Kogenerace pro rodinné domy: Vyrábějte teplo a elektřinu najednou0

Kombinovaná výroba tepla a elektřiny je dnes doménou elektráren, tepláren a průmyslových provozů. Vývoj ale pokračuje a brzy možná bude všechno jinak. Umožní malé kogenerační jednotky vyrábět doma teplo i elektřinu najednou? Kolik energie vyrobí?

Má-li být rodinný dům v evropských podmínkách obyvatelný, je potřeba ho vytápět a zásobovat elektrickou energií. Zatímco o vytápění se vlastník domu většinou stará sám, dodávku elektrické energie ponechává na energetických společnostech. Částečnou změnu tohoto zavedeného schématu přinesl až rozvoj solární energetiky. Některé rodinné domy tak nyní elektrickou energii do rozvodné sítě po část dne naopak dodávají. Fotovoltaické panely ovšem nemusí představovat jedinou alternativu pro zájemce o ekologicky šetrnou výrobu elektrické energie v domácnosti.

Přinejmenším stejný rozruch jako solární panely mohou brzy vyvolat malé kogenerační jednotky, které do hry o ekologizaci a zefektivnění výroby energií přinášejí nový prvek. Prakticky všechna dosud nabízená zařízení totiž domácnostem poskytovala buď řešení pro výrobu tepla (kondenzační kotle, tepelná čerpadla, solární kolektory), nebo pro výrobu elektřiny (fotovoltaické panely, malé vodní a větrné elektrárny). Kogenerační jednotky ale obě tyto oblasti řeší zároveň. Díky kombinované výrobě tepla a elektřiny v jednom zařízení lze dosáhnout vysoké efektivity a využít přes 90 % energetického obsahu paliva.

Kombinovaná výroba tepla a elektřiny i pro domácnosti

Přínos malých kogeneračních jednotek spočívá v tom, že teplo a notná část elektrické energie mohou být spotřebovány přímo v místě jejich výroby. Odpadají tedy i ztráty vznikající při transportu energie na delší vzdálenost. Vzájemné provázání výroby tepla a elektřiny ovšem přináší i jisté omezení – potřebu zajistit pokud možno trvalý odběr tepla. Kdyby provozovatel konvenční kogenerační jednotky nebyl schopen po většinu roku smysluplně využívat teplo vznikající jejím provozem, výroba elektřiny by po zapojení tepelného výměníku sice byla možná ale nehospodárná.

S využitím elektřiny vyrobené kogenerační jednotkou na rozdíl od tepla obtíže nenastávají. Její nespotřebované přebytky lze na základě smlouvy uzavřené s příslušným distributorem elektřiny (ČEZ, EON, PRE) odprodávat do elektrické sítě. Při splnění podmínek stanovených platnými předpisy má provozovatel kogenerační jednotky právo na příspěvek k ceně elektřiny ve výši stanovené cenovým rozhodnutím Energetického regulačního úřadu, a to jak pro elektřinu dodanou do sítě, tak pro elektřinu, kterou sám spotřebuje. Aktuální výše příspěvku pro jednotky o výkonu do 1 MWe činí 470 – 1 800 Kč / MWh.

Kombinovaná výroba tepla a elektřiny může být brzy využívána také pro rodinné domy

Malé kogenerační jednotky jsou zatím drahé

Každý, kdo se v Česku bude zajímat o kogenerační jednotky malých a středních výkonů, nemůže nenarazit na značku TEDOM. Jedná se o označení výrobků stejnojmenné české firmy, která v roce 1991 začínala s projektem malé domácí teplárny s  upraveným plynovým motorem ze Škody Favorit a během dvaceti let se vypracovala na jednoho z předních evropských výrobců kogeneračních jednotek. V současné době se může pochlubit téměř třímiliardovým ročním obratem a více než 2 000 instalacemi těchto jednotek v řadě zemí světa.

Těžištěm její produkce jsou jednotky s výkonem v řádu desítek, či spíše stovek kilowatů, který je předurčuje k „průmyslovému“ využití – v sušárnách, mrazírnách, ale i nemocnicích, hotelích, aquaparcích atd. Nabídku kogeneračních jednotek s výkonem odpovídajícím reálným podmínkám běžného rodinného domu, tzn. s elektrickým výkonem cca 1 – 2 kWe a tepelným výkonem do 10 kW, firma TEDOM v dohledné době neplánuje. Asi hlavně proto, že zájem o ně by za současných podmínek s ohledem na předpokládanou relativně vysokou pořizovací cenu nebyl příliš velký.

Kogenerační jednotka TEDOM. Zdroj: TEDOM

Investiční náklady v přepočtu na jednotku instalovaného výkonu v případě malých kogeneračních jednotek strmě rostou. Zatímco u velkých zařízení o výkonu kolem 500 kWe pořizovací cena strojů na evropském trhu vychází na cca 750 euro/1 kWe jmenovitého elektrického výkonu, u 50 kWe jednotek je to 1 200 euro/1 kWe a u malých jednotek s výkonem 5 kWe už přes 3 000 euro/1 kWe. Cena za instalovaný kilowatt může být u nejmenších jednotek ještě podstatně vyšší. Z toho pak vychází delší návratnost investice, která je činí méně atraktivními pro zákazníky – a tím i pro výrobce.

„Většímu využití mikrokogeneračních jednotek k vytápění rodinných domů brání poměrně nízká výkupní cena elektrické energie pro nejmenší stroje a v případě běžného rodinného domu také velké rozdíly ve spotřebě tepla v průběhu letních a zimních měsíců. Použití kogenerační jednotky ale může být výhodné například pro luxusní rodinné domy, které mají velký odběr energie i v létě. Pokud bude takový dům vybaven například bazénem, saunou, klimatizací a dalšími žrouty energie, je možné dosáhnout vcelku zajímavé osmileté návratnosti. U větších zařízení, jako například kogenerační jednotky Micro T30 (30 kWe), ovšem vychází návratnost i pod čtyři roky,“ dodává Jiří Tichý z úseku Mikrokogenerace firmy TEDOM.

Potenciální zájemce o malou kogenerační jednotku využitelnou pro vytápění běžného rodinného domu byl až dosud nucen volit jiná technická řešení. Prakticky všechna v Česku nabízená zařízení totiž byla pro tento způsob použití příliš výkonná a nákladná. Nejmenší kogenerační jednotkou na českém trhu je nová jednotka řady Micro o elektrickém výkonu 7 kW, jejíž prodej firma TEDOM plánuje zahájit v průběhu letošního března. Jako zdroj tepla a elektrické energie má nalézt uplatnění zejména v malých provozovnách a penzionech.

Základní parametry mikrokogenerační jednotky TEDOM

Zdroj: Produktový list firmy TEDOM

Budoucnost: mikroturbíny, Stirlingův motor, palivové články?

Většina komerčně nabízených malých kogeneračních jednotek si byla až dosud principielně hodně podobná. Vždy sestávala z elektrického generátoru poháněného pístovým motorem spalujícím zemní plyn, popřípadě LPG. Zpravidla se přitom jednalo o motory obdobné těm, které lze nalézt v automobilech nebo stavebních strojích, jen opatřené příslušnou regulací, odhlučněné a přizpůsobené specifickému režimu provozu. Hlavní výhodou tohoto řešení je, že se jedná o osvědčená a – v případě kvalitních výrobků a zajištění řádné údržby – i poměrně spolehlivá zařízení.

Jiná koncepční řešení až dosud narážela na řadu technických problémů a kvůli enormním nákladům na vývoj až na výjimky neopustila fázi testovacích projektů. Jednou z těchto výjimek jsou plynové mikroturbíny. Mezi jejich hlavní přednosti patří téměř nulové nároky na údržbu díky nízkému počtu pohyblivých dílů, malé rozměry i hmotnost, nízká hlučnost, výrazně nižší emise a lepší schopnost spalovat nejen zemní plyn, ale i směsi s proměnným obsahem plynných složek (bioplyn). Využití mikroturbín v domácnostech však prozatím brání jejich vysoká pořizovací cena a nedostupnost zařízení s výkonem pod 30 kWe.

Velké naděje při vývoji malých kogeneračních jednotek jsou již delší dobu vkládány do Stirlingova motoru, který má oproti klasickým spalovacím motorům vyšší účinnost, nižší hlučnost a malé servisní nároky. Díky odlišnému principu fungování – využití vnějšího spalování – může motor využívat různých paliv anebo i jiných zdrojů tepla (např. solární energie). Vývojem takovéhoto zařízení se zabývala řada firem, většinou však neúspěšně. Svou variantu mikrokogenerační jednotky se Stirlingovým motorem vyvinula i zmíněná firma TEDOM. V dohledné době však s jejím uvedením na trh nepočítá.

Firma Viessmann testuje mikrokogenerační systémy v praxi. Zdroj: Viessmann

První kogenerační jednotka na bázi Stirlingova motoru

Nejblíže ke komerční produkci kogeneračních jednotek na bázi Stirlingova motoru je patrně firma Viessmann, která v Německu již provádí provozní testování kompaktní závěsné mikrokogenerační jednotky sestávající z plynového kondenzačního kotle a Stirlingova motoru s účinností 97 % (Hs). Základní tepelný výkon 6 kWt a elektrický výkon 1 kWe přitom zcela odpovídá využití této jednotky v rodinných domech. Pokud testy dopadnou dobře, prodej jednotky by měl být zahájen v druhé polovině roku 2011. Předpokládanou cenu ani jiné bližší informace však firma Viessmann prozatím ke zveřejnění neuvolnila.

Další z perspektivních řešení pro výrobu elektrické energie a tepla v domácnosti představují palivové články. Jde o zařízení pracující na principu galvanického článku, z něhož lze při dodávce vhodného paliva a okysličovadla získávat elektrickou energii a teplo, a to s vysokou účinností a bez škodlivých emisí. Nejznámější jsou články využívající jako palivo vodík nebo metanol. Jejich rozšíření do domácností zatím zůstává hudbou budoucnosti, i když možná už nepříliš vzdálenou. Palivové články dnes hledají své uplatnění nejen v automobilech, ale dají se pořídit třeba jako náhrada elektrocentrály do karavanu.

Autor: Redakce Nazeleno.cz

Více článků od autora