ww.savezenergeticara.r~ e?? @ energija O ekonomija O ekologija Vanja SUSTERSIC, Milun BABIC, Slobodan SAVIC, Dugan GORDIC

Univerzitet u Kragujevcu, Fakultet inienjerskih nauka, Kragujevac

MoguCnost uvodenj a trigeneracij e

REZIME Trigeneracijapredstavlja istovremenu proizvodnju toplotne, rashladne i elektricize energije. Sistem

koji obezbeduje ovakvuproizvodnju sastoji se od kogeneracijskogpostrojenja koje proizvodi elektricizu i toplotnu energiju i toplotom pogonjenog c'ilera koji se koristi za proizvodnju rashladne energije. Trigeneracijski sistemi nalaze svoju primenu gde god postoji potrainja za grejanjem, hladenjem i elektricizom energijom. To znac'i da je oblast primene vrlo Siroka, poc'evSi od malih stambenih, do velikih komercijalnih, poslovnih i drugih objekata (sportski objekti, zabavni centri, bolnice, Skole, aerodromi, hoteli i sl.). Trigeneracija se moie koristiti i u prehrambenoj industriji gde c'esto postoji istovremena potreba za grejanjem i hladenjem kao i elektritnom energijom. U radu je dat proracitn za ugradnju mini trigeneracionog postrojenja, kao i tehno-ekonomska

analiza, koja je uradena u sof~erskom paketu RETScreen, u objekat u kome se grejanje vrs'i pomoiu konvencionalnih izvora energije i elektric'ne energije. Ova analiza je uradena radi smanjenja potroinje i uStede elektrihe energije, kao i sagledmanja moguknosti zagrevanja i hladenja celokupnog prostora.

KljuEne re% kogeneracija, trigeneracija, smanjenje potrognje energije POSSIBILITY OF TRIGENERATION IMPLEMENTATION IN HOUSEHOLD

ABSTRACT Trigeneration is the simultaneous production of heating, cooling and electricity. The system which

ensures this production is made up of a cogeneration plant which produces electricity and heat, and that heat- driven chiller is used to produce cooling energy. Trigeneration systemsjnd applications wherever there is a demand for heating, cooling and electricity. This means that the area of applica- tion is very broad, rangingpom small residential to large commercial, buriness and other facilities (sports facilities, entertainment centers, hospitals, schools, airports, hotels, etc.). Trigeneration can be used in the food industry where there is offen a simzrltaneous need for heating and cooling as well as electricity.

This paper presents a calculation for the installation of mini trigeneration plant, as well as techno- economic analysis in the house in which the heating is done with conventional sources of energy and electricity. Calculation ivas performed in the software package RETScreen. n i s analysis was performed in order to reduce constimption and energy savings, as well as examine the possibility of heating and cooling of the entire room.

Keywords: cogeneration, trigeneration, reducing energy consumption

1. W O D svih zemalja u svetu. Sve je teie prevaziCi ekonomske i ekoloike probleme vezane za centralizovanu proiz-

S t a l n i porast potreba za elektriEnotn energijom, vodnju elektriEne energije. kao i energij om potre bnom za grejanje i hladenje Kogeneracija je proizvodnja (generisanje) dva

'grada i efikasnost sistema, problemi su koji se tiEu korisna oblika energije iz jednog izvora primame en- ;

O enerrriia $ ekonomiia O ekolocliia ergije (mehaniEka ili toplotna energija), pri Cemu se mehaniEka energija koristi kao pogon generatora za proizvodnju elektriEne energije, ili za pogon neke druge energetske magine (motora, kompresora, pumpe ili ventilatora), dok se toplotna energija moie koristiti direktno za neki proces ili indirektno za proizvodnju pare, vrele (tople) vode ili toplog vazduha.

Postrojenja za kogeneraciju koja se projektuju i in- staliraju u domabinstvima kako u urbanoj tako i u seo- skoj sredini mogu u potpunosti da zadovolje potrebe za toplotnom i elektriEnom energijom tog domabinstva, a da pri tome stepen iskoriS6en.a energenta (prirodni gas) bude 90% i viSe. Kako su produkti sagorevanja prirodnog gasa ekologki prihvatljivi to tehnologki pro- ces kogeneracije zadovoljava sve ekoloike standarde koji vaie u Evropi.

Uz to, energija koja se generige u postrojenju za ko- generaciju je jevtinija, pa je celo postrojenje ekonom- ski isplativo, naroEito uz subvencije u odnosu na cenu elektriEne energije proizvedene ekoloSki Eistim teh- nologijama, a koje daje driava.

Trigeneracija (eng. trigeneration - Combined Heat, Cooling and Power production, CHCP) pred- stavlja istovremenu proizvodnju toplote, elektriEne i energije hladjenja. Omogu6ava podizanje stepena iskorigbenja energije primarnog izvora, a to mogu biti hemijska energija, fosilno gorivo ili solarna energija. Trigeneracijom se proizvode tri upotebljiva oblika en- ergije sagorevanjem fosilnog goriva, prirodnog gasa ili nafte (dizela). [ l ]

2. KONFIGURACIJE TRIGENERACIONM SISTEMA

Trigeneracioni sistemi nalaze svoju primenu gde god postoji istovremena potreba za grejanjem,

hladenjem i elektriEnom energijom. To znaEi da je oblast primene vrlo giroka, poEevHi od malih stambenih i poslovnih objekata, do velikih objekata (sportski objekti, zabavni centri, bolnice, gkole i sl.). Trigen- eracijska postrojenja naila su svoju primenu naroEito u zemljama sa toplijom klimom, gde su zime blage i kratke, a leta veoma topla, pa je izraiena potreba za rashladivanjem stambenih i radnih prostora. [2]

Trigeneracioni sistemi mogu da rade u nekoliko razliEitih konfiguracija. NajEe56i i najfleksibilniji sistem je decentralizovana trigeneracija. U ovom sluEaju toplotna i rashladna energija se generiSu i ko- riste lokalno, dok se elektriEna energija koristi loka- Ino ili napaja elektromreiu. Glavna prednost ove kon- figuracije je u tome ;to toplotu za grejanje i hladenje nije potebno transportovati, Sto utiEe na smanjenje troikova investicije i gubitaka energije pri distribuciji. Mali i mikro trigeneracioni sistemi imaju upravo de- centralizovanu konfiguraciju.

U centralizovanim kogeneracijskim sistemima sa decentralizovanim hladenjem, toplota i elektriCna en- ergija se generiiu centralno i vrii se njihova distribucija do krajnjih korisnika, dok decentralizovani toplotom pogonjeni Eileri obezbeduju lokalno hladenje.

U centralizovanim trigeneracijskim sistemima, toplotna, rashladna i elektriEna energija se generiSu centralno, odakle se vrii distribucija do krajnjih ko- risnika. Ovakva konfiguracija povebava efikasnost grejanja, hladenja i proizvodnje elektriEne energije, ali istovremeno zahteva i velika ulaganja. Mreie za daljinsko grejanje i hladenje moraju biti instalisane kako bi se izvrgila distribucija toplotne i rashladne en- ergije do krajnjih korisnika.

3. MOGU~NOST UGRADNJE MINI TRIGENERACIONOG POSTROJENJA

Pri analizi posmatranog objekta, u kome se grejanje vrSi pomobu konvencionalnih izvora energije (prizemlje), a sprat se dogreva pomobu grejalica koje troSe elektriEnu energiju, prvo se pristupilo istraiivanju

Slika 1. - Vertikalni preseci prizemlja i sprata posmatranog objekta -

44

,ww.savezenergeticara.rs @ energija Q ekonomija O ekologija

Slika 2. - Proraciilz ukupnih toplotnih gubitaka

.-

Slika 3. - PredIoiena iema razvoda grejanja za posmatra~zi objekat

mdmqatr I Spanca-3 EWX SF*

m-w-xlern I a m R J W p ~ l m l : 1 1600

m d w a ~ W a l e m w t I m I m

..

UKUPNO SPRAT: 1 7198.61 ~y [ W l W M t r a p n b 1 73.301 d raFwno opt.oMn(. Cqakbqrda I ,an1 mn.

Ukupna podif la obiekta 158.6 m2 Ukupno toplotno opterkenje objekta 170.7 Whn2

~UKUPNO GUBlCl TOLPOTE W O S E : 6337.7+ 7198.6= 13536.3

e?? s energija O ekonomija 43 ekologija \~~v.savezenergeticara.rs moguknosti ugradnje mini trigeneracionog postrojenja, zatim je uraden proraEun toplotnih gubitaka posmatranog objekta, a nakon toga izvrHena je i tehno- ekonomska analiza za dati objekat. Ova analiza je uradena radi smanjenja potroinje i ugtede elektriEne energije, kao i sagledavanja moguinosti zagrevanja celokupnog prostora. Objekat se sastoji se iz dve etaie. Prva etaia ima povrlinu 72,30 m2 (prizemlje) i druga 72,30 m2 (sprat) (slika I). Predvideno je da trigeneraciono postrojenje radi sve do spoljaSnje tem- perature od -20 CO.

Da bi se obezbedila dovoljna koliEina energije za grejanje, projektovanje se vrHi za najnepovoljnije uslove, tj. pri najveCim gubicima toplote. Gubici top- lote zavise od spoljaHnjih meteorologkih i klimatskih uslova kao i od same konstrukcije objekta. ProraEun ukupnih toplotnih gubitaka je uradjen u softverskom paketu Excel Microsof? 2007 (slika 2).

Toplotno optereienje za odabir mini 'trigenera- cionog postrojenja je Q=13,8kW koje je dobijeno

proraEunom. Na slici 3. prikazana je predloiena Sema razvoda grejanja za posmatrani objekat. Potrebna rashladna mob za izuEavani stambeni objekat dobijena proraEunom iznosi 8,2 kW pri spoljaHnjoj tempera- turi 30 C" Usvojeno je da se prostorija hladi za 4C0, odnosno da se sa 30 CO snizi temperatura prostorije na 26 CO.

4. TEHNO-EKONOMSKA ANALIZA

t Pawr t Hestin* -+--0

Jan Feb h Apr May Jun Jul Pus Sep O d Nov Qec

Slika 4. - Karakteristike optereienja

RETScreen je vodeki svetski softver za podrHku pri donogenju odluka u oblasti Eiste energije. Ovaj softver se razvija i odriava pod pokroviteljstvom vlade driave Kanade, prekoNauEnog instituta za istraiivanje prirod- nih resursa Kanade ,,CanmetENERGY", a podrgku mu pruia medunarodna mreia struEnjaka iz oblasti indus- trije, kao i vladinih i akademskih institucija i dostupan je Hirokoj populaciji potpuno besplatno, kao deo ka- nadskog programa kojim se prepoznaje potreba pre- duzimanja naprednog i integrisanog pristupa regavanju raznovrsnih problema. To je svetski priznat i afirmis-

an paket koji omoguiava razvijanje projekata Eiste energije. Razvojni pro- ces softvera ovoga tipa predstavlja pravi primer uspegne medunarodne saradnje. [3]

Ovaj softverski paket omoguCava inienjerima, arhitektama kao i finan- sijskim struEnjacima da utvrde finansijsku ispla- tivost projekta iz oblasti obnovljive energije, en- ergijske efikasnosti, ko- generacije ili trigeneraci- je. Sam softver se sastoji od sedam radnih listova koje korisnik tokom rada popunjava. [4]

Na slici 4. dat je dijag- ram potrolnje elektriEne, toplotne i energije za hladenje za posmatrani ob- jekat, a dobijen u softver- skom paketu RetScreen. Sa dijagrama se vidi da su najveCi zahtevi za ' energijom usmereni ka elektriEnoj energiji u let- njim mesecima, kao i za toplotnom energijom u zimskim mesecima.

Nakon proraEuna pristupilo se finansijskoj analizi i proraeunu perioda otplate za dato postrojen- je. Istraiivanjem triilta doglo se do sledeiih cena: Slika 4. - Karakteristike optereienja

www.savezenergeticara.rs e:? @ energija $ ekonornija 6 ekologija Cena kotla Ecopower 4.7 - 23.500 , [5] Na ovom primeru se moie videti da sistem trigen- Cena Eilera oko - 1.000 , eracije energetski nije isplativiji od postojedeg sistema potrebne cevi za povezivanje sa prikljuCkom na koji je standardan u veCini porodiEnih kuda. Svakako gas - 500 , za ovaj sistem povoljnije bi bilo da je cena struje Sto Cena potrebnih radijatora oko - 900 , viSa, a gasa Sto niia, Sto i jesu neka predvidanja na

e TroSkovi kotlarnice oko - 1 .500 , osnovu analiza triiSta ovih energenata. TroSkovi ugradnje Eilera i kotla oko - 1 .500 , Ukupni poEetni troskovi - oko 28 900 . 6. ZAHVALNICA

Na osnovu svega prethodno navedenog moBe se zakljuCiti da se ovo mini trigeneraciono postrojenje trenutno ne isplati zbog niske cene elektricne energije koja trenutno iznosi $35 c/kWh (slika 5). Da bi se postrojenje za trigeneraciju u porodiEnoj kudi isplatilo potrebno je da cena elektriEne energije bude Sto viSa, a cena gasa Sto niia. Ujedno, postrojenje nije isplativo ni u porebenju sa trenutnim meseEnim troSkovima domadinstva koji postoje samo za elektriEnu energiju u letnjim mesecima (meseho oko 700 ), a u zimskim

Ovaj rad je nastao kao rezultat istraiivanja na pro- jektu ,,Istraiivanje kogeneracionih potencijala u ko- munalnim i industrijskim energanama Republike Sr- bije i moguCnosti za revitalizaciju postojedih i gradnju novih kogeneracionih postrojenja (I11 42013)" koje je finansiralo Ministarstvo prosvete, nauke i tehnoloSkog razvoja, Republike Srbije.

7. LITERATURA rnesecima za energente (drva i ugalj - oko 400 ). [I] Sretenovie A., iivkovi6 B: ,,Primena sistema tri- Slika 5. - GraJik isplativosti projekta generacije i analiza prednosti u odnosu na konven-

Konkretna isplativost sistema trigeneracije za sada ciona]ni sistem klimatizacije raEunskog centrac6, se moie oEekivati samo u vedim objektima kao St0 40 kongres Klimatizacija, grejanje i hladjenje, su velike hale, bolnice i preduzeia, koja imaju veliku Beograd, 2006 potrognju elektriEne energije i energenata za grejenje i hlabenje, a samim tim jedan o benefita je i smanjenje [2] iivkovik D., MilEi6 D., ManEiC M.: ,,Moderne teh- emisije Stetnih gasova u atmosferu. PoEetna ulaganja nologije za male i mikro trigeneracione sisteme", su neSto veCa, ali se tokom kradeg vremenskog pe- 42 kongres Klimatizacija, grejanje i hladjenje, rioda investiciia moie isplatiti. Beograd, 2009

[3] www.retscreen.net/ang/g-combine.php (pristu- pljeno 12.01.2014)

[4] Vulovid A., JovanoviC N., SaviC S., Gordid D., Za investitore u Srbiji primena sistema trigen- SuSterSiE V.: "Uvodenje sistema trigeneracije u eracije pri trenutnom odnosu cena prirodnog gasa

cilju uStede energije", Traktori i pogonske magine, i elektriEne energije nije povoljna, St0 nije sluEaj u rnnogim zemljama u Evropi i svetu. [6] Pri analizi Vol 17, No 4, str. 102-1 10,2012 moguknosti ugradnje trigeneracionog postrojenja u [51 m.grejanJe.com/strana-~h~?~ID=89 (~ristu- objekat najpre je neophodno uraditi tehno-ekonomsku ~ l j e n o 12.01.2014) analizu, prvenstveno uzevSi u obzir potroSnju i cene [6] MesaroviC M., ~ a l o v i ~ M.: ,,Potencijal kogen- prirodnog gasa i elektriEne energije kako bi se odre- eracije toplotne i elektriEne energije u Srbiji", Ter- dila isplativost investiranja. motehnika, XVIII, 2, str. 197-209, 20 11