Chercheur et centrale combinée – Wikipedia

Mini Bhkw dans un design encapsulé

UN Chercheur et centrale combinée ( Chp ) est un système modulaire pour extraire l’énergie et la chaleur électriques, qui fonctionnent de préférence à l’emplacement de la consommation de chaleur. L’utilisation de chaleur peut également être introduite dans un réseau de chauffage local. Le système utilise le principe du couplage de chauffage de puissance.

En lecteur pour le générateur d’alimentation, les moteurs de combustion, c’est-à-dire H. Les moteurs diesel, huile végétale ou gazière, mais aussi des turbines à gaz, des moteurs d’agitation ou des piles à combustible sont utilisées.

Le niveau d’utilisation global plus élevé par rapport à la combinaison conventionnelle de chauffage local et de centrale centrale résulte du fait que la chaleur déchet est utilisée pour la production d’électricité. L’efficacité de la production d’électricité avec des moteurs à combustion, selon la taille du système, se situe entre 25 et 44% (sur la base de la valeur de chauffage). Le CHP à base de chp, en revanche, peut avoir une efficacité électrique de 55 ^[d’abord] Jusqu’à 60% ^[2] atteindre. Si la chaleur des déchets est utilisée en totalité et locale, une efficacité globale en ce qui concerne l’énergie primaire utilisée de 80 à 90% (sur la base de la valeur de chauffage) peut être obtenue. Les chaudières de sièges atteignent l’efficacité jusqu’à 100% (sur la base de la valeur de chauffage), mais ne peuvent pas générer un courant électrique. (Voir aussi l’efficacité> 100% des définitions d’efficacité générales et différentes pour la condensation des chaudières.)

Les modules CHP habituels ont des services électriques entre un kilowatts (KW) et quelques dix mégawatts (MW). À moins de 50 kW, on parle également de couplage mini-puissance (mini-kkk), de moins de 10 kW de micro-KKK. Les plantes à moins de 2,5 kW sont également appelées nano-chp. Les mini et les micro-kkks sont utilisés dans les quartiers résidentiels et commerciaux, les hôpitaux, les piscines et les immeubles d’appartements, mais aussi dans les entreprises et dans la construction de règlements. La classe Nano CHP en particulier convient également aux maisons unifamiliales. ^[3] Le couplage de chauffage de puissance est également utilisé dans les centrales électriques de chauffage, généralement avec des services électriques de quelques centaines de MW.

Thermique [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Si la puissance de sortie du CHP est basée sur l’exigence de chaleur locale, c’est un thermique Chp. En régulant la sortie de chauffage, les unités individuelles sont éteintes ou activées comme requises dans les systèmes modulaires. Lors de la configuration avec un seul agrégat, sa puissance de sortie est régulée en conséquence, soit un stockage de chaleur est chargé dans l’intervalle. La mémoire est souvent conçue de telle manière que le moteur a besoin d’au moins une heure pour terminer. Étant donné que les intervalles de maintenance sont basés sur les heures de fonctionnement du système, le fonctionnement de l’intervalle par rapport à l’entreprise modulée est généralement le mode de fonctionnement le plus économique. L’électricité générée de ces systèmes, dans la mesure du possible, est consommée; L’excédent est introduit dans le réseau public et compensé en conséquence.

Alimenté [ Modifier | Modifier le texte source ]]

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Pas plus frais (ventilateurs horizontaux au milieu de l’image) sur le toit en conteneur d’un CHP de biogaz

À alimenté CHPK est basé sur la puissance de sortie en fonction de l’exigence d’électricité ou de la capacité de l’agrégat (production de puissance maximale selon EEG, voir ci-dessous). La chaleur qui ne peut pas être utilisée pendant cette période est libérée via un refroidisseur d’urgence en tant que chaleur déchet pour l’environnement, bien que cela réduit l’efficacité. D’une part, ce mode de fonctionnement se trouve souvent dans les réseaux insulaires. En Allemagne, un certain nombre de CHP avec des matières premières renouvelables sont exploitées comme du carburant. En raison des tarifs de rachat légalement définis pour l’électricité (Renewable Energy Sources Act, ou EEG pour faire court), les opérateurs ont été possibles pour maximiser le profit par l’électricité autant que possible. L’utilisation de la chaleur générée était souvent négligée. Les changements récents de l’EEG ont considérablement réduit cette possibilité.

Axé sur le courant [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Dans le cas d’un fonctionnement axé sur l’électricité, la première variable de contrôle reste l’exigence de chaleur. Cependant, le recouvrement de la charge d’alimentation est rempli autant que possible. Le CHP fonctionne lorsque la puissance est requise, la chaleur est utilisée directement ou intermédiaire dans un stockage de chaleur pour une utilisation ultérieure. Le CHP n’a pas de glacière d’urgence. Dans les temps avec une faible charge d’énergie, la nécessité de chaleur est principalement utilisée à partir du stockage de chaleur, après quoi le CHP entre en service. Ce mode de fonctionnement maximise l’utilisation électrique, sans perte d’efficacité et sans condensation.

Géré par le réseau [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Si le niveau de performance est spécifié par un point central pour plusieurs systèmes, on en parle d’un guidé par le réseau Chp. Le quartier général optimise la planification des applications des agrégats KWK décentralisés à travers le système sur la base de conditions aux limites économiques, telles que le gaz commun et la réserve de contrats d’approvisionnement. La gestion du réseau est l’idée principale d’une centrale virtuelle. Comme pour le routage de l’électricité, une mémoire doit être intégrée pour découpler la génération de chaleur et la charge.

Habituellement, les performances d’un système CHP chauffé sont interprétées de telle manière que même en fonctionnement complet, il ne couvre qu’une partie de l’exigence d’énergie de chauffage maximale des acheteurs connectés, la chaleur résiduelle requise offre une chaudière à charge en dentelle. Cela garantit que les installations de génération d’électricité coûteuses sont mieux utilisées et un nombre plus élevé d’heures de fonctionnement. Au moins 7900 heures sont recherchées chaque année, mais souvent seulement environ 3000 à 5000 heures sont atteintes.

À l’aide des magasins de tampons, le mini CHP pour les bâtiments résidentiels est opéré monovalent, c’est-à-dire sans chaudière à charge en dentelle. Un tel chp – comme d’habitude ci-dessus – n’est pas interprété en fonction de la charge de base des besoins en énergie thermique, mais comme un système de chauffage conventionnel selon la charge supérieure. Cette interprétation se propage principalement dans le mini-KKK. Avec une telle interprétation, le CHP (soi-disant “horloges”)), ce qui raccourcit sa durée de vie.

Une installation de chauffage existante peut généralement être utilisée avec des modifications mini-fabriquées lors du passage à un mini CHP. D’une part, il y a la possibilité d’un insert de CHP monovalent, y compris un plus grand stockage de chaleur. À son tour, le chauffage n’est pas suffisant dans la demi-monnaie hivernale, le brûleur existant ou une chaudière à charge en dentelle peut être ajouté (utilisation bivalente). Si l’exigence de chauffage se produit rarement, l’installation d’un chauffage électrique simple (principe d’immersion-sol) peut également être peu coûteuse. Les CHP plus gros peuvent également être optimisés en utilisant des magasins de chaleur. Ceux-ci servent à achètent la charge supérieure et évitent ainsi l’exigence de chaleur supplémentaire de la production non kwk (chaudière). De plus, ils permettent une opération temporaire opérée par électricité, c’est-à-dire H. Une charge de stockage parfois avec un prix d’électricité élevé.

L’idée de base économique et écologique de la société de réchauffement est d’utiliser complètement la chaleur générée et, si possible, d’utiliser également l’électricité sur place. L’électricité inutilisée est introduite dans le réseau d’énergie public contre la rémunération. Étant donné que, de cette manière, moins de capacité d’électricité conventionnelle est nécessaire pour la production d’électricité, l’utilisation accrue de CHPS substitue l’électricité des centrales de condensation fossile de la charge moyenne (principalement du charbon) et permet ainsi une plus faible émissions de dioxyde de carbone. ^[4] Cela devrait également être soutenu en Allemagne par des réglementations juridiques telles que le KWKG.

Une usine de CHP atteint un degré d’utilisation globalement significativement plus élevé (avantage de l’énergie et de l’énergie plus bénéficiant de l’énergie divisée par la consommation d’énergie) par rapport à l’opération de mélange conventionnelle du chauffage local et de l’alimentation centrale. Une centrale électrique à grande échelle moderne atteint une efficacité d’environ 45%. Cela signifie qu’environ la moitié de l’énergie générée tombe sous forme de chaleur déchet. Cependant, leur utilisation comme chauffage district entraînerait des pertes de transport considérables (10 à 15%) et nécessiterait un réseau de pipelines élaboré et coûteux, car les générateurs de chaleur et les acheteurs de chaleur sont généralement éloignés pour les grandes centrales électriques à l’échelle. Un autre 2 à 5% de l’énergie est également perdu en raison du transport de la gestion de l’électricité. La chp a une efficacité électrique d’environ 25 à 38% (selon la taille et le type); L’efficacité globale d’environ 90% ne peut être réalisée que si l’électricité et La chaleur peut être utilisée directement sur place. L’avantage de pouvoir utiliser la chaleur du processus sur place nécessite des acheteurs appropriés. Selon la saison, les bâtiments résidentiels ont besoin de différentes quantités de chaleur, c’est pourquoi la chaleur du processus ne peut être utilisée que partiellement en été.

L’effort pour maintenir les moteurs (tels que la variation d’huile et le filtre à air, les bougies d’allumage, etc. dans les moteurs à gaz) avec l’arrivée et le départ associées du personnel de service ont un effet négatif sur le bilan économique, car il augmente spécifiquement dans le cas de systèmes plus petits et décentralisés, en particulier le micro-KKK.

L’utilisation de l’huile de palme est particulièrement critique comme carburant. Les plantations d’huile de palme sont cultivées dans de nombreux pays de seuil et en développement au détriment de la forêt tropicale, souvent même grâce à une frappe en bois illégale, malgré des alliances telles que la RSPO (table ronde du palmier durable). Les dernières forêts tropicales diminuent massivement en raison de la demande toujours croissante d’huile de palme pour les carburants, la nourriture, les cosmétiques, etc.

En termes de bruit et d’émissions, le CHP-WAG doit remplir les exigences légales qui sont spécifiées en fonction du carburant et des performances dans le bruit de TA, le TA Luft, Bimschv, la directive EcoDesign, etc.

Schéma fonctionnel d’un système CHP à moteur

Les systèmes CHP étaient à l’origine basés sur des moteurs à combustion, dont la chaleur est utilisée à partir du gaz d’échappement et du cycle de l’eau de refroidissement pour chauffer l’eau de chauffage. Entre-temps, d’autres systèmes tels que Stirling Engine et la machine à vapeur avec une efficacité relativement faible sont également utilisés pour produire l’énergie mécanique (requise pour le générateur) dans les systèmes CHP. Selon le type de moteur à combustion interne, l’utilisation de la chaleur et des centrales combinées ne se limite pas à la fourniture de la chaleur de la pièce, mais sert également à générer de la chaleur du processus via une vapeur d’eau, de l’air chaud ou de l’huile thermique ou la climatisation via une pompe à chaleur d’absorption. Cela utilise la chaleur des déchets du système CHP pour refroidir.

Les caractéristiques sont principalement des hydrocarbures fossiles ou régénératifs tels que le chauffage, l’huile végétale (principalement l’huile de palme), le biodiesel (pour un moteur diesel) ou le gaz naturel ainsi que le gaz liquéfié (GPL), le biogaz, le gaz d’agansion et les décharges (pour un otomotor), le moteur à faisceau d’allumage ou une turbine de gaz (en décharge (pour un otomotor), un moteur à faisceau d’allumage ou une turbine de gaz (gas Moteur de biogaz ) pour utilisation. Les copeaux de bois et les boulettes de bois comme matières premières renouvelables dans les moteurs à remuer, les centrales à vapeur et les carburas en bois sont également possibles, ce dernier en relation avec un otomotor (efficacité <36%). Les moteurs CHP avec des moteurs diesel et remuant peuvent être utilisés avec un chauffage léger.

L’hydrogène convient également comme combustible pour le CHP et peut être utilisé dans les piles à combustible et les moteurs de combustion adaptés.

Pour les systèmes CHP basés sur des moteurs à combustion interne ou des turbines à gaz, la chaleur des déchets tombe dans le circuit de refroidissement et dans le gaz d’échappement. Il est transféré sur le circuit de chauffage du chauffage central du bâtiment via des échangeurs de chaleur. Un degré d’utilisation de jusqu’à 95% peut être atteint, en fonction de l’utilisation du moteur et de l’efficacité du moteur. Selon le carburant, la taille et la construction (par exemple avec ou sans turbocompresseur) du moteur et du générateur, l’efficacité électrique pure se situe entre 20% (pour Mini-BHKW) et 43% (pour les moteurs diesel avec des services supérieurs à 1 MW).

Le petit chp (micro-KKK) jusqu’à environ 10 kW électrique et environ 20 kW de sortie thermique conviennent au chauffage des maisons unifamiliales et des petites entreprises. La chp de taille moyenne avec une production électrique de plusieurs centaines KW est souvent utilisée par les services publics municipaux pour chauffer des boîtiers ou des piscines intérieures ou des entreprises plus grandes. Le grand CHP avec des moteurs à gaz avec une certaine puissance MW convient à l’électricité et à l’alimentation thermique des plus grandes zones résidentielles et commerciales ainsi que des usines.

Un grand nombre annuel d’heures de fonctionnement dans la gamme de charges élevées de la machine à puissance est essentiel pour l’économie d’un système CHP (typique d’environ 4 000 heures de charge complète par an). Il est cherché à compenser les investissements dans le système en activité par le biais de la rémunération financière pour les quantités d’électricité et de chaleur (ou la réduction des coûts encourus).

Dans le cas du CHP KWN guidé par la chaleur, la sortie thermique est déterminée à l’aide de la durée annuelle de l’exigence de chaleur (une courbe dans laquelle elle est appliquée au nombre d’heures par an qui est requise pour les bâtiments. La sortie de chaleur supérieure du CHP est réglée sur ces performances; En règle générale, il s’agit de 25 à 30% des exigences de chaleur supérieure. Afin de pouvoir fournir la puissance des étapes, les CHP sont généralement équipés modulaires de plusieurs moteurs.

Dans le salon, les besoins en énergie de chauffage fluctuent très fortement, au milieu de l’été, il ne se produit que pour le chauffage de la chaleur. Il existe actuellement quelques modèles CHP qui peuvent modifier la chaleur générée et ainsi changer également l’électricité couplée (“opération de modulation”). Cependant, les fluctuations de la demande – limitées par le stockage de chaleur – peuvent être équilibrées. Une opération parallèle avec un brûleur conventionnel pour l’exigence thermique supérieure et en tant que réserve de troubles ou d’entretien est courante. S’il n’y a pas de mesures de rémunération pour de telles fluctuations dans l’exigence de chaleur, il y a plus de fréquentes et d’arrêt (“horloges”) du système CHP, ce qui entraîne une réduction de l’efficacité et de la durée de vie.

En cas de rentabilité complète, tous les coûts d’investissement et d’exploitation, c’est-à-dire l’amortissement, le carburant et l’entretien – sont inclus et comparés au produit de l’électricité et de la chaleur ou les montants économisés. La base de cette rentabilité est basée sur la directive VDI 2067 “Économie des systèmes de technologie de construction”. ^[5]

En été, par exemple, un refroidisseur d’absorption supplémentaire peut être utilisé en été pour accepter la chaleur si l’énergie de chauffage nécessite un manque d’énergie de chauffage, ce qui génère froid pour la climatisation. On parle alors de chaleur combinée et froide et froide. À l’avenir, l’utilisation de CHP KWN est également planifiée comme une centrale virtuelle en contrôlant un grand nombre de CHP décentralisés auxquels. En raison de la proportion croissante d’énergie éolienne et solaire, qui ne fournit pas d’électricité et ne peut pas non plus accorder une charge de base, la CHP, avec un tampon de chaleur ultérieur, pourrait fonctionner encore plus profit: ils offrent la puissance électrique nécessaire localement, les magasins de chaleur peuvent être remplis comme chauffés sur la chaleur.

Un problème de base de la commercialisation de la CHP dans une et des maisons multifamiliales est le prix d’acquisition plus élevé par rapport au chauffage habituel du gaz naturel ou du pétrole. La calculatrice de comparaison des systèmes de chauffage du Consumer Center Center Nord-Westphalie compare les coûts totaux de différents systèmes de chauffage (y compris CHP KW) pour les bâtiments résidentiels existants de la maison familiale à la maison dix-famille. ^[6] Il peut être conseillé d’utiliser des CHP dans les entreprises et les entreprises. La ville hanséatique de Hambourg avec le Bhkwcheck par un conseiller spécialisé. Il est vérifié si l’utilisation dans l’entreprise est logique, car il y a encore une énergie et des économies élevées dans ces domaines. ^[7]

En comparaison, les moteurs à gaz ont une efficacité électrique plus élevée à des coûts d’investissement spécifiques plus faibles, les turbines microga peuvent également utiliser du gaz avec une valeur de chauffage plus faible, ont une durée de vie plus longue à de faibles coûts d’exploitation et d’entretien et de bruits de fonctionnement plus silencieux. ^[8]

CHP, opéré avec de l’huile de colza tendre à froid

CHP en Allemagne est passée depuis le 1er janvier 2009 Loi pour la préservation, la modernisation et l’expansion de la chaleur et de la puissance combinées , Brièvement la loi de couplage de chauffage de pouvoir financé. Les opérateurs de réseau sont obligés de connecter un système CHP à votre réseau d’électricité et de compenser l’électricité introduite dans le réseau public. La rémunération est composée du prix moyen du courant de charge de base sur le Leipzig Electricity Exchange EEX, un supplément KWK conformément à la loi KWK et des frais de réseau pour le rachat décentralisé. De plus, à partir du 1er janvier 2009, les systèmes KWK recevront également de l’électricité, par ex. B. Dans l’objet d’approvisionnement (hôtel, bâtiment résidentiel) lui-même, un supplément KWK. Depuis le 1er janvier 2009, les systèmes KWK qui ont été ou peuvent être classés en fonction de la (ancienne) loi KWK du 1er avril 2002 pour l’électricité utilisée en dehors des réseaux publics ont également reçu un supplément KWK. La nouvelle loi KWK est entrée en vigueur le 19 juillet 2012. Par exemple, les systèmes mini-kwk connectés avant le 19 juillet 2012 reçoivent une rémunération de 5,11 cents / kWh, les systèmes installés par la suite reçoivent une subvention de 5,41 cents / kWh selon le nouveau modèle de rémunération.

Le financement de l’État comprend également des allégements fiscaux. Pour les carburants du gaz naturel, du huile de chauffage et du gaz liquéfié, la taxe sur l’énergie, anciennement «taxe sur l’huile minérale», a été remboursée jusqu’au 1er avril 2012 lorsqu’elle est utilisée dans les systèmes KWK avec une utilisation annuelle d’au moins 70%. Une modification de la loi n’offre que le 1er avril 2012 si le système n’a pas encore été entièrement copié en plus du niveau d’utilisation minimum de 70% en vertu de la loi fiscale et est très efficace au sens de la directive 2004/8 / CE du Parlement européen. ^{[9] [dix] [11]} Pour l’électricité des systèmes KWK jusqu’à 2 MW d’énergie électrique, qui est utilisé par l’opérateur du système dans le “contexte spatial”, aucune taxe sur l’électricité (2,05 cents / kWh) ne doit être payée.

Depuis 2012, le ministère fédéral de l’Environnement a favorisé l’utilisation de systèmes de mini-kwk très efficaces dans le secteur de l’énergie jusqu’à 20 kilowatts de production électrique dans le cadre de la National Climate Protection Initiative. Le 1er janvier 2015, la directive modifiée pour promouvoir les systèmes KWK jusqu’à 20 kW de production électrique est entrée en vigueur. En conséquence, le financement de base dans la zone de petite performance a été levé, des subventions bonus pour des systèmes de mini-kwk en particulier en énergie ont été introduits et des exigences techniques simplifiées. ^{[douzième] [13]}

En pratique, la loi KWK de 2002 n’a pas généré la dynamique espérée (jusqu’à deux MW conformément au § 3 (3) KWKG), qui incluent le CHP ^[14] Cassé qui pourrait être développé économiquement.

Avec la biomasse comme matière première qui est introduite dans le réseau électrique dans le cadre de la Loi sur les sources d’énergie renouvelable (EEG), selon les règles de l’EEG, un bonus supplémentaire de trois cents / kWh a été rémunéré (bonus KWK Annexe 3 EEG 2009). Ce bonus a été éliminé avec l’amendement de l’EEG depuis le début de 2012. En plus des subventions de KFW et BAFA, il existe également un financement direct pour la conversion en CHP et prêts de KFW et BAFA. ^[15]

• Wolfgang Suttor: Les centrales de chaleur et d’électricité combinées – un guide pour l’utilisateur. 8. Édition révisée. Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart 2014, ISBN 978-3-8167-9303-8 (directives pour les utilisateurs de la gestion du logement, de la planification des règlements, des municipalités, des fournisseurs d’énergie, pas de Häuslesbauer)