Kogeneračná jednotka: Elektrický prúd a teplo z jedného zdroja

Kogeneračná jednotka vyrába elektrický prúd a teplo na vykurovanie a prípravu teplej vody. S vysokým stupňom účinnosti sa pritom použité palivo dá využiť hneď dvakrát – v malých výkonových rozsahoch dokonca v obytných budovách. Ako bloková kogeneračná jednotka funguje, kedy sa oplatí a čo technika blokovej KGJ stojí, vysvetlíme v nasledujúcich kapitolách.
Prehľad jednotlivých tém:

1. Vysvetlenie blokovej KGJ
2. Funkcia blokovej KGJ
3. KGJ v rodinnom dome
4. Druhy blokových KGJ
5. Palivá pre blokové KGJ
6. Náklady blokovej KGJ
7. Výhody a nevýhody
8. Bloková KGJ v starých budovách a v novostavbách

Kogeneračná jednotka – Čo to vlastne je?

Kogeneračné jednotky sú moderné vykurovacie systémy, ktoré poskytujú nielen teplo na vykurovanie a na teplú vodu, ale aj elektrický prúd na pokrytie vlastnej potreby. Použité nosiče energie tým zúžitkujú hneď dvakrát a dosahujú tak vysokú účinnosť.

Ako funguje kogeneračná jednotka?

Spôsob funkcie KGJ spočíva v jej jadre: spaľovacom motore. Tento motor sa môže prevádzkovať plynom, vykurovacím olejom alebo drevom a funguje rovnako ako motor v aute. Rozdiel: Pokým v aute sa sila prenáša na pneumatiky a cestu, motor v kogeneračnej jednotke prevádzkuje generátor na výrobu elektrického prúdu. Odpadové teplo, ktoré vzniká pri spaľovaní, sa spätne získava a využíva na vykurovanie a prípravu teplej vody. Kým konvenčné zariadenia na výrobu elektrického prúdu môžu využiť len približne 40 percent energie akumulovanej v palive, KGJ dosahujú stupeň účinnosti až 90 percent. Kombinovaná výroba elektrického prúdu a tepla umožňuje teda zužitkovať takmer všetku energiu uloženú v palive. Konštrukcia kogeneračnej jednotky umožňuje, že el. prúd a teplo sa dajú vyrábať približne v pomere jedna ku dvom – pri elektrickom výkone jedného kilowattu sa pritom v dome dá využiť termický výkon približne dvoch kilowattov.

Kogeneračná jednotka sa skladá zo spaľovacieho motora, ktorý vyrába elektrický prúd prostredníctvom generátora. Súčasne sa vznikajúce odpadové teplo využije na vykurovanie a prípravu teplej vody.

Oplatí sa kogeneračná jednotka v rodinnom dome?

Pokým teplo vyrobené KGJ sa spotrebuje vždy vo vlastnom dome, elektrický prúd sa môže buď odvádzať do verejnej siete, alebo využiť v dome. Keďže je kogeneračná jednotka v porovnaní s ostatnými druhmi vykurovania spojená s vysokými zaobstarávacími nákladmi, môže pracovať hospodárne len vtedy, keď vyrába veľa elektrického prúdu, ktorý môžete v najlepšom prípade aj sami spotrebovať. Je to možné s vysokou dobou prevádzky a napríklad so zásobníkom, ktorý akumuluje el. energiu, keď ju dom práve nepotrebuje.
KGJ sa oplatí len vtedy, ak sa v dome spotrebúva dostatok tepla

Výzvou pritom je, že kogeneračné jednotky – s výnimkou prípadu, keď sú použité na núdzové zásobovanie elektrickou energiou – pracujú vždy s výrobou tepla. To znamená, že el. prúd vyrábajú len vtedy, keď je potrebné aj teplo. Najmä v lete je to tak len zriedkavo. Aby sa napriek tomu dala zaručiť dlhá životnosť, sú tieto jednotky dimenzované podľa základného zaťaženia – podľa potreby tepla na vykurovanie a prípravu teplej vody, ktorá existuje väčšinu roka. Aby aj počas chladných dní bolo možné poskytovať dostatok tepla, musí byť vykurovací systém kombinovaný s kotlom pre prípad špičkovej záťaže.

Či možno kogeneračnú jednotku hospodárne prevádzkovať aj v rodinnom dome, závisí teda od mnohých faktorov a musí sa posudzovať prípad od prípadu. Na základe vyhodnotenia existujúcich hodnôt spotreby alebo na základe simulácie potreby energie v budúcnosti možno urobiť spoľahlivé vyjadrenia z hľadiska hospodárnosti. Všeobecne však platí: KGJ sa oplatí len vtedy, keď sa v dome spotrebúva dostatok tepla. V tomto prípade nie je napríklad vhodná kombinácia s termickým solárnym systémom. Pretože solárne termické zariadenie znižuje existujúcu potrebu tepla na vykurovanie alebo teplú vodu a redukuje tým čas chodu a úsporu kogeneračnej jednotky.

Aké druhy KGJ existujú?

Kogeneračné jednotky sa rozdeľujú podľa výšky ich elektrického výkonu do rôznych kategórií. Na použitie v oblasti budov pritom rozlišujeme:

• nano kogeneračné jednotky (elektrický výkon do 2,5 kW)
• mikro kogeneračné jednotky (elektrický výkon do 15 kW)
• mini kogeneračné jednotky (elektrický výkon do 50 kW)

Nano KGJ s elektrickým výkonom do 2,5 kW

Kategória nano kogeneračných jednotiek zahŕňa všetky blokové KGJ do 2,5 kW Zariadenia, ktoré sú na trhu len od roku 2010, boli optimalizované tak, že môžu bezpečne pracovať aj pri malých konštrukčných veľkostiach. Len s jedným kilowattom elektrického a tromi kilowattami termického výkonu sa tak nanoblokové kogeneračné jednotky dajú využívať na vykurovanie a teplú vodu dokonca aj v sektore rodinných domov.

Mikro KGJ s elektrickým výkonom od 2,5 do 15 kW

Kogeneračné jednotky s elektrickým výkonom od 2,5 do 15 kW nazývame mikro kogeneračné jednotky. Tieto sa hodia do budov s celoročne vysokou spotrebou tepla a môžu sa preto využívať v bytových domoch, v plavárňach alebo vo výrobných halách. V týchto dosahujú vysokú dobu prevádzky. Okrem toho tu môžete okrem tepla často sami spotrebovať aj elektrický prúd.

Mini KGJ s elektrickým výkonom od 15 do 50 kW

S elektrickým výkonom od 15 do 50 kW sa môžu mini KGJ hospodárne využívať všade tam, kde je počas dlhých období v priebehu roka potrebný tepelný výkon 45 až 150 kW. Okrem väčších výrobných prevádzok sú to napríklad sídliská alebo byty so spoločným zásobovaním energiou. El. prúd sa pritom väčšinou odvádza do verejnej siete, teplo možno cez lokálnu sieť rozvodu tepla rozvádzať do napojených domácností a v lete využívať napríklad na prípravu teplej vody.

S akými palivami možno prevádzkovať kogeneračné jednotky?

Tak ako v aute, aj motor kogeneračnej jednotky sa môže prevádzkovať s rôznymi palivami. Sú to:

• zemný plyn alebo bioplyn
• kvapalný plyn
• vykurovací olej alebo biologický vykurovací olej
• drevo

Zemný plyn alebo bioplyn: Efektívne palivo na čisté spaľovanie

Pokiaľ je prítomná, resp. možná plynová prípojka, mnohí majitelia domov sa rozhodnú pre kogeneračné jednotky s plynovým motorom. Pretože tieto KGJ ponúkajú nielen veľký výber zariadení, ktoré sú na trhu k dispozícii, ale dosahujú s čistým spaľovaním a vysokou efektívnosťou aj prevádzku nenáročnú na údržbu. Plyn pritom môže pochádzať z fosílnych alebo obnoviteľných zdrojov a môže sa odoberať cez prípojku z verejnej siete. Pokým fosílny zemný plyn sa získava z podzemných ložísk a upravuje, bioplyn sa vyrába v zariadeniach na výrobu bioplynu.

Tu sa skvasujú suchým alebo mokrým procesom napríklad zvyšky rastlín, potravín alebo hnoj z poľnohospodársky využívaných prevádzok. Plyn vznikajúci pri tomto skvasovaní, pozostávajúci z veľkej časti z metánu, sa upravuje tak, aby jeho vlastnosti zodpovedali fosílnemu zemnému plynu v napájacej sieti. Takto sa dá bioplyn bez problémov rozvádzať cez verejné distribučné rozvody a spotrebovávať v domácich zariadeniach, napríklad v KGJ.

Kvapalný plyn: Skladovateľná alternatíva k zemnému plynu alebo bioplynu

V prípade, keď nie je k dispozícii plynová prípojka, možno mnohé kogeneračné jednotky prevádzkovať aj s kvapalným plynom. Kvapalný plyn je fosílna surovina, ktorá sa získava napríklad ako vedľajší produkt pri ťažbe ropy. Aby sa dal dobre prepravovať a skladovať, pozostáva kvapalný plyn z plynov ako propán a bután, ktoré sa dajú skvapalniť už pri nízkom tlaku. Palivo na použitie v KGJ sa skladuje v zásobníkoch, ktoré sa väčšinou umiestňujú pred domom.

Vykurovací olej: Kvapalné palivo vysokej kvality

Tak ako s plynom alebo kvapalným plynom, sa kogeneračné jednotky dajú prevádzkovať aj s vykurovacím olejom alebo biologickým vykurovacím olejom. Pohľad na zariadenia, ktoré sú aktuálne k dispozícii, však ukazuje, že kvapalné a prevažne fosílne palivo olej sa používa predovšetkým v mikro a mini KGJ. Z dôvodu nákladov a náročnosti skladovania sa kogeneračné jednotky na vykurovací olej oplatia často len v prípade, keď sa kogeneračnou technikou doplňuje existujúci vykurovací systém na olej. Pretože vtedy možno súčasne hneď využiť aj už existujúce zásobníky. Vykurovací olej samotný je stredným destilátom ropy a ako taký sa získava z fosílnych zdrojov. Pokým pred niekoľkými rokmi ešte existoval väčší výber druhov vykurovacieho oleja, dnes sa obchoduje predovšetkým s vykurovacím olejom s nízkym obsahom síry (EL).

Jeho trhový podiel je viac ako 99 percent a je dostupný u všetkých predajcov minerálnych olejov. Vďaka svojej vysokej kvalite umožňuje tiež čisté a efektívne spaľovanie. Obchodníci často predávajú aj takzvaný prémiový vykurovací olej. Tento olej tvoria okrem vykurovacieho oleja s nízkym obsahom síry (EL) primiešané prísady, ktorých úlohou je ďalej zvyšovať kvalitu paliva a tým, napríklad, znižovať spotrebu. Existuje aj takzvaný klimaticky neutrálny vykurovací olej, ktorého zvýšená cena sa využíva na financovanie opatrení na ochranu klímy. Aj keď spaľovanie samotného oleja nie je CO2 neutrálne, je tento olej schopný vyrovnanú bilanciu dosiahnuť aspoň virtuálne – teda na papieri.

Ekologickou alternatívou k fosílnemu palivu je biologický vykurovací olej – vykurovací olej s nízkym obsahom síry (EL) zmiešaný s regeneratívnym olejom z repky olejnej, sóje alebo slnečnice. Obnoviteľný podiel dosahuje v závislosti od produktu až 10 percent a dá sa použiť vo väčšine nových kogeneračných jednotiek. Pri starších zariadeniach môžu byť potrebné špeciálne opatrenia.

Drevo – ekologické a regionálne dostupné

Pri niektorých blokových kogeneračných jednotkách možno dokonca použiť na výrobu tepla a elektrického prúdu drevo. Drevo je obnoviteľná, ekologická surovina, jeho spaľovanie je CO2 neutrálne. To znamená, že pri spaľovaní dreva sa uvoľňuje len toľko CO2, koľko sa pri raste transformovalo na kyslík. Na spaľovanie možno použiť surovinu vo forme kusového dreva, brikiet, štiepok alebo peliet. Kusové drevo, ktoré sa na vykurovanie používalo už veľa storočí, je pozdĺžne naštiepané drevo. Kusy dreva sa dajú dobre skladovať a skôr ako sa použijú ako palivo, musia sa dostatočne vysušiť. O niečo viac komfortu poskytujú drevené brikety – vysušené a zlisované zvyšky dreva. Tieto obsahujú viac energie ako kusové drevo, a preto sa dajú skladovať priestorovo úsporne.

Na zaručenie optimálneho spaľovania sa podávací systém musí prispôsobiť tvaru a veľkosti brikiet. Vo forme štiepok sa drevo dá používať aj v plne automatických vykurovacích systémoch. Palivo pritom spravidla tvoria vysušené a na hrubé kusy nasekané zvyšky lesného dreva. Tieto kusy dreva sa skladujú napríklad v sýpkach – skladovacích priestoroch s podlahou zbiehajúcou sa šikmo ku stredu – a dajú sa dopravovať závitovým dopravníkom automaticky na spaľovanie. Ešte lepšie funguje automatická prevádzka s drevnými peletami. Pretože tieto sa spravidla skladajú z vysušených a zlisovaných zvyškov priemyselného dreva. Majú vyšší obsah energie ako štiepka a dajú sa preto skladovať priestorovo úsporne. Vďaka normovanej kvalite zaručujú pelety vždy optimálne spaľovanie.

Čo stoja kogeneračné jednotky?

Náklady KGJ sa členia principiálne na tri oblasti. Sú to:

• náklady na sprístupnenie prípojky paliva alebo náklady na skladovanie
• náklady na samotnú blokovú kogeneračnú jednotku
• prevádzkové náklady, ktoré vznikajú pri prevádzke zariadenia

Náklady na sprístupnenie prípojky paliva alebo náklady na skladovanie paliva

Aby sa zariadenie KGJ dalo prevádzkovať, musia sa majitelia objektov rozhodnúť najprv pre jedno z uvedených palív. V oblasti moderných rodinných domov pritom prichádza do úvahy predovšetkým zemný plyn, bioplyn alebo kvapalný plyn. Ak sa v blízkosti budovy nachádza verejné plynové vedenie, náklady súvisiace s napojením dosahujú približne 1000 – 1500 eur.

Ak sa medzi domom a vedením na ulici musí prekonať väčšia vzdialenosť, môžu sa náklady za pripojenie na plyn navýšiť. Ak sa má naopak kogeneračná jednotka prevádzkovať na kvapalný plyn, treba inštalovať systém zásobníkov, ktoré sa spravidla umiestňujú povrchovo pred domom. Zásobník na kvapalný plyn si môžete kúpiť alebo si ho prenajať. V prípade variantu kúpy – ktorý potom umožňuje voľný výber dodávateľa plynu – musia majitelia domov počítať s nákladmi približne 2000 – 3000 eur.

Náklady na kogeneračnú jednotku

Zariadenie KGJ sa skladá zo samotnej kogeneračnej jednotky, kotla pre prípad špičkovej záťaže – napríklad prietokového plynového ohrievača – a zásobníka, ktorý akumuluje vyrobené teplo aj vtedy, keď teplo v dome nie je potrebné. Pri balíku pozostávajúcom z týchto komponentov musí majiteľ domu počítať s cenou okolo 14 000 – 17 000 eur. Cena KGJ však silne variuje v závislosti od druhu KGJ, regiónu, výrobcu a poskytovateľa služieb a predstavuje tak len hrubý odhad nákladov.

Prevádzkové náklady KGJ

Prevádzkové náklady pri kogeneračnej jednotke pozostávajú z nákladov na palivo, poskytnutej náhrady (za el. energiu odvádzanú do siete) a z úspor. Pokým každá kilowatthodina, ktorú využijete vy sami, usporí minimálne náklady vo výške aktuálnej ceny prúdu, za každú kilowatthodinu odovzdanú do siete môžete získať náhradu. Výška nákladov pritom závisí okrem energetickej kvality budovy aj od spôsobu, akým bolo zariadenie blokovej KGJ zapojené v dome a od správania sa – požiadaviek používateľov. Spoľahlivé vyjadrenie je možné len po individuálnom posúdení týchto faktorov pre jednotlivé budovy.

Výhody a nevýhody kogeneračnej jednotky v prehľade

Kogeneračné jednotky sa výrazne líšia od iných vykurovacích systémov, keďže okrem tepla na vykurovanie a teplú vodu vyrábajú aj elektrický prúd, ktorý sa môže spotrebovať vo vlastnom dome.

KGJ v starých budovách a v novostavbách

Kogeneračná jednotka pracuje efektívne vtedy, keď je vysoká aj potreba tepla. Pri nesanovaných starých budovách to tak často je, preto môže byť použitie KGJ v mnohých prípadoch účelné. V novostavbách sa naopak používa často preto, lebo tieto musia spĺňať vysoké energetické požiadavky. Aj tu sa však oplatí dôkladne pozrieť na potrebu tepla.