahopřejeme.

Fotogalerie (10)
Aleš Popelka obhajuje svou práci před porotcem doc. Rosenkranzem v soutěži Cena Nadace ČEZ 2014 (Foto ČEZ)

Model jsem vytvořil pomocí softwaru Mathematica, který umožňuje snadnou práci s daty a rychlý výpočet daného modelu. Kogeneračních jednotek existuje více druhů, model však byl navržen především pro kogenerační jednotky se spalovacím motorem na zemní plyn. Jejich velkou předností je téměř okamžité spínání a vypínaní, a to aniž by docházelo k poškození technologické části. Nevýhodou jednotek je velice malá regulovatelnost výkonu – jednotky se regulují jejich spínáním a vypínáním. Vytvořený model slouží k posouzení nejvhodnější řídicí strategie pro ovládání jednotek, tak abychom uspokojili předpokládaný tepelný požadavek.

Systémy s kogeneračními jednotkami spalovacího motoru

Celý systém s kogeneračními jednotkami na principu spalovacího motoru se skládá z kogeneračních jednotek, z akumulačních nádrží na teplou vodu a z kotle spalujícího zemní plyn; ten slouží při vypnutých kogeneračních jednotkách jako špičkový nebo záskokový. Akumulační nádrže pomáhají přizpůsobit výkon kogeneračních jednotek na tepelný požadavek a umožňují časově posouvat výrobu tepelné energie oproti její spotřebě.

 

Princip modelu

Model počítá pokrytí tepelného požadavku pro každou hodinu v roce, a následně vypočítá potřebnou elektrickou i tepelnou energii (obr. 1). Dále model obsahuje model zásobníků teplé vody, včetně modelu odebírání a ukládání teplé vody i následných tepelných ztrát pláštěm zásobníku. Vývojový diagram celého modelu je na obr. 2.

 

Výstup z modelu

Z modelu získáme několik výstupů. První nám ukáže, jak byl tepelný požadavek uspokojen v každé hodině v roce (obr. 3). Dalším výstupem jsou křivky trvání výkonů všech technologických částí (obr. 4). Musíme také znát, kolik energie kogenerační jednotky vyrobily během jednoho roku (obr. 5). Z modelu zásobníku dostaneme průběh teplot ve všech zásobnících vody (obr. 6). Poslední výstupem je ekonomické vyhodnocení projektu (obr. 7).

 

Hledání optimálního spínání kogeneračních jednotek

Model disponuje mnoha možnostmi nastavení. Vzhledem k tomu, že uspokojuje jak hlediska technická, tak i ekonomická, je při realizaci projektů s kogeneračními jednotkami velkým pomocníkem. Zkoušel jsem s ním například, jak by čistou současnou hodnotu měnilo zapínání jednotky podle ceny elektrické energie na spotovém trhu, kde bychom elektrickou energii prodávali (obr. 8). Dále jsem chtěl zkoumat změny čisté současné hodnoty v případě změny velikosti akumulačních nádrží (obr. 9).

 

Praktické uplatnění

Model je vhodným pomocníkem pro hledání řídicí strategie, výběru technologie a složení technologické části pro současné projekty využívající kogenerační jednotky nebo i pro projekty plánované. Pro výrobce elektrické energie jsou stanoveny zelené bonusy, které jsou pro provoz kogeneračních jednotek velikou finanční oporou. Výše bonusů se stanoví podle počtu provozních hodin jednotek v jenom roce (3 000, 4 400, popř. 8 400 hodin). V našem případě vychází nejlepší ekonomické hodnocení pro provoz jednotek do 4 400 hodin za rok.

 

Model lze použít i pro výpočet řídicí strategie provozu kogeneračních jednotek při změně výše zelených bonusů nebo při jejich zrušení. Nad budoucností zelených bonusů totiž visí veliký otazník. Dále může být model užitečným pomocníkem i při vytváření projektů provozu plánovaných virtuálních elektráren.

Aleš Popelka
Poslat odkaz na článek

Opište prosím text z obrázku

Nejnovější články

Naše první slova

Původ řeči je jednou z největších záhad lidstva. „Na začátku bylo slovo...“ praví Bible. Ale jaké? Minimálně od biblických časů jsme se snažili rozluštit původ lidské řeči. Je to konec konců jedna z charakteristik, která nás odlišuje od jiných živočichů.

Černá smrt gumy a jak jí čelit

Guma je jedním z neopěvovaných velkých hrdinů průmyslové revoluce. Kromě jejích obvyklých aplikací, jako jsou pneumatiky, kondomy, elastické spodní prádlo, apod., představuje základní složku asi ve 40 000 výrobcích, včetně absorbérů nárazu, hadic, lékařských nástrojů, těsnění, atd.

Z historie i současnosti vynálezů a jejich ochrany

Vynálezy a objevy často přicházejí na svět klikatými cestičkami. Jednou to vypadá, jako by se na ně čekalo tak netrpělivě, že se zrodí hned v několika hlavách v různých koutech světa, jindy je náhodou nebo omylem objeveno něco, s čím si nikdo neví rady.

Jak vyčíslit ekonomické přínosy jádra? A co na to evropský jaderný průmysl?

Společnost Deloitte vypracovala pro Euratom studii o přínosech jaderné energetiky v roce 2019 a 2050. V současné době je v provozu ve 14 zemích EU 126 komerčních reaktorů o výkonu 118 GWe. Do roku 2050 by měl jejich výkon stoupnout na 150 GWe, budou se ale muset snížit investiční náklady.

Astronauti se pořád ptali: Jak se daří myškám?

Myši, švábi, japonské křepelky, ryby, škeble, rostliny.... ti všichni měli možnost ochutnat Měsíc! Po návratu Apolla 11, od jehož mise letos uplynulo 50 let, putovalo množství vzácných vzorků měsíční horniny do laboratoří.

Nejnovější video

Bez jaderné energie se ve vesmíru daleko nedostaneme

Krátké výstižné video z dílny Mezinárodní agentury pro atomovou energii ve Vídni ukazuje využití jaderné energie a jaderných technologií při výzkumu vesmíru. Ne každý ví, že jádro pohání vesmírné sondy už po desetiletí. Zopakujme si to. (Film je v angličtině.)

close
detail