A kapcsolt energiatermelés támogatása

Dr. Stróbl Alajos

Szerzo az új villamosenergia-törvénnyel összefüggésben, példákon vizsgálja, hogy milyen esetekben elonyos a kapcsolt energiatermelés és mikor indokolt a támogatása. Megállapítja, hogy a támogatáshoz nem elegendo a két termék együttes eloállításának hatásfokát ismerni, emellett szükséges az is, hogy a hovel kapcsoltan minél több villamos energiát termeljünk. A jó kapcsolt energiatermelést nem kell, a rosszat nem szabad támogatni, határesetekben a támogatás lehetové teheti a társadalom számára elonyos kapcsolt energiatermelés megvalósítását.

The author analyses the cases when the cogeneration is favourable and when its subsidization is necessary, in relation with the new act about the electricity. He states that for the subsidization is not enough to know the combined efficiency of the production, beyond this, it is necessary that one can produce as much electricity as possible. The good cogeneration does not need subsidization, the bad should not be subsidized, however in transition cases the subsidization may help in realising cogeneration solutions favourable to the society.

A kapcsolt energiatermelést kell vagy lehet támogatni, amennyiben ez társadalmi szempontból hasznos. Nem minden esetben kell támogatni, de ha támogatják, akkor azt nagyon körültekintoen kell megvalósítani. Amelyik megoldás eleve hasznos a társadalomra és számszeruen kimutatható a gazdaságossága is, azt természetesen nem kell támogatni (bár lehet). Amelyik megoldás társadalmilag hasznos, de gazdaságossága egyelore nem mutatható ki, azt támogatni lehet. Amelyik megoldás nem hasznos sem társadalmilag, sem a mikro-gazdasági jogszabályok szerinti kalkulációk alapján nem nyerheto el banki támogatás a létesítéshez, azt támogatni nem szabad.


Futésre is vagy csak a használati melegvízre méretezzünk?

Terjed a gázmotoros megoldás a kapcsolt termelésben, de a gázturbinás összetett körfolyamatok (CHP–CCGT) is kedvezo megoldást kínálnak. Kérdés, hogy mikor melyik a jobb megoldás, melyik szorul támogatásra, melyik nem. Adott esetben mindketto jó lehet, de ritkán fordul elo, hogy a megoldások egyenértékuek. Terjed az is, hogy a gázmotorokat – az egész évi jó kihasználás érdekében – csak a használati melegvíz-igényekre méretezik, nem a téli futésre. Jó ez vagy nem? – ezt elemzi ez a cikkrész.

Nézzünk egy gázmotoros megoldást a hagyományos módon: a nyári hoigényre méretezett rendszerrel; és nézzünk egy gázturbinás megoldást a hagyományos módon: a téli csúcsidei hoigény felére méretezett megoldással, kiegészített kondenzációval (1. ábra két képe)! Mindketto – mondjuk – földgázzal jár, mindkettohöz tartozik kiegészíto kazán (csúcsidei ellátásra és tartalékként).

Az összehasonlítás alapja is hagyományos: mindkét megoldásban azonos hoigényt elégítenek ki (a fogyasztót nem érdekli a forrásoldal muszaki megoldása), és mindkét megoldásban azonos villamosenergia-igényt látnak el (oket sem érdekli, hogy honnan jön a villany). Ezen az alapon összehasonlítva tehát a társadalmi hasznosság és a gazdaságosság egyaránt lemérheto.

Az energetikai összehasonlítás részleteit az 1. táblázat szemlélteti. Látható az azonos hasznos energiákkal való értékelés. A hoigény legyen 1 PJ (= 1000 TJ), és legyen szó a hagyományos forró vizes távfutésrol (futés és használati melegvíz-szolgáltatás). A csúcsigény kereken 100 MW, a csúcskihasználási óraszám tehát 2778 h/a. A használati melegvíz-készítés hoteljesítmény-igénye a téli csúcsnak a 10%-a. Két eset vizsgálható tehát példaként:



„A” változat: gázmotor a nyári használati melegvíz-ellátás igényeire méretezve, tiszta ellennyomású kapcsolt termeléssel; kiegészíto kazán a futési hoigényekre. A másik változattal való összehasonlíthatóságot a magyar villamosenergia-rendszer egyik kondenzációs, menetrendtartó blokkja (pl. Dunamenti „F”) teszi lehetové.

„B” változat: gázturbinás összetett körfolyamat kiegészíto kondenzációs lehetoséggel, az ido nagyobb részében részterheléses üzemmódban; kiegészíto kazán szolgál a csúcshoigények ellátására.

A táblázatból látható, hogy az adott hoigények ellátására energetikailag jobb megoldást kínál a hagyományos, 50%-ra való méretezés a gázmotoroknál újabban megszokott, nyári igényekre való méretezés helyett. Azonos igények ellátására a mai magyarországi viszonyok mellett mintegy 10%-kal kevesebb primer energiára van szükség, ha kihasználják a hoigények adta lehetoségeket, és a futésre is méretezünk, nemcsak a használati melegvízre.

Ez annyira fontosnak látszó megállapítás, hogy még egy kicsit idozni kell ennél a példánál, és a számokat diagramokban is ábrázolni kell. Az energetika oszlopdiagramjából (2. ábra) jól látható, hogy azonos mindkét esetben a kiadott (nem a „hasznos”, mert még hálózati és felhasználási hatásfok is van) energia: a villany és a ho, de nem azonos a felhasznált tüzeloanyag. A 10%-ra méretezett gázmotornál ez lényegesen nagyobb, mint az 50%-ra méretezett gázturbinás megoldásban.

A hatásfokok oszlopai jól mutatják (3. ábra), hogy hiába nagy a gázmotoros megoldás és a kazántelep hatásfoka, ha a kis villamosenergia-termelés miatt „szükség van” kondenzációs termelésre is az összehasonlításhoz. A másik megoldásban viszont a gázturbinás futoeromu évi hatásfoka ugyan nem éri el az „eloírt” 65%-os határt, mégis jobb az eredo hatásfok ebben a megoldásban, hiszen jóval több a villamosenergia-termelés (még ha az nem is „kapcsolt” a tervezett jogszabály értelmében).

Jól látszik, hogy milyen értelmetlen a hatásfok alapján meghatározni a kapcsolt energiatermelés fogalmát. A hatásfok nem mutatja, hogy az adott hot mennyiben használták ki villamos energia termelésére. Így a „rossz” kapcsolt termelést éppen úgy támogatnák, mint a „jó” kapcsolt termelést. A kapcsolt termelésben a villamos energia a lényeg, nem a ho, amelyet egyébként nagyon jó hatásfokkal elo lehet állítani. A kapcsolt energiatermelést csak akkor érdemes támogatni, ha az ország egész villamosenergia-termelésnek növeli meg a hatásfokát.

E példából jól látszik, hogy értelmetlen lenne ilyen „nagy” hoigényekhez támogatni a nyári igényre méretezett gázmotoros megoldást, ha van lehetoség gázturbinás, összetett körfolyamatra is, amely a csúcsidei hoigénynek legalább az 50%-át ellátja kapcsolt termeléssel. Ez utóbbi pedig lehet, hogy eleve gazdaságos, tehát nem feltétlenül szükséges ezt „támogatni”. Ezt a példát persze kisebb hoigényekre is be lehetne mutatni, és akkor kiderülne, hogy milyen nagy kárt okoz az, ha a futoeromuveket a nyári hoigényekre méretezik. Nem a gázmotorral van tehát baj, hanem a megvalósítási ösztönzéssel, a támogatással. Természetesen gázmotorral is lehet „kondenzációban” üzemelni (a füstgázt néha melegebben elengedni), és ez még mindig jobb villamosenergia-termelés, mint a meglévo kondenzációs eromuvek energiaátalakítása.



Jól látszik a táblázatban, hogy a gázturbinás megoldás évi átlagos hatásfoka csak 64%, míg a „rosszabb”, a gázmotoros változaté 85%. Az elobbi azonban nagyobb megtakarítást ígér, mégis ez utóbbi támogatását célozták meg akkor, amikor a 65%-os hatásfokot adták meg a kapcsolt energiatermelés meghatározásakor. Ebbol is látszik tehát, hogy nagyon összetett kérdés a kapcsolt energiatermelés támogatásának megítélése.

Lehet gázmotorokkal is jó megoldást megvalósítani kisebb hoellátásokhoz, csak az a fontos, hogy használjuk ki kapcsolt energiatermelésre a leheto legjobban a helyi távho kínálta lehetoségeket. Nem olyan nagy hazánkban a kiépített néhány száz távhorendszer hoigénye (összességében nem éri el a 100 PJ/a-t), hogy megengedhessük azt a luxust, hogy a futési igényeket nem vesszük tekintetbe a kapcsolt energiatermeléshez. Nem szabad tehát olyan ösztönzot találni ennek terjedéséhez, amely csak az egész évi folyamatos, jó hatásfok melletti, „tiszta ellennyomású” termelés megvalósítását célozza. Sokig lesznek még kondenzációs eromuveink fosszilis tüzeloanyagot használva, amelyeknek a termelését részben kiválthatja a jobb hatásfokú kapcsolt energiatermelés még akkor is, ha annak nem nagyobb a hatásfoka, mint 65%.


Tüzeloanyag-megtakarítás

A megítélésben elsosorban a fosszilis tüzeloanyagok terén várható megtakarítást kell tekintetbe venni, nem általában a primerenergia-megtakarítást, hiszen a kapcsolt termelés többségében szintén fosszilis energiahordozót – foleg földgázt – igényel, és nem feltétlenül kedvezo, ha földgázzal takarítanak meg hasadóanyagban kötött energiát.

Az is lényeges, hogy a fosszilis tüzeloanyaggal milyen más fosszilis energiahordozót takarítanak meg. Nem feltétlenül gazdaságos földgázzal külfejtéses lignitet megtakarítani, bár ez környezetvédelmi szempontból feltétlenül elonyös.

Nézzünk egy számpéldát eloször a mai megtakarításra – a mai valós értékeket megközelíto számokkal! Tételezzük fel, hogy a jelenlegi, mintegy 50 PJ/a körüli országos eromui hokiadásból tavaly mintegy 70%-ot kapcsoltan adtak ki. Ennek, ha igaz, van bizonyos nemzetgazdasági haszna. Ez a haszon bizonyos feltételekkel kiszámítható úgy, hogy a felhasznált primer energiahordozóban lévo megtakarítást értékeljük.

Ha nem lett volna kapcsolt termelés, akkor – mondjuk – kazánteleprol kellett volna kiadni a hot. A 35 PJ kiadott ho kazántelepen való eloállításához kisebb hálózati veszteségekkel (közelebbi hoellátással) és korszeru berendezésekkel (pl. a Révész utcai Futomu példájával) 37,2 PJ primer energia szükséges földgáztüzelés esetén, tehát a hatásfok 94%-ot is eléri¹. Kérdés, hogy mennyi tüzeloanyagra van szükség kapcsolt termelés esetén.

Kapcsolt termelésben – például ún. tiszta ellennyomású megoldásban – a kiadott villamos energia és a kiadott ho arányánál igen korszeru berendezésekkel elérheto az 1:1 érték is, tehát 35 PJ hohöz 35 PJ (= 9,72 TWh) villamos energia tartozna. A mai magyarországi kapcsolt termelésekben azonban legfeljebb az 1:2 arány érheto el, tehát csak 17,5 PJ (= 4,86 TWh) villamos energia adódik. Valóban közel ennyinek tekintheto ma hazánkban a kapcsolt termelésbol kiadott villamos energia egy évben².

A kapcsolt energiatermeléshez összesen (35 + 17,5) / 0,75 = 70 PJ tüzeloanyag kell, ha a mai viszonyok közötti, átlagosan 75%-os hatásfokot vesszük fel. Kaptunk viszont ilyen jó hatásfokkal 17,5 PJ villamos energiát. Ha nem lett volna kapcsolt termelés, akkor ezt kondenzációs eromuvekben – például a Dunamenti Eromuben – kellett volna fele ekkora hatásfokkal elállítni, tehát ez a villany 17,5 / 0,375 = 46,7 PJ primer energiahordozót (földgázt) igényelt volna. A kapcsolt energiatermelés – azonos villanyt kiadva – a 35 PJ hokiadáshoz felhasznált 70,0–46,7=23,3 PJ többlet tüzeloanyagot. Az egész rendszerben tehát azonos villamosenergia-igényeket kielégítve 23,3 PJ tüzeloanyag kell 35 PJ ho kiadásához a kapcsolt termelés eredményeképpen. Itt látszik tehát a kapcsolt termelés haszna³.

Kazánteleprol kiadva a 35 PJ hot az említett módon 37,2 PJ földgáz kellett volt, kapcsolt termelésben viszont csak 23,3 PJ földgáz, így meg lehetett ma takarítani 13,9 PJ-t. Jól mutatja az összehasonlítást a 2. táblázat. Természetesen nem minden kapcsolt termeléshez használtak földgázt, és nem minden változtatható terhelésu kondenzációs termelés volt földgázbázisú, így a primerenergia-megtakarításból nem lehet költségmegtakarításra, vagy kibocsátás-csökkenésre következtetni. A hasznosság azonban nyilvánvaló, hiszen azonos hasznos energiákhoz kevesebb felhasználtra van szükség.

Mostanság tehát már akkor, amikor a kapcsoltan termelt ho eléri az összes távho 70%-át, a kapcsoltan termelt villamos energia⁴ pedig megközelíti a teljes magyarországi eromui villamosenergia-kiadásnak a 15%-át, igen kedvezonek ítélheto a helyzet sok nyugati országhoz képest. A közcélú nagyeromuvekben persze kisebb az arány, így elsosorban a saját használatú, a nem kooperációs és a közcélú kiseromuvek szerepe jelentos a kapcsolt termelésben.

A megtakarított, a közelíto és durva számítással kiadódott, mintegy 13-14 PJ-t bizonyított megtakarítás az országos energiamérlegben már 1,3%-ot jelent, az eromuvek primerenergia-mérlegében pedig mintegy 4%-ot. Ez jelentos tételnek ítélheto.

Amennyiben hosszú távon megmarad ez a jelentos távhopotenciál az országban, akkor azt a leheto legnagyobb mértékben fel kell használni a kapcsolt termeléssel. Nem elég, ha megközelítjük vagy elérjük az 1:1 arányt e kapcsoltan termelt két energiánál, hanem a teljes hoigény nagyobb részére – nem csak a nyári „hoigényekre” – kell a kapcsolt termelést kiterjeszteni. Ennek megfelelo ösztönzo rendszert kell tehát kidolgozni. A megtakarítás a jövoben növekedhet, akár a jelenleginek a kétszerese is lehet. A pontos, számítógépes kalkuláció – változatok: egy valós (kapcsolt termeléses) és egy elképzelt (mi lett volna, ha nincs kapcsolt termelés) összehasonlításával – megadhatja a tényleges költségmegtakarítást és a kibocsátás-csökkentést is. Ez alapján lehet aztán meghatározni a támogatás mértékét.


Károsanyag-kibocsátás mérséklése

Amennyiben fosszilis tüzeloanyagot takarítanak meg a kapcsolt termeléssel, akkor természetesen a károsanyag-kibocsátás is mérséklodik. Nem mindegy azonban, hogy milyen tüzeloanyaggal milyen primer energiát váltanak ki. Tételezzük fel – ez a gyakorlathoz a jövoben igen közel fog állni – a földgázt, mint a kapcsolt energiatermeléssel megtakarítható tüzeloanyagot, de lényegében ezt a „nemes” energiahordozót használják fel a legtöbbször a kapcsolt termeléshez is. Feltételezheto, hogy hasadóanyagot és lignitet nem lehet kapcsolt energiatermeléssel megtakarítani (nem is érdemes), és ezeket azok az eromuvek használják, amelyek egész évben muködnek.

Megtakarítható viszont a menetrendtartó eromuvekben (Csepel, Dunamenti, Tisza) szénhidrogén. A fajlagos kibocsátási értékek (3. táblázat) felvehetok, tehát a tüzeloanyag-megtakarításból kiszámítható a károsanyag-csökkentés is.

Amennyiben tehát a közeljövoben valóban 13–14 PJ/a fosszilis tüzeloanyagot (szénhidrogént) lehet a kapcsolt magyarországi energiatermeléssel megtakarítani, akkor ezt azt jelenti, hogy

… mintegy 250–400 t/a szén-monoxidot,

… mintegy 4000–5000 t/a kén-dioxidot,

… mintegy 1500–2000 t/a nitrogén-oxidot és

… mintegy 800 000–1 000 000 t/a szén-dioxidot

lehet megtakarítani hazánkban. A szilárd részecske nem jellemzo a földgáztüzeléses rendszereknél, ezért azzal nem foglalkoztunk. Az összes eromui károsanyag-kibocsátásból tehát a CO-nál 2–3%-ot, az SO₂-nél 0,2–0,3%-ot, a nitrogén-oxidoknál 4–5%-ot és a szén-dioxidnál mintegy 3–4%-ot lehetne ezzel a jelentos kapcsolt energiatermeléssel megtakarítani. Mindezek természetesen csak közelíto, tájékoztató értékek, csupán a nagyságrendek érzékeltetésére szolgálnak.


Gondok a meghatározó energiaárakkal

A kapcsolt termelés gazdaságossága függ a vásárolt és az eladott energiák egységáraitól. Ma nagyon szeretik a „kis” kapcsolt termeléseket, nem szeretik a nagyokat. Az árak alapján ez világosan látszik.

Egy kis gázmotoros futoeromu olcsón kapja a földgázt (lakossági árakhoz közel), viszont a villamos energiát drágán veszik meg tole (jóval a nagykereskedelmi átlagár felett), tehát ez a megoldás terjed. Az olcsón vett energia és a drágán eladott egyik termék lehetové teszi a másik termék, a ho árának mérséklését.

Egy nagy, korszeru gázturbinás, összetett körfolyamatú futoeromu (pl. Debrecenben) viszont drágán kapja a földgázt (ipari gáz), és a villamos energia értéke sem haladhatja meg a nagykereskedelmi árat. A drágán vett energia és a viszonylag alacsony áron értékesítheto egyik termék nem teszi lehetové a másik termék, a ho árának mérséklését. Ma ez egy támogatási forma Magyarországon, mely lényegében az állampolgárok zsebére és nem a fogyasztók terhére oldja meg a kérdést – kis eredménnyel.

Lehetne a sokkal nagyobb eredményt adó nagyobb kapcsolt energiatermeléseket is támogatni (pl. az új eromuveknél: Észak-Budán, Miskolcon, Debrecenben, Pécsett, Ajkán, Gyorben, Tatabányán, Székesfehérváron és máshol), és lehetne az állampolgárok helyett a fogyasztókat érdekeltté tenni a támogatásban.

Példa erre megint Németország. Ott törvénnyel eloírt többletet szednek be a fogyasztóktól a kapcsolt energiatermelés támogatása érdekében. Egyébként a földgáz (és a többi energiahordozó), valamint a villamos energia ára a piaci törvények szerint módosul – nem kedvezve a futoeromuveknek (4. ábra).


Mi a lényeg?

A kapcsolt energiatermelés támogatásához pontosabban meg kell határozni, hogy mi az. Nem elég, nem jó – hibás – a kapcsolt energiatermelést az eredo energetikai hatásfok alapján értelmezni, ha az támogatásra szorul, mert így sokszor a „rossz” megoldást támogatják, a „jót” nem.

A kapcsolt energiatermelés lényege a jó hatásfokkal eloállítható villamos energia. Nem a ho, amelyet egyébként is jó hatásfokkal állítanak elo (gyakran sokkal jobb hatásfokkal, mint a kapcsolt termelésben). A villamosenergia-törvényben adott meghatározás viszont nem foglalkozik a villamos energiával, hanem összegben szerepel a hatásfoknál a két termék (E+Q). Így adódik aztán az h >65% kitétel. Hovel nagyon jó hatásfokot lehet elérni, villamos energia termelésével azonban nem. Ez utóbbi hatásfokát javítja a kapcsolt termelés, nem az elobbit, mint azt a gyakorlat igazolja (5. ábra). A lényeg tehát az lenne, hogy adott hoigény, mint adottság, felhasználásával a leheto legtöbb villamos energiát állítsák elo jó hatásfokkal.

Sajnos az eredo hatásfokot az javítja a legjobban, ha minél több hot és minél kevesebb villamos energiát termelnek. Ha tehát az eredo hatásfokot tekintik a támogatás kritériumának, akkor éppen a rosszat választják, hiszen arra ösztönöznek, hogy több hot és kevesebb villamos energiát termeljenek az energiaátalakító berendezésben, eromuben. Ez pedig hibás ösztönzés.

A kapcsolt termelés jóságára van egy másik mutatószám is: az adott energiaátalakító létesítménybol kiadott villamos energia (E) és ho (Q) hányadosa (jele: s = E/Q ). A hatásfok és ez együtt mutatja csak meg a kapcsolt energiatermelés jóságát, támogatásának értelmét. Ha például megadják azt, hogy mi legyen a hatásfok határa (h  > 0,6), akkor ezzel együtt azt is meg kell adni, hogy a jelzett hányados mekkora legyen (például s  > 0,5). Ha mindkét kritérium együtt teljesül, akkor lehet igazán a kapcsolt energiatermelés támogatásáról beszélni.

Nézzük ezt meg ismét egy ábrán (6. ábra)! Van rossz és jó kapcsolt termelés attól függoen, hogy mennyi a villamos energia részaránya. A kapcsolt termeléseknek pedig mindig jó a hatásfoka. Itt is jól látszik, hogy a lényeg a villamosenergia-termelés hatásfokának a javítása.

Mind a cikk példája mutatja, a rossz kapcsolt termelés támogatása nagyon káros lehet, hiszen nem használják ki az adott hoszolgáltatási potenciált a jó hatásfokú villamosenergia-termelésére, így ezt rosszabb hatásfokú, kondenzációs eromuvekben kell megtermelni.

1 Kondenzációs kazánok esetén 100%-nál nagyobb is lehet a hatásfok (pl. évi átlagban 105%).

2 Persze nem a 65%-os hatásfokra hivatkozó meghatározások alapján, hanem ténylegesen.

3 Ebbol jön ki, hogy látszólag itt jóval 100%-nál nagyobb hatásfok adódna, hiszen az egyébként kondenzátorokban elveszo ho egy részét hasznosították.

4 Itt nem az új VET szerinti 65%-os hatásfok jelenti a kapcsolt energiatermelés meghatározást, hanem a ho és a villamos energia együttes termelésének korábbi MVMT-s értelmezése (pl. Oroszlányban és Pakson is van kapcsolt termelés).