Janitza.cz

Janitza Electronics se zabývá vývojem a výrobou energeticky úsporných systémů. Je výrobcem digitálních měřidel, systémů SEMS, univerzálních multimetrů, regulátorů jalového výkonu, systémů pro řízení spotřeby, ¼ hodinového maxima a dalších přístrojů nejvyšší kvality.

KBH.cz

Společnost KBH vyrábí, dodává a instaluje komponenty pro kompenzaci jalového výkonu. Zákazníky jsou elektromontážní firmy, výrobci rozvaděčů, projektanti, velkoobchody a velkoodběratelé elektrické energie. Společnost nabízí kvalitní komponenty a služby za velice příznivé ceny.

17. října 2008, Autor: varner
Nezařazené články

Mikrogenerace - návrat ke kořenům?

Minulá studie „Konkurence v českém teplárenství“ byla uvedena tímto citátem: „Nikdy se nevzdám přesvědčení, že pro konzumenty i stát by bylo výhodnější založit soustavnou elektrizaci na soukromém podnikání bez jakýchkoliv privilegií a úlev“. Nejedná se o citát žádného liberálního ekonoma, ale o výrok guru českých energetiků Františka Křižíka (1847 - 1941). Nicméně F. Křižík by se asi velmi divil, kde se současná elektroenergetika nachází. Stejně jako jeho slavnější americký protějšek T. A. Edison byl velmi energickým zastáncem decentralizované energetiky a stejnosměrného proudu.

Pro techniky je tato část energetické historie velmi známá - spor mezi stejnosměrným a střídavým proudem - stejně jako je mezi ekonomy známý spor o socialismus mezi Hayekem a Misesem na jedné straně a Langem a Lernerem na straně druhé. Tyto dva spory jsou zajímavou paralelou mezi techniky a ekonomy.

Spor o socialismus probíhal na stránkách ekonomických žurnálů ve 20. a 30. letech. Z textů, které byly v jeho průběhu vydány, nezbylo mnoho. V podstatě všechny články zastánců socialismu odvál čas a zničila praxe. Naopak články Hayeka a Misese byly objeveny moderní ekonomickou vědou relativně nedávno a dodnes některé z nich působí na špičkových neoklasických ekonomických univerzitách jako zjevení, jako by zázrakem přežily svoji smrt.

Stejně tak se jeví příběh sporů o střídavý a stejnosměrný proud - ale poněkud v jiné rovině a trochu dříve. Spor o to, jaká technologie převládne, byl jen jakýmsi technickým symptomem mnohem důležitějšího sporu - zda-li se energetika bude vyvíjet tržně, nebo pod kuratelou státních zásahů. V Dodatku A minulé studie jsme podali výklad toho, jak došlo k zavedení regulací v oblasti energetických síťových odvětví. A právě díky těmto regulacím se postupně prosadila technologie střídavého proudu, protože se mimořádně dobře hodila pro účely regulovaných i centralizovaných společností. Střídavý proud měl výhodu v podobě jednodušších změn napěťových hladin, proto byl mnohem vhodnější pro zásobování velkých oblastí z velkých centrálních zdrojů, kdy je potřebné často měnit napěťové hladiny. Navíc byly tyto centrální zdroje regulacemi zvýhodňovány oproti lokálním zdrojům a decentralizované energetice.

Oproti tomuto regulačnímu centralismu stála představa Edisona a u nás Křižíka, že mnohem výhodnějším řešením jsou decentralizované zdroje i volná konkurence. Psychologickým bodem zlomu, který „ukázal vítězství střídavého proudu nad stejnosměrným“, byl souboj o stavbu elektrárny u niagarských vodopádů, kde soupeřily dva návrhy - Edisonův (s podporou lorda Kelvina) a Teslův (podporovaný firmou Westinghouse). Využití nápadů N.Tesly, přineslo Westinghouse velké vítězství a zasadilo těžkou ránu stejnosměrnému proudu.

Je velkou otázkou, jaká technologie by bývala zvítězila, kdyby energetické trhy nebyly regulovány. V každém případě by decentralizovaná energetika hrála mnohem větší roli.

Co nám tedy zbylo po tomto souboji technologií? Především centralizované energetické sítě, které byly zpravidla budovány na principu národních států s představou elektroenergetické soběstačnosti. Díky propojování těchto národních síti začaly vznikat problémy s pobočnými proudy, s propustností propojovacích bodů atd. A to především proto, že tato mezinárodní propojení nebyla myšlena jako „dálnice“ pro obchod s elektřinou, ale jako propojovací body pro vzájemnou výpomoc mezi centralizovanými soustavami. Důsledkem toho je, že dnes jsou naše zkušenosti s oceňováním tranzitů, úzkých míst a pobočných proudů apod. relativně malé.

Dalším důsledkem je orientace na technologie pro centralizovanou výrobu elektřiny a mohutné zdroje. Technologie pro malou výrobu byly v podstatě téměř opuštěny. Dodnes se mnozí energetici představám o decentralizaci smějí. Smějí se však asi takovým právem, jakým se smáli v 80. letech telekomunikační společnosti provozující pevné linky mobilním telefonům. Telekomunikační společnosti již humor přešel. Energetické monopoly to ještě čeká, protože byť byl technologický rozvoj decentralizovaných zdrojů přerván, pak stejně jako Hayekovy články, přežily svoji smrt. Lépe řečeno - byly znovuzrozeny.

A tak se v 90. letech objevil nový fenomén - mikroenergetika, což se na první pohled jeví jako jakýsi návrat ke křižíkovsko-edisonovským kořenům. Má sice poněkud odlišné vlastnosti, než měla energetika raných dob, což je dáno uběhnutou dobou a usazením technologických standardů, tzn. především se jedná o zdroje na střídavý proud a zpravidla běží paralelně s dodávkami ze sítě. Ale jinak se jedná o technologický zlom podobný tomu, ke kterému došlo, jak již bylo zmíněno, v telekomunikacích díky mobilní telefonii.

V současnosti se jedná především o dvě technologie, které je nutné brát v úvahu - o palivové články a mikroturbínky. Tyto malé zdroje mohou naprosto změnit chápání energetiky jako síťového monopolu, které dodnes neoprávněně (jak jsme ukázali v této, tak v minulé studii) přežívá. Jak vyplývá z reregulačního mainstreamu, sítě jsou pořád považovány za monopol, který musí být regulován. Z tohoto pojetí pak vychází opora pro TPA, „nezávislého“ regulátora vymezených území apod. Prostě celá reregulace je postavena na mýtu přirozeného monopolu v přepravě a distribuci elektřiny. Mikroenergetika, tak jak se vyvíjí dnes, však může tento mýtus poslat definitivně do starého železa. A přitom není nutné, aby decentralizované zdroje plně nahradily současnou centralizovanou energetiku - naprosto stačí, aby byly hrozbou neboli potenciální konkurencí pro existující síťové firmy nebo aby nahradily jen část existující poptávky.

Odpojování byť jen malé části zákazníků nebo pouhé snížení odběrů postihne síťové elektroenergetické firmy velmi tvrdě. O tom by si měli manažeři elektroenergetických firem promluvit s plynárníky, kteří již v takové situaci jsou. Síťová firma bude stát proti těmto malým zdrojům zase v pozici oligopolu s tržním lemem, tj. v modelu, který již velmi dobře známe ze samotné studie. Budou na tom stejně, jako jsou na tom teplárny již dnes. Pak se bude samozřejmě nutné ptát, zda-li oddělení distribuce od výroby, které je nutnou součástí TPA, je dobrou politikou. A opět jsme tam, kde jsme začali - je TPA opravdu dobrou politikou minimálně v dlouhém období? S rozvojem mikroenergetiky ztratí již regulace jakékoliv oprávnění, pokud ještě vůbec nějaké má nebo kdy měla.

Ale vraťme se k mikrozdrojům. V tomto dodatku se nejprve budeme krátce věnovat mikroturbínkám. O palivových článcích se zmíníme následně.

Mikroturbínky

V případě mikroturbínek se jedná o zdroje na plyn, i když se nutně nemusí jednat o zemní plyn, jak ještě předvedeme na příkladu později. Proto začneme trochu zeširoka.

Obecně se dají plynové turbíny rozdělit na dvě velké skupiny - průmyslové plynové turbíny a plynové turbíny, jejichž konstrukce byla odvozena od leteckých proudových motorů. Zpočátku se tyto dva rozdílné přístupy projevovaly v rozdílech konstrukce a některých vlastností, ale neustále postupující rozvoj technologií tyto původní rozdíly stírá.

Průmyslové plynové turbíny jsou vyráběny pro stabilní aplikace, tj. pro pohon kompresorů a výrobu elektrické energie. Nikdy v minulosti se u nich neuvažovalo o využití pro pohon letadel a tak nebyly požadavky na jejich velikost rozhodujícím kritériem. Běžně jsou vyráběny ve výkonovém rozsahu od 1 MW do více než 250 MW. Dnes se s postupujícím technologickým rozvojem objevují již sériově vyráběné aplikace menší. Nicméně to je doména především druhé skupiny plynových turbín.

Plynové turbiny odvozené od leteckých motorů byly konstruovány původně jako letecké pohonné jednotky a teprve později se objevují ve stabilních aplikacích. Jejich výkonový rozsah variuje od 28 kW do 51 MW. A právě oblast pod 1 MW instalovaného výkonu nás velmi zajímá. Existuje již několik výrobců, kteří produkují plynové turbínky v oblasti mikrogenerace či mikrokogenerace sériově. Nejznámější turbínkou tohoto typu je Parallon 75 od firmy Honeywell, k jejíž jedné zajímavé aplikaci se ještě vrátíme.

Dalším směrem, jak mohou vzniknout mikroturbínky, je vlastní výzkum a vývoj bez návaznosti na minulost v leteckém průmyslu. Příkladem může být firma Capstone, která vyvinula mikroturbínku, jejíž první instalace v ČR byla provedena v únoru letošního roku v Českém Brodě. Jedná se o kogenerační zdroj o instalovaném výkonu 28 kWe a 56 kWt. Firma Capstone tyto turbínky využívá i pro pohon nákladních automobilů.

Obě zmíněně turbínky jsou již sériově vyráběny, a jelikož sídlí obě firmy v Kalifornii, pak poptávka po jejich produktech výrazně vzrostla díky kalifornské energetické krizi, kdy ceny elektřiny pro distributory závratně vzrostly a stejně tak vzrostla i nespolehlivost dodávek. Mimochodem tento výsledek je přesně predikován modelem oligopolu s tržním lemem - srůstem ceny se podíl tržního lemu zvyšuje.

K tomu, abychom si uvědomili, v jakých se pohybujeme relacích a že v tomto krátkém dodatku nestavíme vzdušné zámky nebo nevyprávíme pohádky, předvedeme si malou případovou studii o mikroturbínce a jejím možném využití (jako příklad použijeme turbínku Capstone) a poté popíšeme zajímavé využití turbínky Parallon 75, kde budeme demonstrovat i to, že ekonomické zájmy jsou do značně míry v souladu s ekologickými zájmy, protože znečišťování životního prostředí znamená především ztrátu vzácných zdrojů pro znečišťovatele. Budeme tedy demonstrovat mechanismus popsaný v kapitole 2, že tržní systém má v sobě do značné míry zabudován vnitřní mechanismus na ochranu životního prostředí díky tomu, že využívá vlastního zájmu podnikatelů o maximalizaci zisku.

Případová studie - mikroturbína Capstone

V první případové studii se podíváme a schématický palcový výpočet, který nám udá řádový rámec pro cenu mikroturbínky Capstone, při které začne být tato turbínka ekonomicky výhodná.

Nejdříve se podívejme na její základní technologické specifikace. Instalovaný výkon v elektřině je 28 kW, v teple 56 kW. Jedná se o bezobslužné zařízení, které vyžaduje pouze jednou za rok kontrolu. Čili pro základní zatížení můžeme počítat využití 8500 hodin ročně bez jakýchkoliv problémů jak pro elektřinu, tak pro teplo (na přípravu TUV). Životnost turbínky se udává 40000 až 50000 hod do generálky. Nicméně generálka je u těchto zařízení zpravidla pouze kontrolou, že vše je v pořádku, a nejméně desetiletá životnost by neměla být problémem. Palivem je zemní plyn a při plném výkonu je jeho spotřeba 12,3 m3/hod. Spotřeba plynu za rok je tedy zhruba l05.000 m3, neboli podle dnešního tarifního systému je to střední odběr.

Z těchto základních údajů budeme vycházet. Nyní musíme určit velikost parametrů. Cenu zemního plynu stanovíme na 7,15 Kč/m3 což zhruba odpovídá současné situaci na českém „trhu“ se zemním plynem. Pokud bychom tuto turbínku použili jako klasický teplárenský kogenerační zdroj a dodávali elektřinu do sítě za průměrnou cenu 90 haléřů za kWh a teplo do sekundární sítě za cenu 40 haléřů za kWh (což odpovídá zhruba 110 Kč/GJ), pak turbínka nevygeneruje ani tolik příjmů, aby uhradila své vlastní variabilní náklady. Čili na první pohled to nevypadá nadějně. Jenomže účel této turbínky je naprosto jiný - nemá nahradit klasický centrální teplárenský kogenerační zdroj. Právě naopak - má být jejich substitutem na místě konečné spotřeby. Pak ale ekonomika turbínky vypadá naprosto jinak.

Pokud nahradíme vlastní spotřebu elektrické energie, pak můžeme v průměru ušetřit na každé kWh zhruba 2,5 Kč (v závislosti na konkrétním tarifu). Na teple můžeme ušetřit na většině území republiky minimálně 70 haléřů za kWh (což odpovídá zhruba 200 Kč/GJ). Pokud dosadíme tyto hodnoty a podíváme se na diskontované generované cash flow (když diskontní míru uvažujeme 10 %)‚ pak za deset let provozu nám tato turbínka vygeneruje v současné hodnotě zhruba 1‚1 milionu Kč. Pokud bychom měli to štěstí (nebo neštěstí, to záleží na úhlu pohledu) a nahrazovali bychom drahé teplo z CZT za 1,25 Kč/kWh, což odpovídá zhruba 350 GJ, pak současná hodnota vygenerovaného příjmu za deset let provozu je zhruba 2,7 mil. Kč.

Neprozradíme žádné tajemství, když uvedeme, že cena této konkrétní turbínky se pohybuje kolem 2 mil. Kč. Velice jednoduše pak dostaneme cenu tepla‚ která je pro teplárny z tohoto pohledu nepřekročitelná - zhruba 280 Kč/Gj. Při jejím překročení se vyplatí instalovat turbínku.

Naprosto stejným, leč opačným postupem lze vypočítat průměrnou cenu elektřiny, která je z pohledu této turbínky nepřekročitelná. Dejme tomu, že nahrazujeme teplo z CZT o ceně 350 Kč/Gj (tj. 1,26 Kč za kWh). Pak průměrná nepřekročitelná cena elektřiny je zhruba 2 Kč/kWh.

Vidíme tedy, že turbínka Capstone nabízí značně zajímavé mezní hodnoty (byť se jedná o schématické výpočty), které už jsou pro naše teplárny i distribuční společnosti omezující a které budou muset brát velmi vážně. A to je teprve začátek těchto technologií. Kde je pak v takovém systému místo pro regulátory, není vůbec jasné.

Případová studie - Ekonomické = ekologické

V západní části Kanady je oblast, která se nazývá western Canadian Sedimentary Basin a je největší kanadskou produkční oblastí ropy a zemního plynu s produkcemi 2,5 mil. barelů ropy denně a 353 mil. m3 zemního plynu denně. Většina těžebních aktivit je koncentrována do státu Alberta. V souvislosti s těžbou ropy vznikal problém, co s odpadním plynem (v angličtině „solution gas“), který nelze přímo zužitkovat, protože je velmi nízké kvality. V Albertě dosahují poměrně vysokých čísel při jeho zachycování a čištění, po kterém je distribuován spolu se samostatně těženým zemním plynem. Téměř 94 % tohoto plynu je zachyceno a zpracováno. Nicméně stále zbývá 6 % plynu, který je před vypouštěním do ovzduší spálen (takový plyn se v angličtině nazývá - flaring gas - od slova „flare“ neboli ‚‚konec trubky“).

Kdyby byla takto nevyužitá energie převedena na elektrický výkon, pak by se jednalo o 200 MW dodatečného výkonu pro základní zatížení. A právě takto uvažovala firma Mercury Electric Corporation, která je nezávislým producentem elektřiny ve státě Alberta se zaměřením na decentralizovanou energetiku pro potřeby ropného průmyslu. Z pohledu některých ekologů či ekologických aktivistů je „flaring gas“ i ekologickým problémem, protože způsobuje znečištění atmosféry „skleníkovými plyny“, pokud by nebyl spálen. Ekologické cítění Mercury Electric Corporation bychom neměli přeceňovat (i když takové zdůvodnění zcela jistě pro svoji marketingovou strategii použila). Pro ni „flaring gas“ je především obrovskou příležitostí - protože palivo je zdarma. Flaring gas bude unikat i nadále, ať bude smysluplně využit, či bez užitku spálen.

Ovšem tuto příležitost je možné využít pouze v případě, že máme k dispozici zdroj dostatečně malý, aby mu stačila decentralizovaná produkce flaring gas, a dále musí být schopen tento nekvalitní plyn (který obsahuje jak vodní páru, tak příměsi sirovodíku, oxidu uhličitého, dusíku, etanu, propanu, butanu, popř. těžších uhličitanů) spálit. Jako ideální se k tomuto účelu hodila právě turbínka Parallon 75. Od října 2000 tak bylo instalováno více než 50 těchto turbínek v severní Albertě a další instalace se připravují (v průběhu následujících pěti let se jich očekává několik set!). Výkon dodávaný těmito turbínkami je bidován na elektrické burze v Albertě (Power Pool), kde je za tržní cenu platnou pro danou hodinu prodáván. Aby bylo zajištěno, že elektřina bude prodána, pak nabídková cena na Power Poolu je nula, což má i ekonomickou logiku - mezní náklady na produkci dodatečné jednotky elektrického výkonu jsou nula (už bylo řečeno, flaring gas bude existovat tak jako tak).

Ekologickou výhodou Parallonu 75 je oproti prostému spalování i vyšší míra spálení než při klasickém pálení těchto plynů bez užitku na konci komínů. Podle studií z nedávné doby (1996 Alberta Research Council) tento klasický volný způsob spálí něco mezi 64 - 82 % všech uhlovodíků. Oproti tomu turbínka by měla již ze své podstaty spálit mnohem větší podíl, protože hoření probíhá ve vnitřní spalovací komoře za vysokých teplot za přístupu vysokého množství kyslíku. Účinnost spalování u Parallonu 75 je skutečně vysoká - nad 99,5 % uhlovodíků z odpadního plynu.

Výsledkem je potvrzení naší teze, že ekonomický pohled je ze své vlastní podstaty i ekologickým pohledem, protože základní snahou každého podnikatele je maximalizovat zisk především maximálním využitím jemu dostupných zdrojů.

Ing. Miroslav Zajíček, MBA

Sdílet

Komentáře

Server CESKAENERGETIKA.cz
Česká Energetika s.r.o. a Česká energetická asociace provozují portál www.ceskaenergetika.cz, vydávají dva časopiy z oblasti energetiky a OZE, pořádají na tato témata semináře a konference pro laickou i odbornou veřejnost.
Důležité odkazy
Spolupracujeme
Najdete nás také na
Portál www.ceskaenergetika.cz © 2011 pohání redakční systém MultiCMS. Grafické zpracování Cossi Design.