Os sistemas combinados de calor e energia (CHP) são uma das tecnologias de aquecimento mais recentes. O interessante sobre esses sistemas é que eles não apenas geram calor, mas também eletricidade. Em uma entrevista, o especialista em verificação de custos explica em detalhes quanto uma unidade combinada de calor e energia pode custar para uma única casa de família.
Pergunta: Como funcionam as usinas térmicas do tipo bloco?
Especialista em verificação de custos: Depende essencialmente do tipo de unidade CHP:
- Sistemas de combustão interna
- Sistemas com motor Stirling
- Aquecedores de célula de combustível
As centrais térmicas "típicas" do tipo bloco são sistemas com combustão interna. Eles consistem em um motor e um gerador e uma unidade de aquecimento.
Óleo de aquecimento, gás natural ou gás líquido podem ser usados - dependendo da versão da unidade CHP. Os combustíveis acionam um motor, que gera eletricidade por meio do gerador ligado. O calor residual resultante é capturado antes de ser perdido e disponibilizado para o circuito de aquecimento ou alimentado em um tanque tampão.
Tais sistemas geram eletricidade e calor em uma proporção de cerca de 1: 3, ou seja, para 1 kWh de eletricidade há cerca de 3 kWh de energia térmica.
Os motores Stirling funcionam com um princípio diferente: aqui, um pistão é movido para cima e para baixo pelo calor de uma fonte externa de calor. O movimento para cima e para baixo do pistão é usado para acionar um gerador, que por sua vez gera eletricidade.
O calor gerado pela combustão externa pode então ser usado posteriormente no circuito de aquecimento para gerar aquecimento ambiente e água quente.
Em vez de motores Stirling individuais, os chamados motores lineares são geralmente usados hoje, os quais têm um nível particularmente alto de eficiência na geração de calor.
A vantagem particular dos sistemas de motor Stirling é que eles podem usar qualquer fonte de calor. Não precisam ser necessariamente combustíveis fósseis, pois no caso dos sistemas com combustão interna - biomassa barata e neutra em CO2 (pellets, cavacos de madeira) também pode ser utilizada aqui como fonte de energia. Mesmo a energia térmica do sol (solar térmica) pode ser gerada em sistemas Stirling para a geração combinada de calor e eletricidade. Outra vantagem dos sistemas Stirling é o funcionamento muito suave e a alta eficiência de todo o sistema em termos de recuperação de calor. Em contraste, a eficiência na geração de energia é bastante pobre em apenas 10% - 20%.
O desenvolvimento mais recente na área de sistemas CHP é o aquecimento de células de combustível. Ele também gera aquecimento e eletricidade.
Se uma tensão suficientemente alta é aplicada à água, ela se decompõe em hidrogênio e oxigênio (o dispositivo histórico para isso é chamado de “aparelho de decomposição de água de Hoffmann”). Uma célula de combustível inverte exatamente esse processo: hidrogênio e oxigênio se encontram - isso libera calor, energia elétrica e água.
O hidrogênio é obtido a partir do gás natural
Neste caso, o hidrogênio necessário é obtido a partir de uma conexão de gás natural. No caso de sistemas pequenos, isso geralmente acontece fora da célula a combustível - esses sistemas também são chamados de células a combustível de baixa temperatura. A razão para isso é muito simples: se o hidrogênio for produzido a partir do gás natural na célula de combustível, como geralmente é o caso em grandes sistemas, podem ocorrer temperaturas extremamente altas. Isso também pode ser perigoso em alguns casos.
Os sistemas de aquecimento de células de combustível têm a maior eficiência de todos os sistemas CHP e são sistemas comparativamente simples e muito vantajosos. Se necessário, eles também podem ser operados com biogás, são muito silenciosos e de manutenção extremamente baixa. O aquecimento da célula de combustível é quase totalmente livre de emissões.
Uma vez que todos os sistemas CHP fornecem apenas saídas constantes, mas podem cobrir apenas saídas de pico com dificuldade, eles geralmente são acoplados a caldeiras de condensação, que fornecem energia de aquecimento adicional quando há uma alta demanda de calor. Isso também aumenta os custos das usinas combinadas de calor e energia.
Pergunta: Quanto custam as usinas de calor e energia em geral?
Especialista em verificação de custos: Não há uma resposta geral para isso - sempre depende do tipo de sistema e do serviço que ele oferece.
Em princípio, entretanto, você pode assumir que os sistemas custam atualmente pelo menos 15.000 euros . A maioria dos sistemas custa entre EUR 20.000 e EUR 30.000 .
Estes preços aplicam-se a habitações unifamiliares e bifamiliares; para habitações multifamiliares ou edifícios de apartamentos, os custos são significativamente mais elevados.
Por outro lado, persistem subsídios elevados e, com dimensões corretas e condições favoráveis, elevado potencial de poupança nos custos de aquecimento e eletricidade. Em muitos casos, uma compra pode valer a pena a longo prazo, apesar dos altos custos.
Um pequeno exemplo de custos da prática
Temos um pequeno sistema com motor Stirling instalado em nossa casa.
| Postar | preço |
|---|---|
| Planta Micro-CHP | 17.600 EUR |
| Instalação | 4.500 EUR |
| Conexão à rede elétrica (para tarifas de alimentação) | 1.500 EUR |
| custo total | 22.000 EUR |
| avanço | menos EUR 1.900 |
| custos auto-suportados | EUR 20.100 |
Claro, este é apenas um exemplo de custo único para um dispositivo específico usado em um ambiente específico. Os custos também podem diferir significativamente em outros casos.
Não são considerados os subsídios decorrentes das operações em andamento: o KfW subsidia cada kWh gerado pelo sistema com 5,41 centavos / kWh em 10 anos. Além disso, existem outros subsídios, como o não mais aplicável imposto sobre a energia.
Pergunta: De que geralmente dependem os custos de uma unidade combinada de calor e energia?
Especialista em verificação de custos: Claro, muitos fatores desempenham um papel nos custos de aquisição:
- qual sistema é usado
- quão grande é o sistema
- se um tanque de armazenamento de buffer é usado
- Se o sistema está conectado à rede pública para que as tarifas de alimentação possam ser sacadas
- quais sistemas de pico de carga ainda podem ser instalados
- quais subsídios podem ser obtidos para o respectivo sistema
Todos esses fatores devem ser levados em consideração ao tentar estimar o custo inicial.
Via de regra, é aconselhável ter um sistema especialmente projetado e dimensionado para a sua própria casa, pois o tamanho do sistema é muito importante para o custo do sistema.
Como regra, será necessário criar um perfil de carga que mostre qual energia é necessária em quais horários. Esta é a única maneira de estimar corretamente qual tamanho de sistema é melhor usado e qual sistema de aquecimento adicional deve ser instalado com qual saída.
Pergunta: E quanto aos custos de aquecimento com tais sistemas - compensa?
Uma usina combinada de calor e energia geralmente compensa
Especialista em verificação de custos: aqui também, é claro, você sempre deve avaliar o caso individual - em geral, há pelo menos a possibilidade de que tais sistemas sejam claramente lucrativos e os custos de aquisição possam muitas vezes ser amortizados em alguns anos.
Em qualquer caso, o pré-requisito para um uso que valha a pena é uma distribuição de carga o mais balanceada possível e o dimensionamento adequado do sistema.
Além disso, uma unidade CHP só gera eletricidade quando o calor é necessário. No entanto, como a eficiência de um CHP é sempre mais alta quando está em funcionamento constante, por razões de eficiência, ele deve ser planejado para o tempo de carregamento mais longo possível do sistema. Isso geralmente é feito com a ajuda de tanques de armazenamento tampão que absorvem a energia térmica gerada quando ela não é necessária. A energia térmica para aquecimento ou a água quente necessária pode então ser retirada do tanque tampão.
Basicamente, quanto mais tempo uma usina combinada de calor e energia funciona, mais compensa. .
Idealmente, a eletricidade gerada deve ser consumida você mesmo - devido à baixa tarifa de alimentação, alimentar a rede pública muitas vezes não vale a pena financeiramente hoje.
Sistemas de armazenamento de eletricidade dimensionados de forma suficiente podem ajudar a garantir o uso de eletricidade autogerada, mesmo nos horários de pico, tornando-se, assim, amplamente independentes do fornecedor de eletricidade. Os custos, por vezes ainda elevados, para armazenamento de eletricidade, no entanto, requerem um planejamento muito cuidadoso com antecedência, a fim de não desperdiçar custos desnecessariamente.
Além disso, os subsídios em curso a obter (5,41 cêntimos / kWh durante 10 anos) devem ser incluídos no cálculo da rentabilidade, bem como os incentivos fiscais que surjam para os proprietários de CHP.
Pergunta: Quais custos operacionais você deve calcular com um CHP?
Especialista em verificação de custos: Os custos operacionais são frequentemente subestimados e muitas vezes não considerados no cálculo da lucratividade.
Como regra, os custos de manutenção para a maioria dos sistemas com combustão interna rondam os 3 cêntimos / kWh em média . Com o ciclo frequente (ligar e desligar automaticamente o sistema), os custos também podem ser mais elevados; posteriormente, quando o sistema envelhece, têm de ser tidos em conta maiores custos de manutenção e assistência devido ao grande número de peças móveis.
Deve-se notar que, para muitas concessões, você também deve apresentar um contrato de manutenção completo por pelo menos 10 anos. Os custos para esses contratos de manutenção são, então, mais altos, geralmente em torno de 5 centavos / kWh .
Esses custos devem ser considerados em qualquer caso, além dos custos de reparos, peças de reposição e a necessária revisão geral do sistema após um determinado número de horas de operação.
Com outros tipos de sistemas, os custos de manutenção costumam ser significativamente mais baixos - o aquecedor de célula de combustível, por exemplo, é relativamente fácil de manter.
Pergunta: É um sistema de aquecimento de célula de combustível mais lucrativo do que outras unidades CHP?
Especialista em verificação de custos: No Japão, o aquecimento por célula de combustível tem sido uma das alternativas de aquecimento mais populares por vários anos - mas nenhuma lucratividade particular pode ser derivada disso.
Em princípio, o aquecimento por célula de combustível também só compensa se houver uma demanda de calor suficientemente alta e tão constante quanto possível e se o consumo de eletricidade doméstico não for muito baixo.
Quanto menos e mais calor esporádico é necessário, pior parece com a lucratividade do aquecimento de células de combustível. Se o consumo de eletricidade é tão baixo que uma grande parte da eletricidade gerada tem que ser fornecida à rede pública, as chances de amortização são extremamente baixas.
O aquecimento por célula de combustível é um sistema de aquecimento muito progressivo e realmente ecológico - um cálculo prévio da rentabilidade é absolutamente necessário e inevitável. Em muitos lares, mesmo esta forma de cogeração com sua alta eficiência não será capaz de se amortizar. Isso só é possível sob as condições adequadas.
Em outros casos, entretanto, o aquecimento da célula de combustível pode levar a uma economia massiva e se pagar em alguns anos.
