Přání osamostatnit domácnost, rodinný dům nebo menší provozovnu
od velkých hráčů na poli energetiky a přejít na vlastní nejúčinnější
kogenerační zdroj tepla a elektřiny slibují již několik let vyvíjené
„domácí elektrárny“ s plynovými motory. Od osamocených pokusů se
spojením zájmu plynárenské společnosti a automobilky Volkswagen
v N ěmecku zrodil ambiciózní projekt virtuálně řízené sítě domácích
„mikroelektráren“, nabízených formou multiservisu. O přednostech
i slabinách decentralizovaného zásobení energií a ještě „zelenější“
energetiky se rozpoutává kontroverzní diskuse.
Cestou k malé kogeneraci
Předností kogenerace, neboli technologie
společné výroby elektřiny a tepla uskutečňované
již léta ve velkých jednotkách je, že
využitím odpadního tepla při výrobě elektřiny
lze zvýšit účinnost čerpání primární energie
paliv z obvyklých 40 až na 90 %. Kogenerační
jednotku tvoří generátor (alternátor)
na výrobu elektřiny poháněný spalovacím
motorem nebo spalovací turbínou. Odpadní
teplo získané ze spalin, ohřáté chladicí kapaliny
a oleje motoru je pak využíváno k vytápění,
ohřev užitkové vody nebo klimatizaci,
případně i technologické účely. Zatímco
kogenerační jednotky s výkonem nad 150
kW slouží teplárnám a průmyslovým podnikům
ve stálé zátěži, menší podnikatelské
objekty, hotely, rekreační a zdravotnická
zařízení (zejména s bazény vyžadujícími
celoroční ohřev vody), uspokojují většinou
minikogenerační jednotky s výkony pod
touto hranicí. Horká novinka - mikrokogenerační
jednotky, s výkonem kolem 10
a 30 kWtep, se od nich liší zejména tím, že
jsou instalovány přímo v objektu (nejčastěji
ve sklepě) a bezprostředně napojeny na elektrickou
domovní síť i běžný topný systém se
zásobníkem horké vody. Vzhledem ke kompaktnímu
provedení a rozměrům se mohou
stát předmětem hromadné výroby. Zpočátku
dávali vývojáři přednost parnímu nebo
Stirlingovu pístovému motoru, trend směřuje
k použití technologicky do detailů vypiplaných
nízkootáčkových plynových nebo na
plyn upravených automobilových motorů.
Vývoj mikrojednotek, které by jako zdroj
tepla využívaly spalování pelet, bioplynu,
nebo odpadního tepla vysokoteplotních palivových
článků, se teprve rozbíhá.
Výhody a nevýhody kogenerace
Vysoká efektivita využití paliva (85-90 %)
oproti oddělené výrobě a distribuci tepla
a elektřiny (40% účinnost), se projeví
snížením spotřeby plynných paliv a tím
i snížením emisí škodlivých zplodin. Další
úspory při vlastní spotřebě tepla a elektřiny
plynou z eliminace přenosových ztrát. Splňuje-
li zařízení státem stanovené subvence
a podpory, lze na prodeji přebytečné elektřiny
i vydělávat a zkrátit tak návratnost
poměrně vysoké počáteční investice. Největším
problémem (kromě možné nespolehlivosti
vlastního zařízení a časté výměny
oleje) zůstává kam s teplem podmiňujícím
produkci elektřiny v letním období.
Realizace, které se už prosadily
Na využití principu Stirlingova horkovzdušného
motoru se čtyřmi písty v samostatných
válcích vsadila britská společnost
WhisperGen. Plynem ohřívaný vzduch uvádí
do mechanicky vázaného pohybu řídicí
a pracovní píst v každém válci a jejich ojnice
převádějí vratný pohyb na otáčivý pohyb
generátoru. Poměrně malá jednotka vyvíjená
španělskou firmou EHE poskytuje elektrický
výkon téměř 2 kW, a tepelný výkon
7 až 14 kW, a přijde na 17 000 eur. Berlínský
plynárenský koncern GASAG plánuje uvést
do provozu do konce roku 2010 prvních 500
jednotek.
Německá firma OTAG od roku 2003 vyvíjí
a nabízí 195 kg těžké jednotky „Lion-
Powerblock“ s kuriózním parním motorem
s volně létajícími písty, s elektrickým výkonem
0,3-2 kW a tepelným výkonem 3 až 16 kW,
doporučovanými pro dvourodinné domy
nebo malé provozovny. Srdcem zařízení je
tzv. linator (lineární generátor), který střídavým
působením expandující páry o tlaku
30 bar na levý a pravý píst „létá“ mezi krajními
polohami 2400krát až 4500krát za
minutu, a v cívce obklopující válec indukuje
stejnosměrný proud, který je střídačem
převáděn na běžný síťový kmitočet
50 Hz/230 V. Parní vyvíječ je vytápěn zemním
plynem s hořákem o výkonu 7 kW. Slabinou
je zdlouhavý náběh zařízení kvůli nutnému
předehřátí okruhů, které nelze zkrátit pod
3 až 5 minut.
Víc jak desetileté zkušenosti s jednotkami
Dachs používajícími pomaluběžné spalovací
čtyřtaktní motory o objemu 580 cm3
má společnost SenerTec GmbH. K pohonu
využívají topný nebo řepkový olej či biodiesel,
osvědčily se i v úpravě na zemní plyn
nebo bioplyn. Elektrický výkon se pohybuje
kolem 5 kW, tepelný výkon podle druhu
paliva 10 až 15 kW. Vodou chlazený motor
i alternátor a kondenzační výměník spalin
umožňují dosažení účinnosti 88 až 98 %.
SenerTec GmbH ve spolupráci s britskou firmou
Baxi prodává ročně až 3000 „dachsů“
O jejich spolehlivosti svědčí to, že při testu
životnosti vydržely 80 000 hodin v chodu,
což by automobilu vydalo na ujetí 5. mil.
kilometrů!
V Japonsku od roku 2003 a v USA od roku
2007 instalovala Honda přes 50 000 kompaktních
mikrojednotek Ecowill do malých
domácností s výkonem 1 kWel a 2,8 kWtep.
Jednotka je velikostí i vzhledem srovnatelná
s pračkou, zdrojem energie je vodou chlazený
jednoválcový čtyřtakt na zemní plyn
s objemem 163 cm3. Do roku 2011 počítá
Honda s instalací až 250 000 jednotek.
Ec opower s podporou
„Zásnuby“ německé společnosti Power-
Plus s plynárenskou společností VNG a zkušeným
výrobcem bojlerů a plynových kotlů
Vaillantem otevřely začátkem roku 2009
razantnější cestu k prosazení mikrokogeneračních
jednotek do nové i starší městské
zástavby. Experti Vaillantu vypracují pro
zájemce komplexní nabídku s cenovými relacemi
pro daný objekt i region, se zjištěním
všech možných dostupných státních a místních
podpor a bonusů pro „zelenou“ energii,
a doporučí pořízení jedné ze tří variant jednotek
Ecopower. Jednotky používají vodou
chlazený jednoválcový čtyřtaktní motor
s objemem 270 cm3 s generátorem o výkonu
5 kWel, s otáčkami 1700 – 3600.min-1,
přizpůsobujících se optimálně aktuálně
požadovanému poměru elektřiny a tepla.
Pokryjí spotřebu od 1,3 do 4,7 kWel a tepelný
výkon od 4 do 12,5 kWtep. Hlučnost
56 dB(A) u 390 kg těžké jednotky je ve sklepích
snesitelná. Jednotky jsou vhodné pro
roční úhrnnou spotřebu elektřiny a tepla
kolem 25 MWh. Návratnost investice s využitím
vyhlášených podpor se pohybuje od
8 do 12 let.
.
Ambiciózní projekt „Ec oBlue“
našel okamžitě tisíce zájemců
Hamburský energetický distributor Lichtblick
podepsal s vedením automobilky
Volkswagen 9. září 2009 dohodu o společném
budování virtuálně řízené sítě až 100
000 motorových mikrokogeneračních jednotek
EcoBlue®, a nabídl zájemcům mimořádně
lákavé podmínky:
Za startovní jednorázový poplatek 5000
eur technici Lichtblicku nahradí starý kotel
minielektrárnou EcoBlue s upraveným automobilovým
čtyřválcem VW na zemní plyn,
včetně zásobníku na horkou vodu a přípojkou
do elektrické sítě. Jednotka bude dálkově
řízena a kontrolována prostřednictvím GPS
operátory LichtBlicku, který převezme kompletní
servis. Zákazníkovi bude bez ohledu na
spotřebu plynu účtován paušál 20 eur měsíčně,
k jeho dobru bude LichtBlic proplácet
měsíčně 5 eur za pronájem sklepa a bonus
0,5 centu za každou do veřejné elektrosítě
přepuštěnou kilowatthodinu. Není divu, že
do měsíce po vyhlášení (s lákavou reklamou
v tisku) se přihlásilo 3500 prvních zájemců,
kterým obě společnosti s uznávaným renomé
poskytly ujištění, že se jim investice zaplatí
úsporami na teple a elektřině během 3 až
4 let. Závod VW v Salzgitteru začal s přípravou
velkosériové výroby jednotek, v nichž
uplatnil osvědčený automobilový čtyřválec
VW CNG 2.0 (objem 2000 ccm) v úpravě
na zemní plyn, z automobilů Volkswagen
Touran. Vodou chlazený motor nastavený
na 1530 ot.min-1 pohání vodou chlazený
asynchronní generátor s výkonem 20 kW/50
Hz. To vše s výměníky tepla, oběhovým
čerpadlem a katalyzátorem je vestavěno
ve skříni 117 x 840 x117 cm velké, s celkovou
hmotností 910 kg. Vzhledem k pomalým
otáčkám agregátu nenaměřili komisaři při testování
ve vzdálenosti 1 m od skříně větší hlučnost
jak 50 dB(A). K agregátu se připojuje
podle výběru zásobníkový akumulátor ohřáté
vody s objemem 800 nebo 1000 litrů. Elektrický
výkon dosahuje 20 kWel tepelný výkon
35 kWtep.Utopicky znějící plány LichtBlicku
počítají s instalací až 100 000 jednotek „ZuhauseKraftwerk“,
takže jejich maximální výkon by
mohl nahradit 1000 MW jaderné bloky.
Co ale s teplem v létě?
Optimisticky laděný superprojekt, který
přichází v době naléhavé reorganizace
elektrorozvodných sítí, jež musejí zvládnout
navíc nepravidelné elektrické výkony
tisíců větrných a solárních zdrojů, vyvolal
okamžitou reakci odborníků, zejména z plynárenskou
konkurencí ohrožených elektroenergetických
koncernů. Agregátům EcoBlue
vyčítají až čtyřnásobně vyšší produkci tepla,
než kolik v topném období potřebují dnes
tepelně dobře izolované standardní rodinné
domky, pro které jsou zejména nabízeny.
Téměř polovinu roku v letním období
nebude s výjimkou ohřevu užitkové vody
potřeba tepelného výkonu a operátor bude
muset jednotky dálkově zastavit, což změní
optimistické kalkulace a sníží bonusy.
Kalkulace kritiků mj. ukazují, že majitelé
rodinných domů s průměrnou roční spotřebou
tepla a elektřiny kolem 20 000 kW i se
všemi slibovanými výhodami s uvážením
odpisu investice v průběhu 10 let zaplatí až
o třetinu víc než za plyn, který spotřebují
v moderním plynovém kotli. Jisté je i to, že
zamýšlená „decentralizovaná“ energetika si
navíc vyžádá obrovské investice do vybudování
inteligentní přenosové a distribuční sítě,
kterou nástup větrných, solárních a kogeneračních
jednotek nárokuje. Ing. Jan Tůma