Kogenerační jednotka: Úspora nákladů a energie v jednom

Princip fungování kogenerační jednotky

Kogenerační jednotka, často označovaná jako kogenerace nebo kombinovaná výroba tepla a elektřiny (KVET), představuje vysoce účinný systém pro současnou výrobu elektřiny a tepla. Na rozdíl od tradičních elektráren, kde se teplo vznikající při výrobě elektřiny z velké části uvolňuje do ovzduší jako odpadní, kogenerační jednotky toto teplo zachycují a využívají k vytápění budov, ohřevu vody nebo pro průmyslové procesy. Principem fungování kogenerační jednotky je využití paliva, jako je zemní plyn, bioplyn nebo topný olej, k pohonu spalovacího motoru nebo turbíny. Tyto stroje pak pohánějí generátor, který vyrábí elektřinu. Zároveň se teplo vznikající při spalování paliva a provozu motoru odvádí a předává do teplonosné látky, nejčastěji vody. Tato horká voda nebo pára se pak dále distribuuje pro účely vytápění nebo ohřevu užitkové vody. Díky účinnému využití tepla, které by jinak bylo ztraceno, dosahují kogenerační jednotky vysoké celkové účinnosti, a to až přes 90 %. To znamená, že z paliva se získá maximum energie, čímž se snižují provozní náklady a emise skleníkových plynů.

Typy kogeneračních jednotek

Kogenerační jednotky, zkráceně KGJ, se dělí na různé typy podle velikosti, palivové základny a konstrukčního provedení. Podle velikosti rozlišujeme mikro-KGJ (do 50 kWe), malé KGJ (50 – 500 kWe), střední KGJ (500 kWe – 5 MWe) a velké KGJ (nad 5 MWe). Výběr paliva pro KGJ závisí na dostupnosti, ceně a emisních limitech. Mezi nejčastější paliva patří zemní plyn, bioplyn, biomasa a odpadní teplo. Konstrukčně se KGJ dělí na pístové motory, plynové turbíny, parní turbíny a palivové články. Pístové motory jsou vhodné pro menší výkony a spalují širokou škálu paliv. Plynové turbíny dosahují vysoké účinnosti a jsou vhodné pro větší výkony. Parní turbíny se používají v kombinaci s jinými technologiemi, například s kotli na biomasu. Palivové články představují moderní a ekologickou technologii s vysokou účinností a nízkými emisemi. Výběr vhodného typu KGJ závisí na konkrétních požadavcích dané aplikace, jako je tepelný a elektrický výkon, druh dostupného paliva, provozní profil a ekonomické ukazatele.

Výhody kogenerace

Kogenerace, neboli kombinovaná výroba elektřiny a tepla, přináší oproti oddělené výrobě řadu výhod. Hlavní předností je vysoká účinnost využití paliva, která dosahuje až 90 %. To znamená, že se energie z paliva využije mnohem efektivněji a minimalizují se tepelné ztráty. Díky tomu kogenerační jednotky šetří provozní náklady a snižují emise skleníkových plynů. Kromě ekonomické úspory přináší kogenerace i větší energetickou nezávislost. Zařízení pro výrobu elektřiny a tepla umožňuje firmám a domácnostem vyrábět si vlastní energie a snižovat tak svou závislost na dodávkách z veřejných sítí. To je obzvláště důležité v odlehlých oblastech s nestabilní dodávkou energií. Kogenerace je šetrná k životnímu prostředí. Snižuje emise skleníkových plynů a závislost na fosilních palivech.

Nevýhody kogenerace

Kogenerace, ačkoliv přináší řadu výhod, není bez nevýhod. Počáteční investice do kogenerační jednotky a zařízení pro výrobu elektřiny a tepla bývá vysoká, a to zejména u jednotek s vyšším výkonem. Tato investice se sice může v dlouhodobém horizontu vrátit díky úsporám za energie, ale pro menší subjekty může být počáteční investice bariérou. Dalším faktorem je nutnost pravidelné údržby a servisu kogenerační jednotky. Provoz kogenerace je vázán na odběr tepla, což znamená, že v letních měsících, kdy není potřeba topení, může být produkce tepla nadbytečná. To může vést ke snížení efektivity celého systému. Provoz kogenerační jednotky je spojen s určitou hlučností a vibracemi, což může být v některých případech limitující faktor, například v hustě obydlených oblastech.

Kogenerační jednotka je jako chytrá včela, která z pylu květů vyrábí nejen sladký med, ale i vosk pro stavbu úlu.

Zdeněk Svoboda

Využití kogenerace v praxi

Kogenerace, neboli kombinovaná výroba elektřiny a tepla, nachází uplatnění v široké škále odvětví. Kogenerační jednotky, ať už malé systémy pro rodinné domy nebo velké průmyslové instalace, využívají palivo efektivněji než oddělená výroba. To přináší nejen ekonomické úspory, ale i snížení emisí skleníkových plynů. Mezi typické příklady využití patří bytové domy, hotely, nemocnice, sportovní centra a průmyslové podniky s vysokou spotřebou tepla a elektřiny. Kogenerace se uplatňuje i v zemědělství, kde slouží k vytápění skleníků a budov, a v teplárenství, kde zvyšuje účinnost výroby a distribuce tepla. Zařízení pro výrobu elektřiny a tepla se liší výkonem, typem paliva a konstrukcí, aby co nejlépe vyhovovala specifickým potřebám daného provozu. Výběr správné technologie a dimenzování kogenerační jednotky je klíčové pro dosažení optimálních výsledků.

Náklady na pořízení a provoz

Pořizovací náklady na kogenerační jednotku se liší v závislosti na výkonu, typu paliva a složitosti instalace. Obecně se pohybují od stovek tisíc do milionů korun. Menší jednotky pro rodinné domy s výkonem do 10 kW lze pořídit již od několika set tisíc korun, zatímco větší průmyslové jednotky s výkonem stovek kW až jednotek MW se pohybují v řádech milionů korun. Důležitým faktorem ovlivňujícím cenu je i volba paliva. Jednotky na zemní plyn bývají obvykle levnější než jednotky na bioplyn nebo dřevní štěpku.

Kromě pořizovacích nákladů je nutné počítat i s náklady na instalaci, která zahrnuje stavební úpravy, připojení k plynovodu a elektroinstalaci. Tyto náklady se pohybují v řádech desítek až stovek tisíc korun. Provozní náklady kogenerační jednotky zahrnují především náklady na palivo, servis a údržbu. Náklady na palivo tvoří nejvýznamnější část provozních nákladů a odvíjí se od ceny paliva a účinnosti jednotky. Servis a údržba se obvykle pohybují v řádech jednotek procent z pořizovací ceny jednotky za rok. Investice do kogenerační jednotky se obvykle vrátí v horizontu několika let, a to díky úsporám za energie a případným výkupním cenám elektřiny.

Legislativa a dotace

V České republice se legislativní rámec pro kogenerační jednotky a zařízení pro výrobu elektřiny a tepla řídí především zákonem č. 458/2000 Sb., o podmínkách podnikání v energetických odvětvích a o změně některých zákonů (energetický zákon), ve znění pozdějších předpisů. Tento zákon definuje kogeneraci a stanoví podmínky pro její podporu. Důležitým aspektem je i zákon č. 274/2001 Sb., o vodovodech a kanalizacích pro případy, kdy je teplo z kogenerace dodáváno i do teplárenské soustavy.

Vlastnost	Kogenerační jednotka	Kondenzační kotel
Využití paliva	Až 90%	Do 95%
Emisní náročnost	Nižší	Vyšší
Provozní náklady	Nižší	Vyšší

Provozovatelé kogeneračních jednotek mohou využívat různé formy podpory. Patří mezi ně například výkupní ceny elektřiny z kogenerace garantované státem, zelené bonusy k výkupním cenám elektřiny, osvobození od daně z elektřiny nebo podpora formou dotací. Dotační tituly se průběžně mění, proto je důležité sledovat aktuální výzvy, například v rámci Operačního programu Technologie a aplikace pro konkurenceschopnost (OP TAK) nebo Modernizačního fondu.

Investoři by měli věnovat pozornost i dalším předpisům, jako je zákon o ochraně ovzduší, stavební zákon nebo zákon o posuzování vlivů na životní prostředí. Před realizací projektu kogenerační jednotky je vhodné provést důkladnou analýzu legislativních a dotačních možností.

Budoucnost kogenerace

Kogenerace, neboli kombinovaná výroba elektřiny a tepla, se stává stále důležitějším prvkem moderních energetických systémů. Tato technologie, která umožňuje efektivně využívat palivo k produkci elektřiny i tepla, má potenciál hrát klíčovou roli v přechodu k udržitelnější energetice. Kogenerační jednotky, ať už malé systémy pro rodinné domy nebo velké průmyslové instalace, přinášejí řadu výhod. Mezi ty nejdůležitější patří vysoká účinnost, která může dosahovat až 90 %, a s ní spojená úspora paliva a snížení emisí skleníkových plynů. Kromě toho kogenerace přispívá k decentralizaci energetiky a zvyšuje bezpečnost dodávek, jelikož snižuje závislost na centrálních zdrojích. V budoucnu lze očekávat další rozvoj kogenerace, a to i díky rostoucímu zájmu o obnovitelné zdroje energie. Zařízení pro výrobu elektřiny a tepla se neustále zdokonalují a stávají se dostupnějšími pro širší spektrum uživatelů. Inovace v oblasti palivových článků, biomasy a dalších technologií slibují další zvyšování efektivity a snižování dopadu na životní prostředí. Kogenerace tak má potenciál stát se jedním z klíčových pilířů budoucí energetiky, která bude čistší, efektivnější a udržitelnější.