OPERATOR Doradztwo Techniczno-Finansowe NIP - 739-28-35-699, REGON – 510814239

10-337 Olsztyn ul. Morwowa 24 Tel. 500-186-340 e-mail: biuro@dotacje-ue.com.pl www.dotacje-ue.com.pl

Doradztwo techniczne i inwestycyjne. Audyty efektywności energetycznej. Procedury zamówień publicznych. Studium wykonalności i obsługa inwestycji finansowanych ze środków unijnych.

Członek Zrzeszenia Audytorów Energetycznych. Partner Fundacji "Instytut Partnerstwa Publiczno-Prywatnego"

Serwis agregatu

kogeneracyjnego a opłacalność kogeneracji

Opracował: mgr inż. Wiesław Olasek

Olsztyn 2019 rok

2

© Copyright by Wiesław Olasek, Operator Doradztwo Techniczno-Finansowe Olsztyn 2019

1

Serwis agregatu kogeneracyjnego a opłacalność kogeneracji

Zajmując się kogeneracją od wielu lat stwierdziłem, że bardzo mało jest rzetelnych mate-

riałów, z których mogą korzystać inwestorzy oraz osoby przygotowujące inwestycje z agrega-

tami kogeneracyjnymi i absorpcyjnymi.

Jest jeden bardzo dobry podręcznik poświęcony gazowym układom kogeneracyjnym.

Jest też trochę artykułów promocyjnych, o poziomie, który już wcześniej opisałem i których

głównym celem jest „zanęcenie” inwestora do kupna agregatu. W pierwszym przypadku zysku-

jemy wiedzę teoretyczną i mamy wytyczony kierunek dalszego zgłębiania problemu, a w drugim

przypadku zastosowane są tak daleko idące uproszczenia, że szkoda czasu na ich ocenę – tam

zawsze i wszystko się opłaca.

Jednak najmniej informacji można znaleźć na temat eksploatacji agregatów kogenera-

cyjnych. Mam na myśli koszty eksploatacji, rodzaje paliwa, okresy serwisowania, zakres prac

serwisowych, koszty serwisowania i remontów. Okazuje się, że są to najbardziej chronione

przez dystrybutorów i producentów informacje. Oczywiście, są i takie firmy, które nawet kart

katalogowych swoich urządzeń nie chcą udostępnić bez pełnej inwigilacji na temat przyszłego

inwestora. Powód takiego postępowania okazuje się banalnie prosty – tymi informacjami gra się

na przetargach. Skoro ilość producentów zestawów kogeneracyjnych jest bardzo ograniczona,

a ilość chętnych do sprzedaży dużo większa to czymś trzeba grać.

Ponieważ nie zajmuję się działalnością handlowa ani produkcyjną a jedynie analizą

efektywności energetycznej i finansowej kogeneracji (trigeneracji i poligeneracji) postanowiłem

przybliżyć czytelnikom problemy związane z uwzględnianiem wpływu prac serwisowych na

opłacalność inwestycji.

Drugim problemem będzie kwestia określenia momentu (daty w ciągu roku) rozpoczęcia

eksploatacji CHP.

Jako materiał do analiz posłużą dane uzyskane z modelowania profilu energetycznego

szpitala. Ponieważ nie jest naszym celem optymalizacja agregatu (bo nie byłoby możliwości

symulacji wszystkich aspektów problemu) będę posługiwał się wielkościami urządzeń, jakie

dają największe możliwości przedstawienia problemu.

Pierwszym elementem jest godzinowy profil obciążenia.

Rys. 1 Godzinowe obciążenie z podziałem na miesiące

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

- 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 3 500 4 000 4 500 5 000 5 500 6 000 6 500 7 000 7 500 8 000 8 500

2

W miesiącach wiosenno-jesienno-zimowych mamy mniej więcej stałe obciążenie na po-

ziomie maksymalnym około 300 kW. Okres letni to wyraźny wzrost obciążenia nawet do około

600 kW (czyli dwa razy tyle ile w pozostałych miesiącach roku).

Wykres uporządkowany godzinowego obciążenia wraz z pracą agregatu kogeneracyj-

nego o mocy elektrycznej 334 kW pokazany jest poniżej.

Rys. 2 Wykres uporządkowany z agregatem 334 kWe

Jak widać agregat kogeneracyjny powinien pracować przez 5.157 godzin, pomimo, że

do obliczeń przyjęto możliwość pracy do 8.250 godzin. Ograniczenie wynika z minimalnej do-

puszczalnej mocy pracy silnika. Zwykle przyjmuje się czas pracy CHP na poziomie 8.250

godz/rok ze względu na konieczność wykonywania prac serwisowych.

Z materiałów udostępnionych przez producentów CHP można przyjąć, że średni czas

pomiędzy obsługiwaniami serwisowymi wynosi 1.000 mth, a średni czas trwania obsługiwania

(liczony w perspektywie wieloletniej) to 64 godz.

I tu bardzo ważna uwaga:

Czas pracy CHP pomiędzy obsługiwaniami serwisowymi i planowanymi naprawami liczony

jest w motogodzinach rzeczywistej pracy CHP;

Czas obsługiwania technicznego liczony jest w godzinach zegarowych (z uwzględnieniem

faktu, że prace serwisowo-remontowe prowadzone są z przerwami).

Powyższa uwaga jest tylko z pozoru mało znacząca. Jest to w gruncie rzeczy kwestia

istotna przy obliczaniu efektywności finansowej inwestycji. Jest to kolejny stopień w uszczegó-

ławianiu analiz efektywności finansowej kogeneracji.

Jeśli ilość godzin pracy CHP z wykresu uporządkowanego nie przekracza 8.250 godzin,

to zwykle sprzedawcy przyjmują, że to właśnie te pozostałe godziny przeznaczone są na obsłu-

giwania techniczne CHP. Rzeczywiste obciążenie wygląda tak jak na rys. 2 a nie jak na wykre-

sie uporządkowanym.

0

100

200

300

400

500

600

700

0 1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 6 000 7 000 8 000

3

Rys. 3 Praca agregatu kogeneracyjnego w ciągu roku w zależności od obciążenia

Na wykresie widać godziny pracy CHP (kolor szary) oraz godziny, w których kupowany

jest prąd z sieci (kolor niebieski).

Rys. 4 Prąd kupowany z sieci bez uwzględniania przerw serwisowych

Z porównania rysunku 1 i 4 widać, że po zastosowaniu kogeneracji znacznie obniżył się

poziom mocy prądu kupowanego z sieci.

Na rys. 3 agregat pracuje z przerwami wynikającymi z chwilowego obciążenia, ale bez

uwzględnienia przerw serwisowych. Gdybyśmy posługiwali się tylko czasem godzinowym to na

wykresie powinno być osiem przerw serwisowych.

Wprowadźmy teraz system serwisowy z przerwami po 64 godz. po każdych przepraco-

wanych 1.000 mth.

0

100

200

300

400

500

600

700

0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 3 500 4 000 4 500 5 000 5 500 6 000 6 500 7 000 7 500 8 000 8 500

0

50

100

150

200

250

300

0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 3 500 4 000 4 500 5 000 5 500 6 000 6 500 7 000 7 500 8 000 8 500

4

Rys. 5 Praca CHP i prąd kupowany z uwzględnieniem przerw serwisowych

Okazuje się, że licząc czas pracy w motogodzinach mamy tylko cztery przerwy serwiso-

we, a nie osiem jak by to wynikało z pomiaru godzinowego. Równocześnie zmieniają się warto-

ści maksymalne mocy prądu kupowanego z sieci.

Rys. 6 Prąd kupowany z sieci z uwzględnieniem przerw serwisowych

W czasie przerw serwisowych cały potrzebny prąd jest kupowany z sieci i jego moc

znacznie wzrasta do wartości pełnego obciążenia. Podczas przerw na obsługiwanie techniczne

należałoby uruchamiać rezerwowy agregat prądotwórczy lub stosować strażnika mocy umow-

nej, który zmniejszy pobór mocy w wyznaczonych obwodach np. klimatyzacji, o ile jest to z

technicznego punktu widzenia możliwe.

Na kolejnym rysunku pokazany został powiększony fragment poboru prądu z przerwą na

obsługiwanie techniczne, przy pracy jednego agregatu kogeneracyjnego.

0

100

200

300

400

500

600

700

0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 3 500 4 000 4 500 5 000 5 500 6 000 6 500 7 000 7 500 8 000 8 500

0

100

200

300

400

500

600

0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 3 500 4 000 4 500 5 000 5 500 6 000 6 500 7 000 7 500 8 000 8 500

5

Rys. 7 Fragment pracy CHP, prądu kupowanego i przerwa serwisowa

Górna część rysunku to godzinowe obciążenie poboru prądu oraz praca CHP (zazna-

czona kolorem szarym). Dolna część rysunku to prąd kupowany z sieci. Widać, że w okresie

serwisowania (szara bramka) cały prąd jest kupowany z sieci.

Zobaczmy teraz jak wyglądałaby praca systemu energetycznego przy dwóch agregatach

kogeneracyjnych.

Rys. 8 Wykres uporządkowany z dwoma agregatami kogeneracyjnymi

0

100

200

300

400

500

600

700

0 1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 6 000 7 000 8 000

6

Drugi agregat kogeneracyjny ma moc elektryczna 209 kW.

Kolejny rysunek to praca dwóch agregatów kogeneracyjnych i prąd kupowany z sieci.

Jaśniejszym kolorem szarym pokazano pracę CHP1, a ciemniejszym kolorem szarym pracę

CHP2. Kolor niebieski to prąd kupowany z sieci.

Rys. 9 Praca dwóch agregatów i prąd kupowany z sieci

Analogicznie do wariantu z jednym CHP wydzielimy prąd kupowany z sieci.

Rys. 10 Prąd kupowany z sieci (bez przerw serwisowych)

Jeśli nie uwzględnimy przerw serwisowych to moc prądu kupowanego z sieci jest bardzo

mała. Teoretycznie można by zamówić bardzo małą wartość mocy umownej, ale to tylko pozo-

ry. Sytuacja się zmienia jak tylko uwzględnimy przerwy na obsługiwania techniczne.

0

100

200

300

400

500

600

700

0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 3 500 4 000 4 500 5 000 5 500 6 000 6 500 7 000 7 500 8 000 8 500

0

20

40

60

80

100

120

0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 3 500 4 000 4 500 5 000 5 500 6 000 6 500 7 000 7 500 8 000 8 500

7

Rys. 11 Praca systemu z dwoma agregatami kogeneracyjnymi i z przerwami serwisowymi

Na rysunku widać prace obu agregatów kogeneracyjnych oraz ich przerwy serwisowe.

Na kolejnym rysunku pokazany jest prąd kupowany z sieci oraz przerwy serwisowe obu agrega-

tów kogeneracyjnych.

Rys. 12 Prąd kupowany z sieci i przerwy serwisowe

Analizując pracę CHP na wykresie obciążenia rzeczywistego oraz na wykresie uporząd-

kowanym można dojść do wniosku, że im dłuższy czas pracy CHP wynikający z wykresu upo-

rządkowanego tym krótsze są przerwy w pracy CHP wynikające z chwilowej mocy minimalnej

obciążenia. Wprawdzie długi czas pracy CHP w ciągu roku (ilość wypracowanych motogodzin)

to więcej przerw serwisowych, ale także więcej wytworzonej w kogeneracji energii.

Pamiętajmy także, że dla określenia okresu międzyobsługowego nie ma znaczenia pod

jakim obciążeniem pracował silnik – liczą się godziny pracy a nie ilość wytworzonej energii.

Czym więcej przerw serwisowych tym więcej okresów, w których musimy kupować prąd

z sieci i to bez względu na to jakie jest chwilowe obciążenie.

0

100

200

300

400

500

600

700

0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 3 500 4 000 4 500 5 000 5 500 6 000 6 500 7 000 7 500 8 000 8 500

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 3 500 4 000 4 500 5 000 5 500 6 000 6 500 7 000 7 500 8 000 8 500

8

Rys. 13 Powiększony fragment pracy systemu dwóch CHP z przerwami serwisowymi

Tak samo jak w poprzednim wariancie z jednym agregatem, uwzględnienie przerw ser-

wisowych powoduje zwiększenie mocy prądu kupowanego z sieci. Kolorem jaśniejszym zazna-

czone zostały przerwy serwisowe CHP1, a czarnym przerwy serwisowe CHP2.

Czasami można spotkać się ze stwierdzeniami, że dla obsługiwań technicznych nie ma

znaczenia czy jest jeden agregat kogeneracyjny czy dwa bo obsługiwania można łączyć żeby

nie płacić za dodatkowe przyjazdy serwisu. Z naszej analizy widać, że jest zupełnie inaczej.

Oba agregaty pracują w różnym czasie i w różnym stopniu zliczają swoje motogodziny, więc

trudno przeprowadzać prace serwisowe bez wypracowanego przez agregat resursu. Oczywi-

ście technicznie jest to możliwe, ale nie leży to ani w interesie inwestora ani nie służy silnikowi.

W opisanym przykładzie, dla konkretnego profilu energetycznego, mamy przyjęte dwa

agregaty kogeneracyjne o zbliżonej mocy elektrycznej. Dla innych profili oraz agregatów koge-

neracyjnych o mocach elektrycznych znacznie różniących się, może okazać się, że główny

agregat CHP1 będzie wymagał pięciu obsługiwań technicznych, a drugi CHP2 tylko jednego,

ponieważ ilość obsługiwań zleży od przepracowanych motogodzin a nie godzin zegarowych w

ciągu roku.

9

Można zadać kolejne pytanie: czy z 15 minutowych pomiarów zużycia prądu możemy

uzyskać jakieś dodatkowe informacje, istotne z punktu widzenia pracy agregatu kogeneracyjne-

go.

Otóż, na co dzień spotkać się możemy z analizami efektywności energetycznej kogene-

racji na poziomie uproszczonym, żeby nie powiedzieć wręcz trywialnym i nie odpowiadającym

rzeczywistości. Zwykle wiedza o obiekcie pochodzi z faktur za prąd za rok miniony. Bywają ana-

lizy na poziomie godzinowym czasu rzeczywistego, a już ewenementem jest analiza pomiarów

15 minutowego zużycia prądu pod katem efektywności kogeneracji.

Wszechstronna analiza pomiarów 15 minutowego zużycia prądu wymaga stworzenia

rozbudowanych arkuszy obliczeniowych wykorzystujących rozbudowane funkcje np. programu

Excel lub napisanie dedykowanych programów.

Nawet posługując się przedstawionymi powyżej wykresami trudno ocenić pracę agrega-

tu kogeneracyjnego. Dla innego profilu pokazana została poniżej praca CHP oraz prąd, który

trzeba dokupić w wybranym miesiącu.

Rys. 14 Praca CHP i zakup prądu w poszczególne dni wybranego miesiąca

Oczywiście, możliwe jest rozciągnięcie wykresu w celu poprawienia jego czytelności, ale

nie jest to rozwiązane wygodne.

Zastosowanie dynamicznej zmiany zakresu danych do wykresu pozwala na znacznie

wygodniejszą i dokładniejszą analizę.

Rys. 15 15 minutowe pomiary pracy CHP w 6-tym dniu wybranego miesiąca

0

200

400

600

800

1 000

1 200

1 400

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

CHP1 Zakup prądu CHP nominalne CHP min

0

200

400

600

800

1 000

1 200

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

moc 15 min [kW] Moc nominalna CHP [kW] Moc minimalna CHP [kW]

10

Rys. 16 15 minutowe pomiary wielkości prądu kupowanego z sieci w wybranym dniu

W naszym przypadku analiza dotyczy 6 marca 2016 roku tj. niedziela. Na podstawie te-

go typu analiz można także podjąć decyzje dotyczącą celowości pracy CHP w określone dni

tygodnia lub w określonych godzinach, zważywszy, że celowym byłoby wyłączenie agregatu w

sytuacji, gdy miałby pracować jedynie przez bardzo krótki czas. Wynika to z zasad działania

silnika spalinowego agregatu kogeneracyjnego (ale to już jest temat na inny artykuł).

Pamiętajmy, że tego typu analizy wymagają odpowiednich narzędzi do analizy, gdyż rok

bazowy ma 30.040 pomiarów 15 minutowych!

Skoro już wiemy jaki jest wpływ przerw serwisowych na pracę systemu energetycznego,

na ilość kupowanego prądu oraz możliwości określania mocy umownej, nikt nie powinien już

mieć żadnych wątpliwości dlaczego wszelkie analizy efektywności energetycznej i finansowej

kogeneracji musza być przeprowadzane na wielkościach w czasie rzeczywistym a nie na wy-

kresie uporządkowanym.

Można oczywiście postawić pytanie czy taka dokładność analiz jest nam potrzebna.

Wszystkich wątpiących odsyłam do inwestorów, których agregaty kogeneracyjne nie pracują bo

są przewymiarowane w stosunku do rzeczywistego profilu energetycznego, a nie jest to zjawi-

sko rzadkie, albo do inwestorów, którym naopowiadano jakie wielkie będą mieli oszczędności

po zainstalowaniu kogeneracji, a rzeczywistość okazała się inna.

Analiza zastosowania kogeneracji na podstawie profilu uporządkowanego pozwala, z

grubsza rzecz biorąc, na odpowiedź na pytanie czy zastosowanie CHP ma sens, jaka jest op-

tymalna moc elektryczna CHP oraz ile inwestycja może kosztować.

Wszelkie analizy ilościowe należy przeprowadzać na danych bazowych w czasie rze-

czywistym. Tylko tak możemy z należyta starannością określić podstawowe wskaźniki efektyw-

ności energetycznej i finansowej.

Chcę teraz zwrócić uwagę na kwestię, o której w zasadzie się w ogóle nie mówi. Otóż,

zdecydowana większość analiz efektywności energetycznej i finansowej kogeneracji, o ile nie

wszystkie, zakładają, że eksploatacja agregatu kogeneracyjnego rozpoczyna się pierwszego

stycznia. Od tego momentu liczy się też obsługiwania techniczne. Można by przyjąć taki sposób

za wystarczająco dokładny dla obiektów o pracy ciągłej z płaskim profilem energetycznym. W

analizowanym przez nas na początku artykułu przypadku, w okresie letnim następuje podwoje-

0

100

200

300

400

500

600

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

11

nie zużycia prądu czyli podwojenie pobieranej mocy elektrycznej. Jeśli obsługiwania techniczne

wypadną w okresie letnim to znacznie więcej prądu musimy kupować. Jeśli z obsługiwaniami

„ominiemy” górki poboru prądu to efektywność będzie lepsza. Oczywiście, możemy zastosować

np. strażnika mocy umownej, który ograniczy pobór prądu w okresach serwisowych, ale o tym

trzeba pamiętać na etapie projektowania i z całą pewnością trzeba o tym rozmawiać z inwesto-

rem.

Poniżej profil energetyczny, dla którego moment rozpoczęcia eksploatacji nie ma więk-

szego znaczenia.

Rys. 17 Przykładowy profil energetyczny godzinowy i jego wykres uporządkowany

Wracając do postawionego pytania o sens przeprowadzania takich analiz, uważam, że

takie rozważania są przydatne, a wręcz konieczne. Zyskujemy świadomość wpływu różnych

zjawisk na efekt końcowy jakim jest opłacalność zastosowania kogeneracji w ściśle określonym

obiekcie. Pamiętajmy, że po ośmiu latach intensywnej pracy silnik agregatu kogeneracyjnego

nadaje się w znacznej części do wymiany, więc jeśli na etapie analizowania efektywności finan-

sowej kogeneracji będziemy zaniżali koszty obsługiwania technicznego (rozumiane jako szer-

sze pojęcie prac serwisowych) to po roku eksploatacji inwestor może być bardzo zdziwiony ra-

chunkami jakie przyjdzie mu zapłacić.

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

0 1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 6 000 7 000 8 000

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500

0 1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 6 000 7 000 8 000