Eφαρμογές, Χαρτογράφηση Και Πιθανοτική Προσομοίωση Των Συστημάτων Συμπαραγωγής Ηλεκτρισμού Και Θερμότητας

Abstract

Η συμπαραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας (ΣΗΘ) είναι η ταυτόχρονη και διαδοχική παραγωγή θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας από την ίδια πηγή/καύσιμο στον χώρο όπου είναι απαραίτητα. Η συμπαραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας στοχεύει στην εκμετάλλευση της αποβαλόμενης από το σύστημα θερμότητας χωρίς την τροφοδότηση επιπλέον ποσότητας καυσίμου. Τα συστήματα συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας μπορούν να οδηγήσουν σε αξιοσημείωτη αύξηση των ενεργειακών αποθεμάτων επιτυγχάνοντας υψηλό βαθμό απόδοσης εν συγκρίσει με τον βαθμό απόδοσης των συμβατικών συστημάτων παραγωγής ενέργειας που παράγουν ξεχωριστά θερμότητα και ηλεκτρισμό. Η βελτιστοποίηση του σχεδιασμού και της λειτουργίας των συστημάτων συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας πραγματοποιείται συνήθως σε δύο ξεχωριστά στάδια, το ένα αφορά στον καθορισμό των τεχνικών χαρακτηριστικών και το άλλο στον καθορισμό των οικονομικών παραγόντων. Η τεχνική ανάλυση βασίζεται σε θερμοοικονομικά κριτήρια όπως ο Συντελεστής Διάθεσης Ενέργειας (ΣΔΕ), ο Κοστολογημένος ΣΔΕ, η Τεχνητή Θερμική Απόδοση, ο Λόγος Εξοικονόμησης Ενέργειας Καυσίμου και ο Αυξητικός Ρυθμός Θερμότητας. Η οικονομική ανάλυση, πραγματοποιούμενη ξεχωριστά από την τεχνική ανάλυση, πραγματοποιείται συνήθως μέσω επενδυτικών κριτηρίων. Υπάρχουν πολλά διαφορετικά κριτήρια τα οποία κατηγοριοποιούνται σε 4 βασικές κατηγορίες: στις μεθόδους Καθαρής Παρούσας Αξίας (ΚΠΑ), στις μεθόδους ρυθμού απόδοσης, στις μεθόδους λόγων και στις μεθόδους αποπληρωμής. Αν και υπάρχει μεγάλος αριθμός διαθέσιμων κριτηρίων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην αποδοχή ή στην απόρριψη ενός σχεδίου, τα κριτήρια που χρησιμοποιούνται περισσότερο είναι η Καθαρή Παρούσα Αξία (ΚΠΑ), ο Εσωτερικός Βαθμός Απόδοσης και η Περίοδος Αποπληρωμής. Σε ένα σύστημα CHP, υπάρχει αλληλεξάρτηση μεταξύ της παραγόμενης ποσότητας θερμότητας και της αντίστοιχης ποσότητας ηλεκτρικής ενέργειας. Η ποσότητα της ωφέλιμης παραγόμενης θερμότητας από ένα σταθμό CHP μειώνεται καθώς αυξάνεται η ποσότητα της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας. Συνεπώς, τα θερμικά και ηλεκτρικά φορτία δεν μπορούν να επιλεχθούν ανεξάρτητα το ένα από το άλλο. Επομένως, η χαρτογράφηση των συστημάτων συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας μπορεί να προσφέρει στους χρήστες την απαραίτητη πληροφορία για την ποσότητα του θερμικού φορτίου που μπορεί να παραχθεί δοσμένου του ηλεκτρικού φορτίου. Μπορεί δηλαδή η χαρτογράφηση να συμβάλει στην βέλτιστη ένταξη μίας μονάδας CHP σε ένα συγκεκριμένο βιομηχανικό σύστημα. Ένα πολύ σημαντικό στοιχείο στον σχεδιασμό των μελλοντικών σταθμών CHP είναι η διαστασιολόγηση του συστήματος, δηλαδή ο προσδιορισμός του κατάλληλου τύπου και της απαραίτητης ισχύς των σταθμών παραγωγής καθώς και η ύπαρξη ισορροπίας μεταξύ της ισχύος ασφαλείας και της σπάνια χρησιμοποιούμενης αποθεματικής ισχύος. Η πιθανοτική προσομοίωση της παραγωγής ενέργειας των συστημάτων CHP μπορεί να χρησιμοποιηθεί στον καθορισμό των χαρακτηριστικών των μονάδων ενός συστήματος και στην εκτίμηση ενεργειακών μεγεθών για την πραγματοποίηση ενός σχεδίου όπως η αναμενόμενη μη χρησιμοποιούμενη ενέργεια, τη αναμενόμενη περίσσεια ενέργειας, η πιθανότητα απώλειας φορτίου, η πιθανότητα παραγωγής περίσσειας ενέργειας και η αναμενόμενη παραγωγή ενέργειας ενός σταθμού βάσει του τύπου των μονάδων, της ισχύος τους, του ρυθμού εξαναγκασμένης διακοπής λειτουργίας και της σειράς φόρτισής τους.