Kapcsolt energiatermelés

Tartalom

Bevezetés 13
1. A kapcsolt energiatermelés 17
1.1. Az egyenértékű közvetlen és kapcsolt energiatermelés 18
1.1.1. A primerenergia-megtakarítás 18
1.1.2. A hasznos hő, a kapcsolt energiatermelés alapja 19
1.1.3. Kapcsolt energiatermelő erőmű és az erőműrendszer 20
1.2. Kapcsolt energiatermelés és a termodinamika 22
1.2.1. A tüzelőanyagok energiája 22
1.2.2. A hő, exergia és anergia 23
1.2.3. Kapcsolt energiatermelés 25
1.3. Hőszivattyús hőtermelés 26
1.4. Primerenergia-megtakarítási lehetőségek 28
1.4.1. Fogyasztói végenergia-felhasználás csökkentése 30
1.4.2. Hatásfokjavítás 32
1.4.3. Megújuló energiák használata 34
1.4.4. A különböző energiamegtakarítások közös nevezője 36
2. A kapcsolt energiatermelés energetikai jellemzői 37
2.1. A közvetlen energiatermelések energetikai mutatói 37
2.1.1. A közvetlen hőtermelés mutatói 37
2.1.2. A közvetlen villamosenergia-termelés mutatói 39
2.2. A kapcsolt energiatermelés energetikai mutatói 40
2.2.1. Tisztán kapcsolt energiatermelés 41
2.2.2. Vegyes energiatermelés 45
2.2.3. Kapcsolt hőkiadás villamosenergia-termelésre tervezett erőműből 47
2.3. Azonos színvonalú közvetlen és kapcsolt energiatermelés 48
2.4. Kapcsolt energiatermelés és a primerenergia-megtakarítás 50
2.4.1. Tisztán kapcsolt energiatermelés, a hasznos hő szerepe 50
2.4.2. Azonos színvonalú közvetlen és kapcsolt energiatermelés 53
2.4.3. Vegyes energiatermelés 57
2.5. A kapcsolt energiatermelés energetikai jelleggörbéi 59
2.6. Villamosenergia-termelés segédhűtéssel 63
3. A kapcsolt energiatermelés gazdasági jellemzői 66
3.1. Tüzelőköltségek, tüzelőköltség-megtakarítás 66
3.1.1. Tüzelőköltség-megtakarítás 66
3.1.2. Tüzelőköltség jelleggörbék, fajlagos tüzelőköltségek 69
3.2. Beruházási költségek 73
3.2.1. A kapcsolt energiatermelés beruházási többletköltsége 73
3.2.2. A fűtőerőmű fajlagos beruházási költségei 74
3.3. A kapcsolt energiatermelés gazdaságossága 77
3.3.1. A kapcsolt energiatermelés statikus költségei, gazdasági jelleggörbéje 77
3.3.2. Megtérülési idők 78
3.3.3. Tőke-visszatérülés, nettó jelenérték, belső megtérülési ráta 81
3.3.4. Jövedelmezőségi mutatok 83
3.4. A kapcsolt energiatermelés árbevételi jelleggörbéje 84
4. Energiaigények és -források, a hasznos hő 86
4.1. Epületek hőigénye 86
4.1.1. Fűtési és hűtési hőigények 86
4.1.2. Használati melegvízellátás hőigénye 90
4.1.3. Lakóépület hőellátásának évi tartamdiagramja 91
4.2. Technológiai hőigények 93
4.3. A hazai hőellátás, a kapcsolt energiatermelés potenciálja 94
4.3.1. A hazai távhőellátás 95
4.3.2. A kapcsolt energiatermelés fejlesztésének lehetőségei 98
5. Hőszolgáltató gőzerőművek 103
5.1. Kapcsolt energiatermelő gőzkörfolyamatok 104
5.1.1. Ellennyomású gőzkörfolyamat 104
5.1.2. Hőszolgáltató-kondenzációs gőzkörfolyamat 111
5.2. Hőszolgáltató gőzkörfolyamatok energetikai hatékonysága 113
5.2.1. A kapcsolt hőtermelés fajlagos primerenergia-felhasználása 113
5.2.2. Hatékonyságnövelő lehetőségek 115
5.2.3. A fűtési hőkiadás rendszere és jellemzői 117
5.3. Ellennyomású fűtőblokkok 120
5.3.1. Egyfokozatú fűtő víz-termelés 120
5.3.2. Kétfokozatú fűtővíz-termelés, aszimmetrikus ikeráramú fütőturbina 123
5.3.3. Az ellennyomású fűtőblokkok rugalmas üzeme 126
5.4. Kondenzációs fűtőblokkok 131
5.4.1. Részleges hőkiadás 131
5.4.2. Teljes hőkiadás, toriasztás 136
5.4.3. Kondenzációs fűtőblokkok üzemvitele és energetikai jellemzői 143
5.5. Gőzszolgáltató gőzerőművek 147
5.5.1. Gőzszolgáltató ellennyomású gőzerőmű 147
5.5.2. Elvételes-kondenzációs rendszer 148
5.5.3. Gőzkiadás korszerű kondenzációs gőzerőműből 150
6. Gázturbinás, gázmotoros fűtőerőművek 152
6.1. Gázturbinás és gázmotoros kapcsolt energiatermelés közös vonásai 152
6.2. Gázturbinás fűtőegységek energetikai jellemzői 153
6.2.1. Veszteségmentes gázturbinás kapcsolt hőkörfolyamat 154
6.2.2. Valóságos gázturbinás kapcsolt energiatermelés 158
6.3. A fűtőgázturbina hőtermelése 161
6.3.1. Forró víztermelés 161
6.3.2. Gőztermelés 163
6.3.3. A hőhasznosító gázoldali ellenállása 165
6.4. A fűtőgázturbina rugalmas üzeme 165
6.4.1. A fűtőgázturbina részterhelése 166
6.4.2. Csúcsüzemű fűtőgázturbina 167
6.4.3. Gőzbefecskendezés 168
6.4.4. Póttüzelés 169
6.4.5. Befecskendezés és póttüzelés 174
6.5. Gázmotoros hőszolgáltató egységek 175
6.5.1. Az alkalmazott gázmotortípusok 176
6.5.2. A gázmotorok hűtése és hőtermelése 179
6.5.3. A gázmotorok illesztése a távhőrendszerbe 183
6.5.4. A gázmotorok gőztermelése 186
6.6. A gázmotoros fűtőblokkok energetikai jellemzői 187
7. Hőszolgáltató kombinált gáz/gőzerőművek 190
7.1. Hőszolgáltató gáz/gőzerőművek energetikai jellemzői 190
7.1.1. Veszteségmentes hőszolgáltató gáz/gőzerőmű hőkörfolyamata 191
7.1.2. Gáz/gőzerőmű valóságos kapcsolt energiatermelése 195
7.2. Hőszolgáltató gáz/gőzerőművek felépítése, hőkiadási rendszere 200
7.2.1. Ellennyomású kombinált fűtőblokkok 201
7.2.2. Ellennyomású kombinált gőzszolgáltató egységek 205
7.2.3. Rugalmas üzem segédhűtéssel és póttüzeléssel 206
7.2.4. Kondenzációs kombinált fűtőblokkok 208
7.3. Korszerű gáz/gőzkörfolyamatú fűtőblokkok 211
8. Kapcsolt energiatermelés mikroegységekkel 217
8.1. Kapcsolt energiatermelő gázközegű mikroegységek 217
8.1.1. Mikro-gázmotorok 218
8.1.2. Mikro-gázturbinák 220
8.1.3. Stirling-motorok 222
8.2. Kapcsolt energiatermelő tüzelőanyag-cellák 225
8.2.1. Tüzelőanyag-cella kapcsolt energiatermelése 226
8.2.2. Tüzelőanyag-cella és mikro-gázturbina összekapcsolása 229
8.2.3. A tüzelőanyag-cellák alkalmazása 233
8.3. Alacsony hőmérsékletszintű hő hasznosítása mikroegységekkel 236
8.3.1. Az alacsony hőmérsékletű hő értéke 236
8.3.2. Geotermikus vízgőz-körfolyamatok 240
8.3.3. ORC és Kalina-körfolyamatok 242
9. Bioenergia és a kapcsolt energiatermelés 244
9.1. A bioenergia hazai potenciálja 244
9.1.1. Elsődleges biomassza 245
9.1.2. Másodlagos és harmadlagos biomassza 247
9.2. A bioenergiák hasznosítási módjai és értékelése 248
9.2.1. A biomassza energetikai hasznosításának módjai 249
9.2.2. A biomassza energetikai hasznosításának értékelése 250
9.2.3. A biogáz-termelés értékelése 254
9.2.4. A biomassza-termelés energetikai értékelése 255
9.3. Biomassza-tüzelés, kapcsolt energiatermelés 257
9.3.1. A biomassza eltüzelése 257
9.3.2. Biomassza-tüzelésű fűtőerőművek 259
9.4. Biomassza elgázosítása, kapcsolt energiatermelés 261
9.4.1. Biogáz-termelés 261
9.4.2. A biogáz-erőművek, kapcsolt energiatermelés 265
9.5. A bioenergia-hasznosítás hazai jelen- és jövőképe 268
10. Kapcsolt hőtermelés és a távhőrendszerek 269
10.1. Forróvizes távhőrendszer 269
10.1.1. Forróvizes távhőrendszer felépítése 270
10.1.2. Forróvizes távhőrendszer energetikai jellemzői 272
10. 2. A csúcsigény megosztása a kapcsolt és a közvetlen hőtermelés között 273
10.2.1. A megosztás célfüggvényei 274
10.2.2. Példa a csúcsteljesítmény megosztására gázmotorok esetén 276
10.3. Kapcsolt és közvetlen hőtermelő egységek kooperációja 280
10.3.1. Állandó tömegáramú távfűtőrendszer, soros kooperáció 281
10.3.2. Állandó tömegáramú távfűtőrendszer, párhuzamos kooperációk 283
10.3.3. Változó tömegáramú távfűtőrendszerek 287
10.4. Hőtárolók fűtőerőműves távfűtőrendszerekben 289
10.4.1. Forróvíztárolók keveredés nélkül és keveredéssel 290
10.4.2. Forró víztárolók a fogyasztók hőellátásában 292
10.4.3. Forróvíztárolók a kapcsolt energiatermelés érdekében 293
10.5. A közvetlen hőtermelés referencia-hatásfoka 296
11. Kapcsolt villamosenergia-termelés és a villamosenergia-rendszer 298
11.1. A fűtőerőmű villamos teljesítményének értékelése a villamosenergia-rendszerben 298
11.2. A kapcsolt energiatermelés és a terheléselosztás 303
11.2.1. A kapcsolt energiatermelés növekményköltségei 303
11.2.2. A villamosenergia-rendszer összetétele, terheléselosztás 305
11.3. A villamosenergia-rendszer hatása a kapcsolt hőtermelésre 308
11.4. Az erőműrendszer fejlesztése, hatásfokjavítás 312
11.5. A közvetlen villamosenergia-termelés referencia-hatásfoka 316
11.6. A potenciális kapcsolt villamosenergia-termelés 318
12. Hőszivattyúk 320
12.1. Villamos hajtású gőzközegű hőszivattyúk 320
12.1.1. A gőzközegű hőszivattyú rendszerstruktúrája 321
12.1.2. Reverzibilis és valóságos hőszivattyús gőzkörfolyamat 322
12.1.3. Az elpárologtató és a kondenzátor irreverzibilitásai 327
12.1.4. A hőszivattyú folyamat- és mérlegegyenletei 328
12.1.5. Hőszivattyús hőtermelés energetikai mutatói 330
12.2. Villamos hajtású gázközegű hőszivattyúk 333
12.2.1. Joule hőszivattyús körfolyamatok 333
12.2.2. Stirling-Philips hőszivattyús körfolyamat 334
12.3. Gázmotor hajtású hőszivattyú 335
12.4. Abszorpciós hőszivattyúk 337
12.5. A hőszivattyúk alacsony hőfokszintű hőforrásai 340
12. 5.1. Környezeti hőforrások 340
12.5.2. Technológiai hulladékhők 342
12.6. Hőszivattyús hőellátó rendszerek 343
12.6.1. Hőigények és hőszivattyúk hőteljesítménye, a hőszivattyúk üzemmódja 343
12.5.2. Néhány hőszivattyús hőellátó rendszer 345
12.5.3. Gőzkomprimálás 348
13. Kapcsolt villamosenergia- és fűtési/hűtési
hőtermelés (trigeneráció) 349
13.1. Trigeneráció gázmotorral és hőszivattyú/hűtőgéppel 349
13.1.1. A hőszivattyú/hűtőgép fűtési és hűtési tényezője 349
13.1.2. Trigeneráció gázmotorhajtású hőszivattyú esetén 350
13.2. Trigeneráció gázmotorral és abszorpciós hűtőberendezéssel 353
13.2.1. A trigeneráció jellemzői 354
13.2.2. Az abszorpciós hűtőberendezés jellemzői 355
13.2.3. A trigeneráció energetikai jelleggörbéje 358
13.3. A trigeneráció alkalmazása 359
13.3.1. A hármas energiaigények 359
13.3.2. Példa: MOM Park trigenerációs rendszere 362
14. Kapcsolt energiatermelés és a környezetvédelem 365
14.1. Kapcsolt energiatermelés és a szén-dioxid-kibocsátás 365
14.1.1. A tüzelőanyagok elégetése és szén-dioxid keletkezése 365
14.1.2. Energiamegtakarítás és a szén-dioxid-kibocsátás 367
14.2. Az erőművek szén-dioxid kibocsátása, leválasztása és tárolása 370
14.2.1. A szén-dioxid-szennyezés globális helyzet- és jövőképe 370
14.2.2. Különböző erőművek szén-dioxid-kibocsátása 374
14.2.3. Szén-dioxid-leválasztási technológiák 376
14.2.4. A szén-dioxid elhelyezése/tárolása 380
14.3. Decentralizált kapcsolt energiatermelés lokális környezeti hatásai 381
14.3.1. Légszennyezés 381
14.3.2. Zajvédelem 382
15. A kapcsolt energiatermelés gazdaságossága
383
15.1. Kapcsolt energiatermeléssel elérhető tüzelőköltség-megtakarítás,
a primerenergia-árak 383
15.1.1. A földgáz szerepe energiaellátásunkban és ára 384
15.1.2. A villamos energia és a földgáz árkapcsolata 391
15.2. A finanszírozás formái 393
15.2.1. Vállalati befektetés, finanszírozás 393
15.2.2. Projektfinanszírozás 396
15.2.3. Az ESCO rendszer 400
15.3. A kapcsolt energiatermelés támogatása 402
15.3.1. A kapcsolt energiatermelés üzlet vagy támogatandó? 402
15.3.2. A kapcsolt energiatermelés normatív támogatása 404
15.3.3. A kapcsolt energiatermelés, illetve
a szén-dioxid-csökkentés egyéb támogatása 405
15.4. Kapcsolt energiatermelés üzletpolitikája,
fogyasztói hőár-kedvezmény 406
16. Kapcsolt energiatermelés Magyarországon 409
16.1. Kapcsolt energiatermelés a gőzerőművek korszakában (1990-ig) 409
16.2. Kapcsolt energiatermelés a gázerőművek időszakában (1990-től) 414
16.2.1. Nagyteljesítményű gázközegű fűtőegységek 415
16.2.2. Gázközegű hőszolgáltató kiserőművek, KÁP-támogatás 418
16.2.3. Trigenerációs rendszerek 423
16.3. A kapcsolt energiatermeléssel elért primerenergia-megtakarítás 423
Fogalmak, jelölések és mértékegységek 429
Lektori vélemény 435
A könyv támogatói 437

Témakörök