Jeszcze kilka lat temu mikrokogeneracja kojarzyła się przede wszystkim z niewielkim agregatem produkującym jednocześnie energię elektryczną i ciepło. Dziś takie podejście warto rozszerzyć. Samo wytwarzanie energii nie rozwiązuje bowiem problemu różnicy między chwilą jej produkcji a chwilą, w której jest potrzebna.
Dlatego coraz ciekawszym rozwiązaniem staje się mikrokogeneracja połączona z magazynem energii i instalacją fotowoltaiczną. Każdy z tych elementów ma inne zadanie, a odpowiednio dobrane mogą się wzajemnie uzupełniać.
Co właściwie oznacza mikrokogeneracja?
Kogeneracja polega na jednoczesnym wytwarzaniu energii elektrycznej i użytkowego ciepła z tego samego paliwa. W klasycznym generatorze interesuje nas przede wszystkim prąd, natomiast znaczna część energii zawartej w paliwie zostaje oddana do otoczenia w postaci ciepła.
W układzie kogeneracyjnym sytuacja wygląda inaczej. Ciepło powstające podczas pracy silnika oraz zawarte w spalinach można odzyskać i wykorzystać na przykład do ogrzewania budynku lub przygotowania ciepłej wody.
Mikrokogeneracja jest po prostu realizacją tej samej zasady w mniejszej skali – odpowiedniej dla niewielkich obiektów przemysłowych, usługowych, gospodarstw, hoteli, pensjonatów czy innych budynków posiadających jednocześnie zapotrzebowanie na energię elektryczną i cieplną.
Problem zaczyna się wtedy, gdy prąd nie jest potrzebny przez całą dobę
Silnik kogeneracyjny najefektywniej pracuje w określonym zakresie obciążenia. Nie zawsze rozsądne jest więc zmuszanie go do ciągłego dostosowywania produkcji do chwilowego poboru energii przez obiekt.
Tutaj pojawia się magazyn energii.
Zamiast produkować dokładnie tyle energii elektrycznej, ile w danej sekundzie zużywa budynek, można uruchamiać jednostkę kogeneracyjną w korzystnych warunkach pracy, zasilać bieżące odbiory, a nadwyżkę kierować do akumulatorów.
Po wyłączeniu silnika obiekt przez pewien czas korzysta z energii zgromadzonej wcześniej.
Zmienia to sposób myślenia o kogeneracji. Silnik nie musi być jedynym elementem odpowiadającym za każdą zmianę zapotrzebowania na moc. Staje się jednym ze źródeł energii współpracujących z całym systemem.
Mikrokogeneracja i fotowoltaika nie muszą ze sobą konkurować
Na pierwszy rzut oka może się wydawać, że fotowoltaika i kogeneracja są rozwiązaniami konkurencyjnymi. W rzeczywistości ich charakterystyki mogą się dobrze uzupełniać.
Instalacja fotowoltaiczna produkuje energię wtedy, gdy dostępne jest promieniowanie słoneczne. Koszt „paliwa” jest praktycznie zerowy, dlatego w pierwszej kolejności warto wykorzystywać właśnie tę energię.
Problem pojawia się wieczorem, nocą, podczas pochmurnych dni oraz w okresach wysokiego zapotrzebowania.
Magazyn energii częściowo przesuwa energię wyprodukowaną wcześniej na późniejsze godziny. Ma jednak ograniczoną pojemność.
Dopiero kiedy energia z fotowoltaiki i akumulatorów okazuje się niewystarczająca, może zostać uruchomiona mikrokogeneracja.
Powstaje więc pewna hierarchia:
fotowoltaika → bieżące odbiory → magazyn energii → kogeneracja jako źródło sterowalne.
Nie jest to oczywiście jedyny możliwy algorytm pracy. W konkretnym obiekcie sposób sterowania powinien wynikać z profilu zużycia energii, zapotrzebowania na ciepło, pojemności magazynu i parametrów źródła kogeneracyjnego.
Jest jeszcze drugi magazyn – ciepła
W systemie kogeneracyjnym magazynowanie nie musi dotyczyć wyłącznie energii elektrycznej.
Ciepło odzyskiwane podczas pracy jednostki można skierować do bufora cieplnego. W praktyce otrzymujemy wtedy dwa różne magazyny energii: akumulatory przechowujące energię elektryczną oraz zbiornik przechowujący energię cieplną.
Ma to istotne znaczenie, ponieważ zapotrzebowanie na prąd i ciepło rzadko występuje dokładnie w tych samych godzinach.
Jednostka kogeneracyjna może więc przez określony czas jednocześnie ładować magazyn elektryczny i cieplny, a następnie zostać wyłączona. Zgromadzona energia jest wykorzystywana później.
Kiedy taki system ma największy sens?
Nie w każdym budynku.
Jeżeli obiekt zużywa bardzo mało energii cieplnej, ekonomiczne uzasadnienie kogeneracji może być słabe. Podobnie nie ma sensu instalowanie dużego źródła tylko dlatego, że przez kilkanaście minut dziennie występuje wysoki pobór mocy.
Najciekawsze są obiekty, w których występuje jednocześnie stosunkowo regularne zapotrzebowanie na prąd oraz możliwość wykorzystania ciepła.
Mogą to być między innymi małe zakłady produkcyjne, gospodarstwa rolne, obiekty noclegowe, warsztaty, myjnie, obiekty komunalne czy instalacje pracujące poza niezawodną siecią elektroenergetyczną.
Kluczowe jest jednak wcześniejsze poznanie profilu zużycia.
Bez tego nawet bardzo dobry technicznie system może zostać źle dobrany.
Najważniejsze nie są poszczególne urządzenia
Fotowoltaika, akumulator, falownik czy generator kogeneracyjny nie są dziś technologiami egzotycznymi. Najtrudniejszą częścią staje się ich właściwe połączenie i sterowanie.
System powinien wiedzieć, kiedy wykorzystać energię słoneczną, kiedy ładować akumulatory, kiedy korzystać z magazynu, a kiedy uruchomić jednostkę kogeneracyjną. Jednocześnie musi uwzględniać zapotrzebowanie na ciepło oraz stan bufora.
Dlatego mikrokogeneracja z magazynem energii i fotowoltaiką jest bardziej systemem zarządzania energią niż zestawem kilku urządzeń ustawionych obok siebie.
W tym kierunku rozwijamy CEWITA
Taka właśnie filozofia stoi za systemami CEWITA. Nie zakładamy, że jedno źródło energii powinno pracować przez całą dobę i pokrywać każde chwilowe zapotrzebowanie.
Fotowoltaika wykorzystuje dostępne słońce. Magazyn energii pozwala przesunąć część produkcji w czasie. Mikrokogeneracja zapewnia sterowalne źródło prądu i ciepła wtedy, gdy pozostałe źródła przestają wystarczać.
Celem nie jest więc samo posiadanie generatora, paneli czy dużego akumulatora.
Celem jest takie połączenie źródeł, magazynowania i sterowania, aby energia była produkowana wtedy i w taki sposób, w jaki jest to najbardziej użyteczne dla konkretnego obiektu.