Darko Prebeg , dipl.ing.str.
U svijetu se već poduže vrijeme za kogeneracijsku proizvodnju toplinske (rashladne) i električne energije većih objekata koriste tzv. kogeneracijske energane odnosno autonomne kontejnerske jedinice s kompletnim sustavom proizvodnje pomenutih energija uporabom plinskog motora s unutarnjim izgaranjem (poznatiji proizvođači Caterpilarr, Jenbacher, Deutz...) s ukomponiranim generatorom. Takve su energane, uz motorni agregat opremljene sa svom potrebnom izmjenjivačkom, upravljačkom, cjevnom i armaturnom tehnologijom za potpuno samostalan rad, a kao osnovni energetski izvor nekog sustava tehnološkog ili komfornog grijanja, hlađenja te zagrijavanja potrošne tople vode (PTV) uglavnom koriste prirodni (zemni) plin, a u novije vrijeme sve se više upotrebljava i bioplin. Kada je građevinska konfiguracija nekog objekta osmišljena kao velika površinska jedinica ili više njih, za potrebe tehnološkog ili komfornog grijanja, hlađenja i zagrijavanja potrošne tople vode (PTV), sustav s kogeneracijskom energanom predstavlja vrlo kvalitetno tehničko rješenje. Dovođenjem potrebne količine prirodnog plina (m³/h) preko plinske rampe do plinskog motora s unutarnjim izgaranjem, ostvaruje se dvostruka proizvodnja u jednom jedinstvenom procesu odnosno se istovremeno iz jednog energenta dobivaju električna i toplinska energija. Ustvari, ovakav oblik plinske kogeneracije je istovremeno i plinska trigeneracija, jer se proizvedena toplinska energija uporabom apsorpcijskih rashladnih uređaja u odabranoj sezoni režim rada pretvara u rashladnu energiju (s rashladnim omjerom 0,85-0,9, što znači da za potrebe hlađenja treba proizvesti više toplinske energije), sve to uz neprekidnu proizvodnju električne energije. To znači, da bilo koji veći objekat (npr. hotel, bolnica, trgovački centar, sveučilište, neboderi i sl...) može kontinuirano koristiti kogeneracijski/trigeneracijski sustav neprekidno tijekom cijele godine. Ovisno o veličini potrošnji vlastite električne energije, menadžment može donijeti odluku o prodaji proizvedene struje ovlaštenom distributeru kao višak ili kompenzacija svojih potreba. Električna energija se proizvodi uslijed mehaničkog rada, prijenosom pravocrtnog kretanja klipova u V-cilindričnom motoru na radilicu (koljenasto vratilo), čijim se okretanjem ostvaruje zakretni moment, potreban za stalnu vrtnju rotora u asihronom generatoru. Zbog induciranja u zavojnicama, na statoru dolazi do proizvodnje izmjenične električne struje, koja nema dovoljan napon (10-15000 V) pa se isto povećava uporabom transformatora (trafostanica). Tako dobivena električna energija se putem električne mreže distribuira do potrošača (rasvjeta, električni uređaji sustava, mali kućanski elektrouređaji itd.). Eventualne viškove moguće je pod određenim zakonskim uvjetima prodavati distributeru. Istovremeno, u kogeneracijskoj energani se zbog rada plinskog motora s unutarnjim izgaranjem oslobađa velika otpadna toplina iz raznih segmenata uređaja, koja se kroz posebno i sustavno ugrađene elemente (izmjenjivači topline tipa shell&tube, armatura) koristi za zagrijavanje/hlađenje sekundarne radne tvari (voda, zrak i sl.). Najveći doprinos toplinskom učinu (ovisno o opterećenju plinskog motora u radu) daje otpadna toplina iz ispušnih plinova motora (dimovodni sustav ima temperaturu na ulazu cca. 520ºC, izlaz cca. 120ºC), koja se iskorištava u svrhu grijanja sekundarne radne tvari-vode, u zimskom periodu namijenjene za potrebe komfornog grijanja i zagrijavanja potrošne tople vode (PTV) objekta. Toplina dobivena iz vodenog hlađenja motora također ima značajnu vrijednost, koja se pridružuje ukupnom toplinskom učinu korisne topline iz kogeneracije, kao i onaj dio toplinskog učina dobivenog iz topline vodenim hlađenjem ulja za podmazivanje obrtnih djelova plinskog motora i generatora. Primjerice, za neki virtualni hotel kapaciteta 600 gostiju moguće je planirati kogeneracijsku energanu ukupne električne snage ΝEL= 1136 [kWe] i toplinskog učina QGR kogen = 1716 [kW] (kod 100% opterećenja rada plinskog motora), što u potpunosti zadovoljava vršne potrebe tehničkog rada hotela. Za potrebe komfornog grijanja takvog hotela, ukupno proračunati toplinski učin iznosi QG=1366 [kW], a zagrijavanja PTV-a Q = 275 [kW], što odabrana kogeneracijska energana može zadovoljiti (Tablica 1.) iz otpadnih toplina ispušnih plinova (1012 kW), vodenog hlađenja motora (582 kw) i hlađenja ulja za podmazivanje (122 kW). Također, prema podacima proizvođača (Caterpilarr) kod 100% opterećenja rada motora, električna snaga generatora isporučena u mrežu iznosi NEL,mrež =1086[kW], a nazivni učin plinskog motora NPM,nazivno=1399 [kW]. Temeljem provedenih proračuna učina za neki virtualni hotel kapaciteta 600 gostiju (kategorija 4*), moguće je izvršiti energetsku i ekonomsku analiza isplativosti uporabe kogeneracijskog/trigeneracijskog sustava komfornog grijanja, hlađenja i zagrijavanja potrošne tople vode (PTV) te proizvodnje električne energije. Energetski dio projekta osmišljen je uporabom kontejnerske energane s plinskim motorom na unutarnje izgaranje i generatorom, pogonjenim prirodnim (zemnim) plinom. Ukupni električni učin iz kogeneracije uzet u proračunsko razmatranje (kod 100% opterećanja motora) iznosi 1136 kW, a toplinski 1716 kW (kombinirano iz nekoliko vrsta izvora otpadne topline). Ovako bi projektirani centralni energetski izvor moga preko odgovarajućeg pomoćnog sustava izmjenjivača topline, armature, cjevovoda i automatike napajati konvencionalni komforni razvod toplinske i rashladne energije hotela uporabom ventilokonvektorskog (voda) i ventilacijskog (zrak) sustava s klima komorama. Istovremeno se u jedinstvenom procesu proizvodi i električna energija za potrebe rada tih i drugih električnih uređaja, npr. liftova, unutarnje i vanjske rasvjete itd. Potrebna cjelogodišnja toplinska energija zagrijavanja potrošne tople vode (PTV) tako odabranog virtualnog hotela, ukupnog toplinskog učina 275 kW ostvaruje se također iz sustava kogeneracije. Potrošna topla voda se akumulira u spremnicima s rezervnim elektrogrijačima (2x138kW). U zimskom periodu, plinska kogeneracijska energana opskrbljuje sustave hotela potrebnom i dovoljnom toplinskom i električnom energijom, a tijekom ljetnog perioda ista prelazi u trigeneracijski sustav, jer uz kontinuiranu cjelogodišnju proizvodnju električne energije i topline zagrijavanja potrošne tople vode (PTV) omogućava kvalitetno sezonsko komforno hlađenje hotela preko posebno planiranog sustava s apsorpcijskim rashladnim uređajima (ARU) na toplu vodu, a sve to u jedinstvenom pogonskom procesu i samo s jednim energentom (prirodni plin). Troškovi početne investicije za nabavu kogeneracijske kontejnerske energane (KE) te dva apsorpcijska rashladna uređaju (ARU) relativno su visoki (cca. 755.000,00 Eura). Ipak, isto svakako treba promatrati kroz prizmu energetske vrijednosti i financijske važnosti takvog sustava, zbog dugoročnih energetskih ušteda uslijed istovremene proizvodnje električne, toplinske i rashladne energije unutar jedinstvenog procesa i s jednim energentom, a sve to za osiguranje kvalitetne funkcionalnosti odgovarajućih hotelskih ponuda. Iz rezultata izvršene analize ekonomske isplativosti ugradnje kogeneracijskog/trigeneracijskog sustava virtualnog hotela razvidno je, kako definirani vremenski period moguće optimizacije troškova poslovanja i povrata investicije iznosi oko 7.28 godina, što je unutar planiranog perioda razmatranja od 15 godina i karakterističnih trenutnih uvjeta RH. Cijena prirodnog plina u Hrvatskoj, kao trenutno ekonomski (troškovno) najutjecajnijeg energetskog parametra odabranog sustava kogeneracije/trigeneracije hotela dosta je visoka i nepovoljna u odnosu na naknadu (prihod), koju zakonom isplaćuje HEP za otkup proizvedene električne energije iz OIE i kogeneracije i u stalnom je porastu. Ta važna činjenica, ovako tehnički koncipiran sustav kogeneracije/trigeneracije virtualnog hotela postavlja u poziciju pokrivanja isključivo i samo vlastitih tehničko-funkcionalnih energetskih potreba. Naime, iz neke dalnje usporedbe proizvedenih i prodanih viškova električne energije HEP-u u statusu povlaštenog proizvođača (npr. za ekstremni slučaj stalnog rada kogeneracije s 100% opterećenja) s troškovima potrošnje prirodnog plina za rad te iste kogeneracije za pretpostaviti je, da dobiveni rezultati vjerovatno ne bi ukazivali na neko značajnije smanjivanje vremena povrata investicije, kao najzanimljivijeg parametra ovog analitičkog razmišljanja. Zaklučak je ove jednostavno predstavljene analize, da se u Republici Hrvatskoj energetski i ekonomski gledano trenutno isplati ulagati isključivo u velike sustave kogeneracije/trigeneracije (hoteli, bolnice, sveučilišta, muzeji, trgovački centri, sportske dvorane, neboderi, muzeji, škole i sl.), dakle one objekte s izrazito velikim energetskim zahtjevima i to za pokrivanje isključivo vlastitih funkcionalnih potreba za godišnjom električnom, toplinskom i rashladnom energijom. Predstavljeni dugogodišnji povrat uloženih investicijskih sredstava, u varijanti povlaštenog proizvođača električne energije kod sustava kogeneracije/trigeneracije na bazi plinskog motora s unutarnjim izgaranjem zasad u RH ekonomski nije isplativ, prioritetno zbog nesrazmjerne cijene prirodnog plina i otkupne cijene električne energije od strane HEP-a. Isto bi svakako trebalo dodatno istražiti i s osnove uporabe bioplina, kao doslovno obnovljivog i za sustave kogeneracije/trigeneracije s plinskim motorom vrlo prihvatljivog pogonskog energenta, naravno uz dodatno detaljnije sagledavanje i ekonomsku analizu takvih investicijskih i proizvodnih troškova.
Darko Prebeg , dipl.ing.str.