Τεχνοοικονομική αξιολόγηση συστημάτων συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας σε λειτουργία
Authors: Παπαδημητρίου Αικατερίνη 
Published: April 2023

Η Συμπαραγωγή ενέργειας αποτελεί μια τεχνολογία παραγωγής ενέργειας ευρέως γνωστή και διαδεδομένη. Το σύστημα συμπαραγωγής ανακτά και αξιοποιεί τη θερμότητα που παράγεται σε διάφορα μέρη μίας μηχανής που παράγει ηλεκτρισμό, επιτυγχάνοντας σημαντική μείωση των ενεργειακών απωλειών και αύξηση της απόδοσης της διεργασίας. Τα κτίρια του τριτογενή τομέα και ιδιαίτερα τα νοσοκομεία παρουσιάζουν ιδανικές συνθήκες για την εφαρμογή του συστήματος. Ωστόσο, παρά τα σημαντικά περιβαλλοντικά και οικονομικά οφέλη που προσφέρει η συμπαραγωγή, στην Ελλάδα τα επίπεδα διείσδυσης της τεχνολογίας παραμένουν πολύ χαμηλά. Το επιστημονικό αντικείμενο της διατριβής αφορά στην τεχνικοοικονομική αξιολόγηση συστημάτων συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας (ΣΗΘ/CHP), ή και ψύξης (ΣΗΘΨ/CCHP), γνωστά ως συστήματα τριπαραγωγής, τα οποία βρίσκονται σε λειτουργία. Η διατριβή επικεντρώθηκε στη συλλογή και την ανάλυση των πραγματικών δεδομένων λειτουργίας και κατόπιν στην αξιολόγηση της απόδοσης σε σχέση και με τα δεδομένα σχεδιασμού. Παράλληλα, επιχειρήθηκε η διερεύνηση των αιτίων που εμποδίζουν τη διείσδυση της συμπαραγωγής στην Ελλάδα μέσα από την αξιολόγηση των υφιστάμενων έργων. Στο πρώτο μέρος, διαμορφώθηκε μια συστηματική μέθοδος αξιολόγησης της οικονομικής λειτουργικής απόδοσης των υφιστάμενων συστημάτων συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας (CHP) ή και ψύξης (CCHP), η οποία βασίζεται σε πραγματικά δεδομένα λειτουργίας. Για τον σκοπό αυτόν επιλέχθηκαν δύο βασικοί δείκτες απόδοσης για την αξιολόγηση τόσο της τεχνικής όσο και της οικονομικής απόδοσης, ο συντελεστής χρησιμοποίησης και η ανάκτηση κεφαλαίου. Η μέθοδος κατόπιν εφαρμόστηκε για την αξιολόγηση οκτώ έργων συμπαραγωγής που λειτουργούν στην Αθήνα. Τα αποτελέσματα αναλύθηκαν με σκοπό να αποκαλυφθεί η τρέχουσα κατάσταση της ΣΗΘ στην Ελλάδα. Πραγματοποιήθηκε, επίσης, ανάλυση ευαισθησίας προκειμένου να ελεγχθεί η εγκυρότητα των βασικών παραδοχών και να ελεγχθεί η ακρίβεια των αποτελεσμάτων. Από την ανάλυση προέκυψαν ενδιαφέροντα συμπεράσματα. Μόνο δύο από τα οκτώ έργα κατάφεραν να επιτύχουν πλήρη ανάκτηση κεφαλαίου σε λιγότερο από τέσσερα χρόνια από την έναρξη της λειτουργίας τους, ενώ σε πολλές περιπτώσεις παρατηρήθηκαν φαινόμενα υπερδιαστασιολόγησης που οδηγούσαν σε εξαιρετικά χαμηλούς συντελεστές χρησιμοποίησης. Η καθυστέρηση στην ανάκτηση κεφαλαίου είναι τελικά και ο βασικότερος λόγος που καθιστά μια τέτοια επένδυση λιγότερο ελκυστική. Στο δεύτερο μέρος, παρουσιάστηκε η αξιολόγηση της τεχνοοικονομικής απόδοσης ενός συστήματος τριπαραγωγής ηλεκτρισμού, θερμότητας και ψύξης (CCHP) που έχει εγκατασταθεί σε ένα νοσοκομείο στην Αθήνα. Στόχος ήταν η επαλήθευση των προτύπων απόδοσης και η αξιολόγηση της πραγματικής συμπεριφοράς, ενώ επισημάνθηκαν και τα οικονομικά οφέλη. Η απόδοση του συστήματος αξιολογήθηκε χρησιμοποιώντας πραγματικές μετρήσεις πεδίου διάρκειας ενός έτους. Τα δεδομένα χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό της ανακτημένης θερμότητας και της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας. Επιπλέον, μοντελοποιήθηκε η απόδοση και συγκρίθηκε με τις προδιαγραφές του κατασκευαστή. Η οικονομική αξιολόγηση πραγματοποιήθηκε μέσω ανάλυσης κόστους ενέργειας για την επαλήθευση της βιωσιμότητας λειτουργίας του συστήματος, τόσο για την λειτουργία θέρμανσης όσο και ψύξης. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι, συνολικά, μετά από οκτώ χρόνια λειτουργίας, η ενεργειακή απόδοση εξακολουθεί να είναι κοντά στα πρότυπα σχεδιασμού. Η ηλεκτρική απόδοση είναι συνεχώς πάνω από 30%, ενώ η θερμική απόδοση περίπου 40-45%. Η συνολική απόδοση είναι συνήθως πάνω από το όριο του 75% που χαρακτηρίζει το σύστημα ως πλήρως συμπαραγωγικό. Η ανάλυση επισήμανε, επίσης, την οικονομική αποτελεσματικότητα του συστήματος στην ελληνική αγορά ενέργειας. Τα αποτελέσματα επαλήθευσαν τις δυνατότητες ενός συστήματος CCHP για τη βελτίωση της ενεργειακής και οικονομικής απόδοσης ενός κτιρίου.Από τις παραπάνω αναλύσεις προέκυψε το κύριο συμπέρασμα ότι το μέγεθος της μονάδας είναι ζωτικής σημασίας για την επιτυχία του συστήματος. Επιπλέον, το πρόγραμμα λειτουργίας θα πρέπει να σχεδιαστεί με τέτοιο τρόπο ώστε να μεγιστοποιείται ο συντελεστής χρησιμοποίησης. Έτσι, η μονάδα θα μπορεί να χρησιμοποιείται στο μέγιστο των δυνατοτήτων της εξασφαλίζοντας υψηλούς βαθμούς απόδοσης καθώς και τη μέγιστη δυνατή ανάκτηση κεφαλαίου, καθιστώντας την επένδυση οικονομικά συμφέρουσα.