Energiasstu koolitus Soojuse ja elektri koostootmise alused Koostootmise

Energiasäästu koolitus Soojuse ja elektri koostootmise alused Koostootmise majanduslik ja keskkonnakaitseline põhjendatus Ülevaade koostootmisest Euroopa riikides Andres Siirde, TTÜ soojusjõuseadmete õppetooli professor Karl Ingermann, TTÜ tööstusliku soojustehnika õppetooli dotsent

Sissejuhatuseks Tänane energiapoliitika üldse tuleneb kahest olulisest suundumusest: n n Energiasäästlikkus Keskkonnakaitse (näitena Kyoto Protokoll, mis sätestab kasvuhoonegaaside piiramist) Et täita eelpooltoodud kahte tingimust, tuleks efektiivsemalt “toota” energiat. Heaks lahenduseks on siin SOOJUSE JA ELEKTRI KOOSTOOTMINE

Soojuse ja elektri koostootmise alused Soojuse ja elektri koostootmise mõiste n n Soojuse ja elektri koostootmise (koostootmine) on protsess, mille puhul ühest seadmest väljastatakse kahte liiki energiat. Koostootmise väljunditeks on: p Soojus, mida võib kasutada tehnoloogilistes protsessides, tarbevee soojendamiseks, ruumide kütteks jne. kui ka absorbtsioonil põhineva jahutusprotsessi käitamiseks p Mehaaniline energia, mis muundatakse elektrienergiaks, kuid võib kasutada ka pumpade ja kompressorite otseseks käitamiseks

n Koostootmine: Elekter Koostootmine Kaugjahutus Kaugküte Aur tööstusele Soojavee varustus Ruumide küte

koostootmist iseloomustavad näitajad, kasutegurid: n Soojuse ja elektri koostootmise iseloomustamiseks kasutatakse mõistet kogukasutegur, mis avaldub summana elektrilisest kasutegurist ja soojuslikust kasutegurist ehk analüütiliselt:

n n n Võrdleme koostootmist soojuse ja elektri eraldi toomisega Olgu kondensatsioonelektrijaama termiliseks kasuteguriks 35% ja katlamaja kasuteguriks 85% Koostootmise puhul on kogukasuteguriks arvestatud 90%. Kirjeldatud süsteemid ja neist tulenevad energiavood on esitatud järgneval slaidil:

Koostoomise võrdlus elektri ja soojuse eraldi tootmisel

Koostootmisel saadava energiasäästu selgitamiseks

Tehnoloogiad soojuse ja elektri koostootmiseks

n Mida mõistetakse koostootmise all Euroopa direktiivide alusel? p p Euroopa Liit defineerib koostootmise mõiste direktiiviga 2004/8/EC, vastu võetud 11 veebruaril 2004 (avaldatud 21. 2. 2004). Euroopa Liit oma direktiiviga tegeleb nn. kõrge efektiivsusega koostootmisega: Efektiivse koostootmise kriteeriumiks on kogukasutegur, mis peab olema vähemalt 10% kõrgem võrreldes energiate (soojuse ja elektri) eraldi tootmisega.

n Euroopa Liidu direktiivides arvutatav koostootmise efekt (PES) :

n n n Euroopa Liidu direktiiviga määratletakse koostootmise kogukasutegur. Sõltuvalt koostootmise tüübist peab koostootmise aastane kogukasutegur olema piirides 75 -80%. Juhul, kui kogukasutegur osutub madalamaks ülatoodust, esitab direktiiv võimaluse arvutada koostootmisest tuleneva elektritoodangu koostootmisseadmest toodetud soojuse ja seadmele vastava elektri ja soojuse suhteteguri C järgi: Valem seab piirid madala kogukasuteguriga seametel kirjutada juurde “koostoomisest tulenevat elektritoodangut”.

Tehnoloogiad soojuse ja elektri koostootmiseks n Auruturbiinjõuseade, mille töö põhineb Rankine ringprotsessil. Nimetatud tehnoloogia põhineb aurukatlas genereeritud auru paisumisel elektrigeneraatoriga ühendatud auruturbiinis soojustarbijale vajaliku auru rõhuni. Sellisel süsteemil on küll rida eeliseid, nagu näiteks võimalus kasutada erinevaid kütuseid, pikk kasutusiga, suhteliselt madalad tootmiskulud, kuid ta on sobilikum kasutuseks suurematel võimsustel. Sisuliselt saab auruturbiinjõuseadet jagada kaheks: kas vasturõhu turbiinseade või vaheltvõtuga turbiinseade.

n Gaasturbiinjõuseade, mille töö põhineb Braytoni ringprotsessil. Gaasturbiin on suhteliselt uus tehnoloogia, mis on kasutusele võetud viimase neljakümne aasta jooksul. Gaasturbiinseadmetele on iseloomulikud madalad kapitali- ja hooldekulud ning lühike ehitusaeg

n Sisepõlemismootoriga jõuseade, mille töö põhineb kas Diesel või Otto ringprotsessil töötavad seadmed kasutavad reeglina kütuseks maagaasi. Soojusenergiat toodetakse nii heitgaaside (400 -6000 C) arvelt kui ka mootori jahutussüsteemist.

n Kombineeritud süsteem gaasi- ja auruturbiiniga. Kombineeritud tsükliga soojuse ja elektri koostootmisjõujaamas toimub üheaegselt gaasi- ja auruturbiinseadme kasutamine. Kahe termodünaamilise ringprotsessi kooskasutamine tagab elektrienergia tootmise kõrge kasuteguri, kuid nimetatud tehnoloogia kasulikkus ilmneb suurematel võimsustel.

Üldandmed väikese võimsusega koostootmisagregaatide kohta

Elektri ja soojuse suhe koostootmisel 1. 2 1. 0 0. 8 0. 6 0. 4 0. 2 0. 4 0. 6 Suhteline koormus 0. 8 Gaasturbiin koostoomisseade Tahkel kütusel auruturbiinseade Gaasimootoril põhinev koostootmisseade Gaaskütusel kombineeritud tsükliga koostootmisseade 1. 0

Kui kombineerida erinevaid koostootmisjaamu kuni 45 -60% kaugküttevõimsusest. See on keerukas optimeerimisülesanne

Mõned tüüpilised koostootmisskeemid võrreldavalt katlamaja skeemiga

Koostootmise praegune tase Eestis n Balti SEJ – muutused Narva EJ rekonstrueerimisel n Iru SEJ- rekonstrueeritud 110 MWe auruturbiinjõuseade n n n n Kohtla-Järve SEJ- rekonstrueerimisel, omandivorm muutunud Ahtme SEJ- rekonstrueerimisel, põlevkivi kütuselt turba põletamisele Viru Energia EJ 8 MWe, 22 MWs Sillamäe SEJ, põlevkivil aurujõuseadmed, Caterpillar 6 MWe gaasimootor AS Tootsi turvas, 5 MWe, 14 MWs, turba küttel AS Sangla turvas, 2, 5 MWe, 7 MWs, turba küttel AS Kunda Nordic Tsement, ca 3, 1 MWe, 3, 3 MWs gaasimootor AS Grüne Fee, 3 sisepõlemismootorit ca 2, 5 MWe AS Põlva Soojus 0, 92 MWe, 1, 25 MWs gaasimootor Kristiine kaubanduskeskus 0, 5 MWe, 0, 7 MWs gaasimootor AS Narva Vesi 0, 5 MWe, 0, 7 MWs gaasimootor AS Terts Pääsküla 2 gaasimootorit a’ 0, 84 MWe Balti Laevaremont 2 gaasimootorit a’ 0, 84 MWe Tallinna veepuhastusjaam gaasimootor mehaaniliseks ajamiks ventilaatorile

Koostootmise osa elektrienergia tootmises - 1999 a.

Koostootmise osa kaugkütte soojusvarustuses

Ülevaade väikeste kombijaamade kasutamisalade kohta Allikas: Euroopa Liidu rahastamisel koostatud väikeste kombijaamade ülevaade (Phare projekt, 1999).

Hinnang koostootmisseadmete investeeringute suurusele Hinnatasemed varieeruvad aurutsükliga koostootmisjaamadele suurtes piirides. Näiteks toetudes aastal 2002 Helsingi Tehnoloogiaülikooli poolt projektis BASREC 2002 koostatud materjalidele leitakse et: n n Tahkel kütusel töötav (taastuvkütus, turvas, süsi, biokütus) koostootmisjaama investeering sõltuvalt jaama võimsusest 33 MW kuni 3 MW võib varieeruda vastavalt 1400 kuni 4800 EUR/k. We Gaasimootoril põhinevad koostootmisjaamade investeeringu suurused on piirides 700 -800 EUR/k. We

Hooldus ja teeninduskulud: n Sisepõlemismootoritele: 7, 5 -15 EUR/MWh n Gaasiturbiinidele: 4, 5 -10, 5 EUR/MWh n Aurutsükliga koostootmisjaamadele 3 EUR/MWh

Kirjandusest ja aruannetest leiame näiteks: n n n aurumasina ja restkoldega katlaga varustatud koostootmisjaama (elektriline võimsus 0, 9 MWe ja soojuslik võimsus 6 MW) (Soome Sermet OY) investeeringuks on kulunud 52 MEEK/MWe biokütuse gaasistusega koostootmisjaamade investeeringuks Taanis vahemikus 36 -64 MEEK/MWe, (jaamade elektrilised võimsused 0, 5 -15 MWe ja soojuslik võimsus 0, 7 -30 MW) Soome kirjanduses leiame, et vasturõhuga auruturbiinseadmel põhinevad koostootmisjaamad 20 -27 MEEK/MWe (jaamade elektriline võimsus 6 -9, 4 MWe ja soojuslik võimsus 17 -26 MWe) nn. „Võtmed kätte” projektid (turn –key) osutuvad ca 2 korda kallimaks 34 -42 MEEK/MWe (elektriline võimsus 5 MWe ja soojusvõimsust 18 MW Võrreldes Soome hinnataset Rootsi või Taani hinnatasemega, oli see 1996 -2000 aastatel ca 20% madalam ja põhjendatakse seda sel ajal olnud Soome majanduse madalseisuga.

Kokkuvõte investeeringute kohta n n Tasuvusarvutuse eelhinnanguks võib arvestada aurutsükliga koostootmisjaama võimsusel 4 -10 MWe investeeringu suuruseks vastavalt 30 - 25 MEEK/MWe. Madalamat investeeringut on võimalik saavutada ainult kasutatud seadmete tarnimisel. Tasuvusarvutuse eelhinnanguks või arvestada sisepõlemismootoritele põhineva koostootmisjaama võimsusel kuni 6 MWe investeeringu suuruseks 8 -11 MEEK/MWe