MAŠINSKI FAKULTET TUZLAODSJEK : ODRŽIVA ENERGIJA I OKOLINAPREDMET:Energetski sistemi i planiranje

Seminarski radKombinovani plinsko-parni ciklus

Kandidat: Profesor:Softić Mirnes, dipl.ing.maš. Dr.sc.Sead Delalić,red.prof.

Sadržaj :

1. Teorija kogeneracijskih postrojenja............................................................................................. 31.1.Uvod u kogeneracijska postrojenja...................................................................................... 31.2.Tehnologije kogeneracijskih postrojenja............................................................................. 41.3.Primjena kogeneracije.......................................................................................................... 5

1.3.1. Primjena kogeneracije u Europskoj uniji.............................................................. 61.4. Prednosti kogeneracijskih postrojenja............................................................................... 71.5. Kogeneracijski koncepti...................................................................................................... 7

2. Plinske turbine (Plinsko-turbinsko postrojenje).......................................................................... 122.1 .Uvod..................................................................................................................................... 122.2 .Parno-turbinsko postrojenje................................................................................................ 19

3. Proračun plinskog ciklusa kogeneracijskog sistema................................................................... 22

4. Proračun parnog ciklusa............................................................................................................... 284.1. Proračun masenog protoka produkata sagorijevanja......................................................... 284.2. Produkcija pare................................................................................................................... 29

5. Analiza razmatranja i zaključak................................................................................................... 33 5.1. Analiza parnog ciklusa......................................................................................................... 33

6. Popis slika...................................................................................................................................... 36

7. Popis tabela.................................................................................................................................... 37

8. Popis dijagrama............................................................................................................................. 38

2

1.TEORIJA KOGENERACIJSKIH SISTEMA

1.1.Uvod u kogeneracijska postrojenja

Kogeneracija (engl. Combined Heat and Power ili CHP) je postupak istovremene proizvodnje električne i korisne toplinske energije u jedinstvenom procesu. Kogeneracija koristi otpadnu toplinu koja nastaje uobičajenom proizvodnjom električne energije u termoenergetskim postrojenjima te se najčešće koristi za grijanje građevina ili čak cijelih naselja, a rijeđe u drugim proizvodnim procesima.Toplinska energija može se koristiti za proizvodnju pare, zagrijavanje vode ili zraka. Također se može koristiti u procesu trigeneracije, gdje se dio energije koristi i za hlađenje. Kogeneracija je termodinamički učinkovito korištenje goriva. Prilikom klasične proizvodnje električne energije, dio energije ispušta se u okoliš kao otpadna toplina, a u kogeneraciji ta toplinska energija postaje korisna. Dakle, osnovna prednost kogeneracije je povećana učinkovitost energenta u odnosu na konvencionalne elektrane koje služe samo za proizvodnju električne energije te industrijske sustave koji služe samo za proizvodnju pare ili vruće vode za tehničke procese.

Komercijalno dostupne CHP tehnologije su parne i plinske turbine, mikroturbine, motori s unutarnjim izgaranjem, Stirlingov stroj i gorive ćelije, u širokom rasponu snage od 1 kW za Stirlingov stroj do 250 MW za plinske turbine.Proizvodnja električne energije iz kogeneracijskih postrojenja poticati će se tako dugo dok se tehnološkim razvojem opreme i razvojem tržišta električne energije ne stvore uvjeti za plasman i prodaju tako proizvedene električne energije. Proizvođači električne energije iz kogeneracijskih postrojenja imaju pravo na poticajne cijene samo ako imaju status povlaštenog proizvođača električne energije. Uredbom o minimalnom udjelu električne energije proizvedene iz obnovljivih izvora energije i kogeneracije propisan je minimalni udio električne energije proizvedene u kogeneracijskim postrojenjima, a iznosi 2 % od ukupne potrošnje električne energije i taj iznos vrijedi do 31. prosinca 2010. godine.

Postrojenja za proizvodnju električne energije iz obnovljivih izvora i kogeneracije podijeljena su u sljedeće grupe:a) postrojenja priključena na distribucijsku mrežu koja koriste obnovljive izvore energije za proizvodnju električne energije instalirane električne snage do uključivo 1 MW, b) postrojenja priključena na prijenosnu ili distribucijsku mrežu koja koriste obnovljive izvore energije za proizvodnju električne energije instalirane električne snage veće od 1 MW,c) kogeneracijska postrojenja instalirane električne snage do uključivo 1 MW, priključena na distribucijsku mrežu, d) kogeneracijska postrojenja instalirane električne snage veće od 1 MW, priključena na prijenosnu ili distribucijsku mrežu, e) individualna kogeneracijska postrojenja koja nisu priključena na prijenosnu ili distribucijsku mrežu.

3

1.2 Tehnologije kogeneracijskih postrojenja

Kogeneracija je istodobna proizvodnja toplinske i električne (mehaničke) energije. Toplinska energija koja je u klasičnim termoelektranama neiskorištena u kogeneracijskim postrojenjima koristiti se za grijanje zgrada ili naselja, zagrijavanje vode ili zraka, proizvodnju pare i hlađenje (trigeneracija). Isto tako, industrijska postrojenja koja služe za proizvodnju pare ili vruće vode za tehničke procese mogu se iskoristiti i za proizvodnju električne energije. Ukupna učinkovitost kogeneracije iznosi od 70 do 85 % (od 27 do 45 % električne energije i od 40 do 50 % toplinske energije) za razliku od klasičnih elektrana gdje je ukupna učinkovitost od 30 do 51 % električne energije. Slika 1.1 prikazuje primjer razlike učinkovitosti između odvojene proizvodnje toplinske i električne energije, te kogeneracije.

Slika 1.1 Usporedba kogeneracije i odvojene proizvodnje energije

U kogeneracijskim se postrojenjima kao gorivo mogu koristiti fosilna goriva (prirodni plin, naftni derivati ugljen) i alternativna goriva (biomasa, deponijski plin, bioplin, tekuća biogoriva, otpadno drvo, otpad,geotermalna energija i vodik). Svako kogeneracijsko postrojenje sastoji se od četiri osnovna dijela: glavni agregat, električni generator, sistem za regeneraciju topline i upravljački i mjerni sustav. Komercijalne tehnologije koje se danas koriste u kogeneracijskim postrojenjima su: parne turbine, plinske turbine, motori s unutrašnjim izgaranjem, mikroturbine, Stirlingov stroj i gorivne ćelije, s rasponom snage od 1 kW za Stirlingov stroj do 250 MW i više za plinske turbine. Današnji razvoj i projektiranje svih navedenih tehnologija ima za cilj postići što manju cijenu i emisiju stakleničkih plinova uz visoku učinkovitost. Odabir tehnologije ovisi o vrsti goriva, potrebnoj snazi te raspoloživosti kogeneracijskog postrojenja.

U kogeneracijskim se postrojenjima kao gorivo mogu koristiti fosilna goriva (prirodni plin, naftni derivati ugljen) i alternativna goriva (biomasa, deponijski plin, bioplin, tekuća biogoriva, otpadno drvo, otpad,geotermalna energija i vodik). Svako kogeneracijsko postrojenje sastoji se od četiri osnovna dijela: glavni agregat, električni generator, sistem za regeneraciju topline i upravljački i mjerni sustav.

4

Slika 1.2 Osnovne karakteristike kogeneracijskih tehnologija

1.3 Primjena kogeneracije

Poljoprivreda je jedna od značajnijih grana za primjenu kogeneracije. Kao gorivo u kogeneracijskim postrojenjima u poljoprivredi uglavnom se koristi bioplin, a rijetko diesel odnosno biodiesel. Bioplin se proizvodi u bioplinskim postrojenjima iz ostataka i nusproizvoda od usjeva, gnoja,gnojnice i energetskih usjeva. Prema veličini, funkciji i lokaciji postoje tri skupine poljoprivrednih bioplinskih postrojenja:

a) bioplinska postrojenja za obiteljska gospodarstva (mala postrojenja),b) bioplinska postrojenja za farme (srednje velika postrojenja),c) centralizirana (zajednička) postrojenja za proizvodnju bioplina (velika).

Na lokacijama koja imaju potencijala za korištenje geotermalne energije također postoji mogućnost primjene kogeneracije. Princip je isti kao i kod termoelektrana s parnom turbinom, samo se u ovom slučaju ne zagrijava kotao u kojem se proizvodi para, već se potrebna para ili vruća voda vadi iz zemlje.

Obično se para ili vruća voda nalazi na dubini od nekoliko stotina metara pa do nekoliko kilometara. Postoje tri tipa postrojenja za korištenje geotermalne energije i to: postrojenja na suhu paru, postrojenja sa separiranjem pare i postrojenja s binarnim ciklusom. Danas je najviše instalirano postrojenja sa separiranjem pare (64%) a najmanje postrojenja s binarnim ciklusom (8%). Postrojenja na suhu paru i postrojenja sa separiranjem pare koriste se kod dobrih i srednje dobrih geotermalnih izvora,dok se postrojenja s binarnim ciklusom koriste na lošijim izvorima.

Osim velikih, srednjih i malih kogeneracijskih postrojenja koja omogućuju snabdijevanje objekata poput jedne ili više obiteljskih kuća, zgrada i postrojenja električnom i

5

toplinskom energijom, danas su sve popularnija mikrokogeneracijska postrojenja električne snage oko 5 kW. Mikrokogeneracijska postrojenja kao gorivo uglavnom koriste plin, a najzastupljeniji su plinski motori s vodenim hlađenjem. Jedno takvo postrojenje s plinskim motorom hlađenim vodom prikazano je na Slici 3.

Toplinska energija motora može se koristiti za pripremu tople vode, grijanje i hlađenje. Ovakva postrojenja prikladna su za objekte koji nemaju priključak na električnu mrežu, a kao energent može se koristiti ukapljeni naftni plin, ukoliko ne postoji priključak na plinsku mrežu.

Praktički se svi plinski i dizelski motori hlađeni vodom mogu pretvoriti u kogeneracijska postrojenja jednostavnim usmjeravanjem kruga hlađenja prema spremniku pripreme tople vode. Glavni nedostaci takve proizvodnje električne i toplinske energije je ograničeni radni vijek motora od oko 4000 sati koji se može produljiti servisiranjem, te buka pri radu.

Slika 1.3 Mikrokogeneracijsko postrojenje s plinskim motorom

Uz plinske motore odnosno motore s unutrašnjim izgaranjem u mikrokogeneracijskim postrojenjima koriste se i druge kogeneracijske tehnologije kao što su mikroturbine, gorivne ćelije i Stirlingov motor.

1.3.1 Primjena kogeneracije u Europskoj uniji

Primjena kogeneracije u državama članicama EU razlikuje se od države do države. Udio proizvodnje električne energije iz kogeneracijskih postrojenja u ukupnoj proizvodnji električne energije u državama članicama Europske unije prikazan je na Slici 1.4. Donošenjem prije navedenih direktiva EU, kao i njihovom primjenom od strane članica u zadnje vrijeme udio proizvedene električne energije iz kogeneracijskih postrojenja raste u svim državama članicama.

6

Slika 1.4 Udio proizvedene električne energije iz kogeneracije

1.4 Prednosti kogeneracijskih postrojenja

Zahvaljujući kogeneraciji moguće je uštedeti do 30% primarne energije, a korist je zagarantovana i može se izmeriti i kvantifikovati. Na istom vodećem principu zasniva se i trigeneracija, odnosno istovremena proizvodnja toplotne, električne i rashladne energije iz jednog jedinog izvora energije. Kogeneracija i trigeneracija predstavljaju strateška opredeljenja preduzeća, koja u energetskoj efikasnosti vide bitnu mogućnost smanjenja troškova i povećanja vlastite konkurentnosti.Ništa manjeg značaja nisu prednosti po pitanju zaštite životne sredine, s obzirom da dolazi do znatnog smanjenja emisije CO2 zahvaljujući manjoj potrošnji fosilnih goriva. Iz ovih razloga kogeneracija s punim pravom čini dio održive energetske politike, u skladu sa ciljevima Evropske unije poznatim kao “20-20-20” i sa ostalim odredbama Evropske unije za zaštitu životne sredine.Kogeneracija omogućava:− učinkovitije korištenje energije goriva,− snižavanje troškova proizvodnje električne energije i topline,− smanjenje emisija ugljičnog dioksida po jedinici proizvedene energije,− proizvodnju električne energije na mjestu potrošnje,− izbjegavanje gubitaka u prijenosu i distribuciji,− veću sigurnost i fleksibilnost opskrbe.

1.5 Kogeneracijski koncepti

U glavne elemente kogeneracijskog postrojenja ubrajaju se: pogonski stroj,električni generator, sistem za iskorištavanje otpadne topline i sistem vođenja procesa. Klasifikacija

7

kogeneracijskih tehnologija provodi se najčešće prema tipupogonskog stroja kojim se pogoni električni generator.

Najčešće se za pogon električnog generatora koriste parne turbine, plinske turbine,kombinirani proces plinske i parne turbine, te motori s unutarnjim izgaranjem. U novije vrijeme na tržište se vraćaju i stari koncepti (kao što su parni stapni motor ili Stirlingov motor), ali i nove tehnologije koje se nalaze u različitim stadiji makomercijalizacije kao što su gorivni članci, mikroturbine, organski Rankine-ov ciklus,parni vijčani motor ili plinske turbine s indirektnim zagrijavanjem radnog medija. U nastavku su ukratko prikazani najznačajniji koncepti koji se primjenjuju u kogeneracijskim postrojenjima koja kao gorivo koriste krutu biomasu.

U primjeni je najrašireniji koncept kogeneracijskog postrojenja s parnom turbinom.Vodena para proizvedena u generatoru pare (parnom kotlu) se nakon ekspanzije uparnoj turbini koristi za grijanje vode u sistemu područnog grijanja i/ili uindustrijskom procesu. Načelno se razlikuju postrojenja s protutlačnom parnomturbinom i postrojenja s kondenzacijskom turbinom s reguliranim oduzimanjem štoje i shematski prikazano na slikama 1.5 i 1.6 Kod postrojenja protutlačne turbineproizvodnja električne energije ovisi o promjenjivoj potrošnji toplinske energije teprotutlaku pare koji je određen zahtjevima potrošača. Kod postrojenja kondenzacijske turbine s reguliranim oduzimanjem na proizvodnju električneenergije osim promjenjive toplinske potrošnje utječe i pritisak kondenzacije koji ovisi o temperaturi i raspoloživoj količini rashladnog medija (vode ili zraka).

Slika 1.5 Kogeneracijsko postrojenje s protutlačnom turbinom

8

Slika 1.6 Kogeneracijsko postrojenje s kondenzacijskom turbinom s reguliranim oduzimanjem

Kod kogeneracijskih postrojenja s plinskom turbinom koje je shematski prikazano na slici 1.7 plinska turbina koristi se za proizvodnju električne energije (ili za pogon kompresora i pumpi), a vrući ispušni plinovi koriste se za proizvodnju toplinske energije (tople/vrele vode i/ili procesne pare) u kotlu na otpadnu toplinu.

Slika 1.7 Kogeneracijsko postrojenje s plinskom turbinom

Na sličnom konceptu temelje se i kogeneracijska postrojenja s plinskim motoromu kojima se za proizvodnju toplinske energije koristi kotao na ispušne plinove.

Kao dodatni "izvor" toplinske energije koriste se hladnjaci rashladne vode i ulja. Za razliku od "konvencionalnih" postrojenja u kojima se kao gorivo najčešće koristi prirodni

9

plin, u postrojenjima na biomasu kao gorivo se koristi reaktorski plin dobiven rasplinjavanjem krutih goriva ili bioplin dobiven procesom anaerobne digestije.

U postrojenjima s plinskom turbinom ili s plinskim motorom toplinska energija dimnih plinova može se iskoristi i za proizvodnju pare u kotlu na ispušne plinove, a ekspanzijom pare u parnoj turbini moguće je proizvesti dodatne količine električne energije. Ovaj koncept, poznat još i kao kombinirani proces plinske i parne turbine,omogućava integraciju i nekoliko plinskih turbina (ili plinskih motora) i parnih turbina u jednom postrojenju. Značajnija primjena kombiniranog procesa u postrojenjima koja kao gorivo koriste biomasu očekuje se u budućnosti ponajprije zbog znatno bolje iskoristivosti i mogućnosti proizvodnje većih količina električne energije.

Za ilustraciju pogonskih značajki kogeneracijskih postrojenja uobičajeno se koristi omjer električne i toplinske snage (P/Q) u kojem u brojniku P označava snagu na pragu elektrane (snaga na generatoru umanjena za snagu pumpi i ventilatora) a Q korisnu toplinsku snagu postrojenja. Omjer električne i toplinske snage značajno utječe na ekonomičnost pogona kogeneracijskog postrojenja koji se uobičajeno vodi u ritmu potražnje za toplinskom energijom. Postrojenje s višim P/Q omjerom proizvesti će više električne energije.

Referentni P/Q omjeri za kogeneracijska postrojenja koja koriste fosilna goriva iznose:− 0,45 za postrojenje s kondenzacijskom turbinom i reguliranim oduzimanjima,− 0,45 za postrojenje s protutlačnom turbinom,− 0,55 za postrojenja s plinskom turbinom i kotlom na otpadnu toplinu,− 0,75 za postrojenja s motorom s unutarnjim izgaranjem,− 0,95 za kombinirani proces plinske i parne turbine.

Slika 1.8 Shema ORC kogeneracijskog postrojenja na biomasu

10

Slika 1.9 Kogeneracijsko postrojenje na biomasu s parnim motorom i pomoćnim kondenzatorom

Slika 1.10 Shema kogeneracijskog postrojenja s rasplinjačem biomase i plinskim motorom

11

2.Plinske turbine (Plinsko-turbinsko postrojenje)

2.1 Uvod

Plinsko-turbinsko postrojenje koristi dinamički pritisak od protoka plinova za direktno upravljanje turbinom. Sam proces koji se događa u plinskoj turbini nije toliko različit od parne turbine.

Naravno različit je medij koji ekspandira, postupak dobivanja radnog medija je također drugačiji, no sam proces koji se događa u turbini je vrlo sličan.

Razlika je ta što je pad entalpije u plinskoj turbini mnogo manji te porast volumena

veći. Ukoliko želimo povećati stepen iskoristivosti moramo povećati temperaturu medija koji ulazi u turbinu.

Tu se javlja problem hlađenja, pogotovo samih lopatica. Kako bismo ohladili lopatice koristimo komprimirani zrak iz kondenzatora. Naravno dovođenje zraka za hlađenje će smanjiti i snagu postrojenja.

Današnji razvoj materijala nam je omogućio da i izborom materijal povećamo otpornost na temperaturu. Za izradu lopatica se danas koriste visoko legirani materijali na bazi nikla koji uspješno podnose više temperature.

Naravno bez obzira na ova dostignuća na području materijala moramo osigurati

hlađenje lopatica.U plinskim elektranama se mehanička energija pretvara u električnu pomoću plinskih motora, koji se najčešće grade kao četverotaktni motori.

Ove elektrane su obično u sustavu metalurgijskih postrojenja radi iskorištenja plinova iz visokih peći ili u sustavu koksara i postrojenja za dobivanje plinova radi iskorištenja plinova koji nastaju pri dobivanju koksa, zatim za iskorištavanje zemnog plina itd. Ukoliko želimo povećati stepen iskoristivosti moramo povećati temperaturu medija koji ulazi u turbinu.

Svako plinsko-turbinsko postrojenje sastoji se od kompresora, komore za izgaranje i plinske turbine. Princip rada :Kompresor služi za stlačivanje zraka kojeg usisava iz okoliša te ga komprimira do nekog zadanog pritiska, komprimirani zrak dovodi se do komore izgaranja gdje se grije uslijed izgaranja goriva. Smjesa koja nastaje (zagrijani zrak i plinovi izgaranja) ekspandiraju u plinskoj turbini gdje stvaraju moment koji se iskorištava u proizvodnji električne energije i pri radu kompresora.

12

Slika 2.1 Plinsko – turbinsko postrojenje

Slika 2.2 Jednostavno plinsko-turbinsko postrojenje (Otvoreni proces)

Danas se u praksi najčešće susreće plinsko – turbinsko postrojenje otvorenog ciklusa ,gdje produkti izgaranja izravno prolaze kroz turbinu .Sa šeme se vidi da kontrolnu površinu uz rad sijeku reaktanti ispušni plinovi. To znači da ovo nije kružno toplinsko energetsko postrojenje ,budući da nema toplinskog izvora i ponora.Ovo je otvoreni kružni proces koji proizvodi stalni izlazni rad na spojci izlaznog vratila. Ispušni plinovi ,premda vrući ,nisu topline ,nego masa koja sadrži toplinu.

Zatvoreni plinsko-turbinski proces je prikazan na slici.Ovdje se toplina dovodi radnom mediju preko zagrijača sa produkata izgaranja,kao na

slici ili s medija zagrijanog npr. u nuklearnom reaktoru.

13

Radni medij (zrak,helij..itd ) najprije se komprimira u kompresoru,zatim zagrijava u zagrijaču,te nakon ekspanzije u plinskoj turbini hladi u rashladniku na početno stanje.

Budući da radni medij cirkulira kontinuirano kroz zatvoreni proces plinsko-turbinskog postrojenja može se načiniti pojednostavljeni dijagram za kontrolnu površinu Y ,koji je istovjetan parno-turbinskom postrojenju.

Ovdje su komora izgaranja i zagrijač (odnosno reaktor kod plinsko-nuklearnog postrojenja) pandan parnom kotlu ,a kompresor zamijenjuje napojnu pumpu. Hlađenje fluida na početnu vrijednost vrši se u rashladniku ,dok kod parnog postrojenja tu funkciju obavlja kondenzator.

Osnovna je razlika da plinsko-turbinsko postrojenje koristi fluid ,koji ostaje plinovit koji cijeli ciklus ,što uzrokuje da se odvođenje topline ne odvija pri konstantnoj temperaturi .Plinsko-turbinsko postrojenje ne može samo krenuti ,nego se njegovo upuštanje koristi Dizel motor ili elektromotor.

Pri ovoj brzini koja je manja od normalne radne brzine,gorivo i zrak dovedeni u komori izgaranja,pale se električnom iskrom (svjećicom), a budući da postoji dovoljna razlika pritisaka kroz kompresor i turbinu ,rotacija se održava sama od sebe.

Daljne povećanje brzine postiže se izgaranjem veće količine goriva ,čime se povisuje radna sposobnost fluida na ulazu u turbinu.

14

Slika 2.3 Jednostavno plinsko-turbinsko postojenje (Zatvoreni proces)

15

Slika 2.4. Braytonov T-s dijagram

U idealnome procesu, kompresija i ekspanzija su izentropske, a dovođenje i odvođenje topline su izobarne promjene stanja. Projektni parametri određeni su početnim stanjemodnosno stanjem okoline (p1=po, T1=To), te maksimalnim tlakom imaksimalnom temperaturom (p3=p2, T3).

Temepratura nakon kompresije :

T2=T

2( p2

p1)

k−1k =T

1K

k−1k

gdje je:

K- kompresijski pomjer,

k - eksponent izentropske ekspanzije / kompresije zraka; k=1,4.

Temperatura nakon ekspanzije :

T 4=T 2( p1

p2)

k−1k =T 2( 1

K )k−1

k

Jedinični rad plinsko-turbinskoga sklopa u idealnome procesu :

16

w=wT−wK=(h2−h4)−(h2−h1) [ kJkg ]

Budući je 𝛥 =ℎ 𝑐𝑝𝛥𝑇, slijedi:

w=wT−wK=c p (T 3−T 4)−c p (T2−T 1) [ kJkg ]

Jedinična toplina dovedena u idealni proces :

qd=(h3−h2 )=cp (T 3−T 2 ) [ kJkg ]

Toplinska iskoristivost idealnog procesa :

η=Wqd

=1−T 4−T1

T3−T 2

Kod realnog plinsko-turbinskoga procesa treba u obzir uzeti nepovratne gubitke koji

nastaju u kompresoru i turbini, a zbog kojih se povisuje temperatura nakon kompresije i

ekspanzije, odnosno T2'>T2 te T4'>T4. Također, u realnome procesu treba računati s

različitim srednjim specifičnim toplinama fluida koji se tlači (zrak) cp,k u odnosu na fluid koji

ekspandira (smjesa zraka i plinova izgaranja) cp,e U skladu s navedenim slijedi:

Temperatura nakon kompresije :

T 2=T 1( p2

p1)

ηk−1

ηk =T 1 K

ηk−1

ηk [ K ]

Temperatura nakon ekspanzije :

T 4=T 3( p1

p2)

ηe−1

ηe =T 3( 1K )

ηe−1

ηe [ K ]

17

gdje je:

𝐾−kompresijski pomjer

nk – eksponent politropske kompresije; nk >k

ne – eksponent politropske ekspanzije; ne<k

Unutrašnja iskoristivost kompresora :

ηi ,K=T 2−T1

T 2' −T1

Unutrašnja iskoristivost kompresora ηi,K kreće se od 0,82 do 0,89.

Unutrašnja iskoristivost plinske turbine :

ηi , T=T3−T 4

'

T3−T 4

Unutrašnja iskoristivost plinske turbine ηi,T kreće se od 0,84 do 0,92.

Jedinični rad realna plinsko-turbinskog procesa :

w r=wT−wK=(h3−h4)−(h2' −h1) [ kJ

kg ]w r=wT−wK=cpe (T 3−T 4

' )−c p (T 2' −T 1) [ kJ

kg ]Jedinična toplina dovedena u realnom plinsko-turbinskom procesu :

qd , r=(h3−h2' )=c p (T 3−T 2

' ) [ kJkg ]

Toplinska iskoristivost realna plinsko-turbinskoga procesa :

ηr=wr

qd

=1−h4

' −h1

h3−h2'=

c p , e (T3−T 4 )−c p , k (T 2' −T1 )

c p (T 3−T 2' )

Ako se zanemari utjecaj razlika specifičnih toplina, odnosno ako se uzme da je cp,e= cp,k= cp

, slijedi:

18

ηr=wr

qd

=1−T 4

' −T1

T 3−T 2'

Iz analize izvedenih jednadžbi proizlazi sljedeće:

• Toplinska iskoristivost idealna plinsko-turbinskog procesa zavisi samo o

kompresijskome omjeru K.

• Kompresijski omjer plinsko-turbinskih procesa kreće se od 8 do 20.

• Toplinska iskoristivost realna plinsko-turbinskog procesa zavisi, osim o

kompresijskome omjeru K, također o unutrašnjoj iskoristivosti kompresora ηi,K iturbine ηi,T

te o vršnoj temperaturi procesa T3(temperaturi plinova na ulazu u turbinu). Vršna temperatura

procesa T3 ograničena je čvrstoćom materijala koji treba izdržati naprezanja u prisutnim

pogonskim uvjetima. Vršne temperature modernih plinsko-turbinskih procesa kreću se od

1100 do 1400 0 C.

Za efektivnu (ukupnu) iskoristivost plinsko-turbinskoga postrojenja u obzir treba uzeti i ostale gubitke koji nastaju u takvom postrojenju, a oni su:

• Mehanički gubici zbog otpora trenja u ležajevima, koji se uzimaju u obzir s mehaničkim stupnjem djelovanja; ηm=0,93 do 0,99. • Gubici u komori izgaranja zbog toplinskih gubitaka u komori izgaranja, koji se uzimaju u obzir sa stupnjem iskoristivost komore izgaranja; ηki=0,96 do 0,99. • Gubici u generatoru el. energije, koji se uzimaju u obzir sa stupnjem iskoristivosti generatora el. energije; ηeg=0,96 do 0,99

Uz navedene gubitke, efektivna (ukupna) iskoristivost plinsko-turbinskoga postrojenja iznosi:

ηe=ηr ηm ηk , i ηegPotrošnja goriva (B) za zadanu izlaznu električnu snagu (NE ) plinsko-turbinskoga postrojenja:

19

BH d=N e

ηe

=Ne

ηr ηmηk , i ηeg

Odnosno:

B=Ne

ηe

=Ne

Hd ηr ηm ηk ,i ηeg[ kg

s ]gdje je: Hd – donja toplinska vrijednost goriva, [kJ/kg].

Iz postrojenja plinske turbine izlaze dimni plinovi visokih temperatura što predstavlja značajan toplinski gubitak.

Postoje različita rješenja kojima se taj gubitak može smanjiti i na taj način povećati efikasnost postrojenja.

Takva rješenja povećavaju složenost postrojenja i podižu investicijski trošak. Od mogućih rješenja navest ćemo sljedeća:

• postrojenje s izmjenjivačem topline,• postrojenje s višestepenom kompresijom,• postrojenje s višestepenom ekspanzijom.

2.2 Parno-turbinsko postrojenje

Najjednostavnije parno-turbinsko postrojenje (slika 2.5) sadrži napojnu pumpu 1, generator pare 2,pregrijač pare 3, parnu turbinu 4, kondenzator 5 i električni generator 6. Postrojenje koristi vodenuparu kao radni medij.Kada bi postrojenje bilo izvedeno bez pregrijača pare, do turbine bi dovodili zasićenu paru. U tom bislučaju naš proces bio najbliži Carnotovom procesu s dovodom topline pri konstantnoj temperaturi zaisparavanje vode i odvodom topline pri konstantnoj temperaturi za kondenzaciju pare u kondenzatoru.

T-s dijagram Carnotovog procesa za vlažnu paru prikazan je na slici . Linija 3-4 u dijagramu prikazuje adijabatsku kompresiju vlažne pare do pune kondenzacije u posebnom kompresoru, linija 4-1 prikazuje isparavanje vode u generatoru pare, promjena 1-2 je adijabatska ekspanzija u turbini, a linija 2-3 je parcijalna kondenzacija pare u specijalnom kondenzatoru.

20

Slika 2.5. Shema parno-turbinskog postrojenja

Slika 2.6 T-s dijagram Carnotovog procesa s vlažnom parom

Ako specifični dovod topline q1 i specifični odvod topline q2 u ovom procesu izvodimo pri konstantnom pritisku, možemo naći teorijske vrijednosti za q1th i q2th:

Specifični korisni teorijski rad procesa će biti:

gdje na desnoj strani imamo razliku specifičnog rada ekspanzije i specifičnog rada kompresije (po 1kg vlažne pare).

Rad kompresije vlažne pare višestruko premašuje rad kompresije vode. Kako se u jednadžbi za rad kompresije koristi volumen na usisu u kompresor, volumen vode je mnogo manji od volumena pare, tako da je rad kompresije za vodu mnogo manji od onoga za paru.Tako na primjer za adijabatsku kompresiju vlažne pare od tlaka 0.1 MPa na pritisak 3 MPa, pri kojoj para u potpunosti kondenzira, potreban specifični rad od 455 kJ/kg.

S druge strane, za kompresiju vode na istom rasponu pritisaka, od stanja zasićene tekućine pri pritisku 0.1 MPa na pritisak od 3 MPa potrebno svega 2.75 kJ/kg što je 165 puta manje nego za kompresiju pare.

Zbog toga se u parno-turbinskim postrojenjima ne koristi približavanje Carnotovom procesu na način da se vrši kompresija pare da bi izvršili njenu potpunu kondenzaciju.

21

Umjesto toga koristimo potpunu kondenzaciju pare u kondenzatoru i na taj način dobivamo Rankineov proces. Shema takvoga postrojenja s Rankineovim procesom prikazana je na slici a T-s dijagram Rankineovoga procesa prikazan je na slici 2.7. U T-s dijagramu je s a'a prikazana adijabatska kompresija vode u napojnoj pumpi, ab je grijanje vode do zasićenja (do tačke vrenja), bc je isparavanje vode u isparivaču generatora pare, cd je pregrijavanje pare u generatoru pare, de je adijabatska ekspanzija u turbini i ea' je kondenzacija ekspandirane pare u kondenzatoru.

Proces zagrijavanja vode do zasićenja, isparavanja vode i pregrijavanja pare odvija se pri konstantnom pritisku (ako zanemarimo gubitke strujanja). Zbog toga je ukupno dovedena specifična količina topline(površina 1abcd21 u T-s dijagramu) jednaka razlici specifičnih entalpija na cijelome procesu, tj.:

Slika 2.7 Slika T-s dijagram idealnog procesa parno-turbinskog postrojenja (Rankineov proces)

Gdje se indeks 0 odnosi na stanje na ulazu u turbinu (na kraju pregrijavanja), a indeks fw (feed water) na napojnu vodu.

3. PRORAČUN PLINSKOG CIKLUSA KOGENERACIJSKOG SISTEMA

Da bi smo započeli proračun zadatog ciklusa prema projektnom zadatku najprije moramo da proračunamo i usvojimo vrijednosti koje su nam ostavljenje za slobodan izbor a to su stepeni iskorištenja svih dijelova ovog ciklusa, količina gasova dobivena sagorijevanjem,plin sa svojom energetskom moći, masa zraka potrebna za sagorijevanje, pritiske i temperature gasova na izlaza kopresora i ulazu u utilizator.

22

Za početak usvajamo da je plin koji sagorijeva zajedno sa vazduhom u komorama Metan CH4 čije su kakteristične fizičke veličine date u Tabeli 1:

Tabela 1.Fizičke karakteristike metana

RE.BR. KARAKTERISTIKA JEDINICA METAN1 Gustina na 15 ° C kg/m3 0,71682 Tačka ključanja ° C -1823 Oktanski broj MOB >1004 Donja toplotna moć MJ/ kg 35,85 Donja toplotna moć MJ/ m3 25,666 Stehiometrijska količina vazduha m3

vaz / m3 9,52

Kao što vidimo iz Tabele 1 minimalna količina vazduha koja je potrebna za

sagorijevanje 1 kg metana V min=9,52 m3. Na osnovu ovoga podatka možemo proračunati

masu zraka koja je potrebna za sagorijevanje jednog kilograma gasa i masu gasova koja se proizvodi po jedinici vremena u komorama za sagorijevanje:

m=V min ρzr .=11,434 [ kg/ kggoriva ]Pri čemu je:

m-masa zraka koju kompresor mora koprimiratiVmin-količina zraka potrebna za sagorijevanje ρzr.-gustina zraka (usvajamo da je za normalne uslove ρzr.-1,2 kg/ m3)

Idealni omjer sagorijevanja zraka i metana je 14,7:1 1. Pošto je postavkom zadatka naglašeno da se radi o realnom procesu pretpostaviti ćemo da je omjer prilikom sagorijevanja zraka i metana 11,4:1, te na taj način možemo dobiti masu produkata sagorijevanja po jednoj komori.

Masu produkata sagorijevanje u prvoj komori dobivamo tako sto ćemo sabrati gasifikacionu masu goriva i minimalnu količinu vazduha po kilogramu goriva potrebna za sagorijevanje. Gasifikaciona masa goriva je jednaka proizvodu stepena gasifikacije koji smo usvojili i on je jednak jedinici jer je riječ o gasovitim gorivima te mase jednog kilograma goriva koji sagori po jedinici vremena.

Bg=ηg∗1kg /s=1 [ kg /s ]tako da na osnovu toga slijedi:

m ps 1=Dz 1=Bg+ Vminkg

=1+11,424=12,424 [ kgs ]=44,72103 [ kg

h ]na isti način dobivamo masu produkata sagorijevanja u drugoj komori uz dodatak mase gasovaD z 1 :

1

23

m ps 2=D z 2=Bg+ Vminkg

+D z 1=1+11,424+12,424=24,848 [ kgs ]=89,452 103[ kg

h ]Masu produkata sagorijevanja na ulazu u plinsku turbinu dva je ustvari masa gasova

koja ulazi u utilizator i ona je jednaka :

m ps¿ D z=88,452103[ kgh ]

Nakon proračuna mase produkata sagorijevanja, usvojiti ćemo ostale potrebne veličine (parametre) koje su prikazane u Tabeli 2.:

Tabela 2.Usvojene veličine

REDNI BROJ

PARAMETRI (ZADANI I USVOJENI) VRIJEDNOST

1 ηkomp .-stepen iskoristenja kopresora 0,92 ηkom.-stepen iskorištenja komore 0,98 3 ηu-unutrašnji stepen iskorištenja 0,94 ηg-stepen gasifikacije goriva 15 Specifična toplota Cps 1,005 kJ/kgK6 Dz- količina gasova dobivena sagorijevanjem 88,452 10 3[ kg /h ]7 Pritisak na ulazu u kompresor 1 bara8 Pritisak na izlazu kompresora 10 bara9 Pritisak na ulazu u utilizator 5 bara10 Temperatura na ulazu u utilizator 1350 K

Sada možemo započeti proračun od prvog dijela ovog ciklusa to jeste od kopresora koji vrši politropsko sabijanje zraka. Prvo ćemo proračunati temperature zraka nakon kompresije a računamo je na osnovu politropskog sabijanja kako je i predstavljeno dijagramom kompresije:

T2

T1

=( p2

p1)

n−1n

Iz jednačine slijedi

T 2=T1( p2

p1)

n−1n =798,8 [ K ]=525,66 [ °C ]

Jedinični rad kompresora koji se utroši za sabijanje zraka izračunavamo usljed razlike entalpija i dobivamo:

E k=c p ( t2−t 1 )=553,95 [ kJ /kg ]

Kao što smo već usvojli da je riječ o politropskoj kompresiji tako dakle na osnovu toga izračunat ćemo potrebnu snagu kopresora:

24

N komp .=n

n−1mR¿

Gdje je:m-masa zraka koja se komprimuje 22,844 kg/sn-eksponent politrope 1,3R-gasna konstanta 287,2 J/kgK

Slika 3.1. p-v dijagram kompresije

Slika 3.2 Ulazni i izlazni parametri kompresoraTabela 3. Parametri kompresora

Ulazni i izlazni parametri kompresoraMaseni protok na izlazu mizlaza 23,884 kg/sTemperatura ulaza Tul 297 KTemperatura na izlazu Tiz 510 KSpecifična toplota Cps 1,005 kJ/kgKPritisak na ulazu p1 1 baraPritisak na izlazu p2 10 bara

Sljedeći dio kongeneracijskog sistema su plinske turbine sa komorama za sagorijevanje kako je predstavljeno na slici 4.

25

Slika 3.3. Plinske turbine sa svim radnim parametrima

Tabela 4. Parametri turbine

Ulazni i izlazni parametri turbine potrebni za proračunMaseni protok zraka na ulazu u komoru 1 mzraka 1 11,250 kg/sMaseni protok zraka na ulazu u komoru 1 mzraka 2 11,250 kg/sMasa produkata sagorijevanja mPS1 12,250 kg/sMasa produkata sagorijevanja mPS2 25,382 kg/sSpecifična toplota Cps 1,005 kJ/kgKPritisak na ulazu p1 1 baraPritisak na izlazu p2 10 baraPritisak u komorama p=const. 10 bara

Jedinični rad turbina:

ET=c p (t 7−t 6 )+c p ( t9−t8 )=941,685 [ kJ /kg ]

Dakle kada jedinični rad turbina pomnožimo sa masenim protokom kroz njih dobivamo snagu turbine, iz toga slijedi da je snaga turbine jedan za maseni protok m ps 1 :

NT 1=m ps1 c p ( t7−t6 )=6401,85 [ kW ]

Snaga turbine dva za maseni protok m ps 2:

NT 2=m ps2 c p ( t9−t8 )=10637,215 [ kW ]

Stvarna snagu turbine dobivamo kada saberemo ove dvije snage i pomnožimo sa unutrašnjim stepenom iskorištenja:

26

NTstv=( NT 1+N T 2 ) ηu=17039,065 [ kW ]

U nastavku ćemo kongeneraciski ciklus predstaviti toplotnim T-s i radnim p-v dijagramom kako nam je i zadano u postavci zadatka, te na osnovu njih proračunati dovedenu količinu toplote te potrošnju goriva u ovom ciklusu.

Slika 3.4 T-S dijagram predstavljenog plinskog ciklusa

Slika 3.5 p-v dijagram predstavljenog ciklusa

Jedinična količina dovedene toplote jedanka je razlici entalpija kao sto je predstavljeno sa dijagrama iz toga slijedi:

qdov=c p (t 3−t 2 )+c p (t11−t 10)=667,66 [ kJ /kg ]

27

Ukupna količina dovedene toplote po satu jednaka je proizvodu razlike entalpija koju množimo sa masenim protokom:

Qdov=D z 1c p (t3−t2 )+D z 2 c p (t 11−t10 )=37789,675115∗106 [ kJ /h ]

Raspoloživa jedinična energija u ovom dijelu ciklusa je:

Er=Et−Ek=387,735 [ kJ /kg ]

Da bismo dobili potrošenu količinu goriva Dovedenu količinu toplote dijelimo sa donjom energetskom moći goriva pomnoženom sa stepenom iskorištenja komore i iz toga slijedi:

D g=Qdov

Hd∗ηkom.

=1241,165 [ kg /h ]

4. PRORAČUN PARNOG CIKLUSA

4.1 Proračun masenog protoka produkata sagorijevanja

Drugi dio proračuna se odnosi na iskorištenje otpadne topline plinskog ciklusa, tj. Toplote produkata sagorijevanja parametara mps, Tpsi ips u svrhu dobivanja pregrijane pare parametaramp,Tp i ip. Transfer topline ostvaruje se u utilizatoru stepena iskorištenja ηu , konfiguracije:

Pozicija 1 - isparivački cijevni izmjenjivač topline, Pozicija 1.1 – seperator faza – isparivački bubanj Pozicija 2 - pregrijač pare, Pozicija 3 - međupregrijač, Pozicija 4 - zagrijač napojne vode.

Usvaja se stepen iskorištenja utilizatora ηu:

η u=0,89 (89 %)

Potrošnja goriva BCH4 (metan CH4), iz proračuna plinskog ciklusa , iznosi:

BCH 4=3596 kg/h=0,9989[kg /s ]

28

Uzimajući u obzir da se kao primarno gorivo koristi metan – gas ( ukapljen i skladišten pod pritiskom pu- tečna faza, sagorijevanje u gasovitom obliku ) , smatra se da je gasifikacija goriva - promjena faza potpuna i usvaja se stepen gasifikacije ηg=1.

Gasifikovana količina goriva iznosi:

Bg=B ch 4 · η g=0,9989[kg /s ]

Minimalna količina vazduha potrebna za sagorijevanje 1 kg goriva, prema usvojenim podacima iz plinskog ciklusa, iznosi:

V min=9,52[m3/ kg]

Gustina vazduha iznosi 1,2 m3/kg, dakle:

Vmin/kg=Vmin· ρ=9,52 ·1,2=11,424 [kg/kggoriva]

iz čega slijedi da za sagorijevanje 1 kg goriva je potrebno 11,424 kg vazduha.Maseni protoci produkata sagorijevanja kroz plinske turbine i utilizator su jednaki.

Dakle, maseni protok produkata sagorijevanja mpsna ulazu u utilizator dobivamo kao zbir potrošnje goriva i vazduha:

m ps=[Bg+ Vminkg ] ∙ 2=88,452¿103[ kg

h ]Sa izračunatim protokom, poznati su svi ulazni parametri:

Parametri produkata sagorijevanja na ulazu u utlizatorMaseni protok mps 25,382g/sUsvojena ulazna temperatura Tul 905 KUsvojena izlazna temperatura Tiz 472 KSpecifična toplota Cps 1,005 kJ/kgK

Ukupna razmjenjena količina toplote u utilizatoru:

Qu=m ps ·C ps ·(T ul−T iz) · ηu=9,83 MW

4.2 Produkcija pare

Poznata je ukupna ramjenjena toplina Qu. Usvaja se da pregrijač pare apsorbuje 25 % ukupne topline razmjenjene u utilizatoru, sa porastom entalpije pare Δipp od 501 kJ/kg pri izobarnom procesu.

29

Iz jendačine za količinu toplote se računa protok pare kroz PP, tj. produkciju pare:

Qpp=D · (Iiz – Iul ) ; p=const .

D= QppIiz – Iul

; p=const .

D= 1290 kW500 kJ /kg

; p=const .

D=2,58 kg/ sD [kg/s ]– maseni protok pareIiz, Iul [kJ/kg ] - entalpije pare na ulazu i izlazu pregrijača pare

Predata količina toplote po izmjenjivaču topline je usvojena. Od 100 % raspoložive količine toplote, Qu=9,83 MW, individualnim izmjenjivačima topline pripada:

Apsorbovana količina toplote po izmjenjivaču toplineIsparivač 24 % 2,35 MWPregrijač pare 25,0 % 2,46 MWMeđupregrijač 36 % 3,35 MWEconomiser 15,0 % 1,47 MWUkupno 100 % 9,83 MW

Usvojene logaritamske temperature izmjenjivača date su u tabeli:

Logaritamske temperature po izmjenjivaču toplineIsparivač 500 °C 773 KPregrijač pare 320 °C 593 KMeđupregrijač 180 °C 463 KEconomiser 80 °C 353 K

Usvojeni koeficijet prolaza topline K:

30

Koeficijenti prolaza topline po izmjenjivaču toplineIsparivač 70 w/m2KPregrijač pare 55 w/m2KMeđupregrijač 54 w/m2KEconomiser 50 w/m2K

Iz jednačine:

Q=k · A · Δt sr . ln [W ]

dobiva se površina izmjenjivača topline:

A= Qk· Δt sr . ln

[m 2]

gdje je: k – koeficijent prolaza topline [w/m2K] A – površina izmjenjivača topline [m]

Δtsr.ln – logaritamska temperatura izmjenjivača topline [K]

Površina izmjenjivača toplineIsparivač 44,16 m2

Pregrijač pare 75,43 m2

Međupregrijač 141,59 m2

Economiser 83,29 m2

Ukupna površina 344,46 m2

31

Zaključno sa prethodnim stavkama, sljedeći parametri se usvajaju:

Parametri suhozasićene pare na izlazu iz kotlaTemperatura 490 °CPritisak 40 barEntalpija 3415 kJ/kg

Parametri utilizatora

32

Produkcija 2,58 kg/sTemperatura napojne vode 20 °C

Parametri turbinePad entalpije pare na VT turbini Δivt 350 kJ/kgPad entalpije pare na NT turbini Δint 550 kJ/kgStepen iskorištenja VT NT turbine ηVT - NT 0,89Mehanički stepen iskorištenja ηM 0,95Termički stepen iskorištenja ηT 0,59Stepen iskorištenja generatora ηG 0,97Snaga VT trubine 1806,23 MWSnaga NT trubine 2838,52 MW

Proračun snage VT turbine (politropski):

P VT=D · Δi vt=5,16∗350=1806,23 kW

Proračun snage NT turbine (poltropski):

P NT=D · Δi nt=5,16∗350=2838,52 kW

Adijabatska snaga VT i NT turbine :

P adVT=P VTη VT

=1806,230,89

=2029,23 [kW ]

P adNT=P NTη NT

=2838,520,89

=3188,76[kW ]

Ukupna snaga na vratilu turbine:

P uk=P adVT+P adNT=2029,23+3188,76=5217,99 kW =5,21 MW

Proizvedena električna energija:

E=Puk∗η g=5,21∗0,97=5,11 MW

Stepen iskorištenja parnog ciklusa:

η uk=ηVT ·η NT · η M · ηG · η T=0,89· 0,89 · 0,95 ·0,97 · 0,61=0,43

Ukupni stepen iskoristenja je:

ηcikl=c p (t 7−t 6 )+c p (t 9−t 8 )+c p (t18−t iz . g )−c p (t 2−t1 )−c p (t 4−t 3 )

c p (t 6−t 5 )+c p ( t11−t10 )=0,85∗100=85 %

33

5. Analiza razmatranja i zaključak

5.1 Analiza parnog ciklusa

2.32 3.48 4.64 6.96 9.280

10

20

30

40

50

60

Produkcija pare kg/s

Mas

eni p

roto

k di

mni

h pl

inov

a

kg/s

Dijagram 1. Produkcija pare u zavisnosti od masenog protoka ispušnih plinova

1020 1483 1947 2411 28740

200

400

600

800

1000

1200

Dobiveni kW električne energije

Ulaz

na te

mpe

ratu

ra d

imni

h pl

inov

a °

C

Dijagram 2. Proizvedena električna energija u zavisnosti od temp.dimnih plinova

34

Današnji standard tehnologije termoenergetskih postrojenja sa parnim ciklusom, ostvaruje stepen iskorištenja cjelokupnog sistema do ca. maksimalnih 43 %. Termoenergetsko postrojenje sa plinskim ciklusom opisuje niži ukupni stepen iskorištenja, ca. 33 %. Oba sistema najveće gubitke ostvaruju zbog svoje prirode ciklusa: parni zbog gubitka toplote na rashladnom sistemu kondenzatora, plinski zbog visokih temperatura otpadnih dimnih plinova. Oba sistema mogu funkcionisati u jednoj vrsti mehaničke simbioze, poznatije kao kogeneracijski sistem dvaju ciklusa, gdje spregom dva sistema formira novi, funkcionalan sistem visokog stepena iskorištenja, do max. 80% iskoristivosti.

Upravo pomenuta visoka temperatura otpadnih dimnih plinova ostvaruje uslove za funkcionisanje kogeneracijskog ciklusa. U uvodu je isti detaljno opisan: princip rada, konstrukcione karakteristike, termodinamska analiza i sl. Toplota otpadnih plinova plinskog ciklusa se u utilizatoru apsorbira u svrhu stvaranja pregrijane pare određenih karakteristika, koja se koristi za radni medij zasebnog parnog ciklusa.

Na sljedećem dijagramu prikazan su stepeni iskorištenja u dva slučaja: autonomnog plinskog i kogeneracijskog sistema.

1

2

3

0.05 0.15 0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.951 2 3

Series1 0.43 0.56 0.870000000000004

Stepeni iskorištenja ciklusa

Parn

i %

Plin

ski %

U

kupn

i %

Dijagram 3. Stepeni iskorištenja ciklusa

Ukupni stepen iskorištenja je:

ηcikl=c p (t 7−t 6 )+c p (t 9−t 8 )+c p (t18−t iz . g )−c p (t 2−t1 )−c p (t 4−t 3 )

c p (t 6−t 5 )+c p ( t11−t10 )

Referenta granica za izračun zasebnih stepena iskorištenja dvaju ciklusa jeste temperatura ispušnih plinova plinskog ciklusa, koje predstavlja izlanzi parametar plinskog,

35

ulazni parametar parnog ciklusa. Kod ukupnog stepena iskorištenja, kao u obrazcu prikazano, referntne granice su ulazni parametri plinskog,te izlazni parametri parnog ciklusa.

Teorijska snaga turbinskog bloka plinskog ciklusa iznosi 17,039MW, parnog 5,21MW. Dakle, sa parnim ciklusom, dobivena su ca. dodatna 5,21 MW električne enrgije (uzimajući u obzir transformaciju energije kroz generator) koja bi, u slučaju da nema kogeneracije, ostala neoiskorištena. Povezivanjem parnog ciklusa u kogeneraciju, izvorna snaga je povećana za 30 % . Kod ove stavke, slijedi ekonomska računica i isplativost projekta, u kojoj se određuje težina parnog ciklusa, da li će isti podrazumijevati dva ili jedno pregrijanje pare, višestepenu trubine, i sl.

6. POPIS SLIKA

Slika 1.1 Usporedba kogeneracije i odvojene proizvodnje energijeSlika 1.2Osnovne karakteristike kogeneracijskih tehnologijaSlika 1.3Mikrokogeneracijsko postrojenje s plinskim motoromSlika 1.4 Udio proizvedene električne energije iz kogeneracijeSlika 1.5 Kogeneracijsko postrojenje s protutlačnom turbinomSlika 1.6 Kogeneracijsko postrojenje s kondenzacijskom turbinom s reguliranim oduzimanjemSlika 1.7 Kogeneracijsko postrojenje s plinskom turbinomSlika 1.8 Shema ORC kogeneracijskog postrojenja na biomasuSlika 1.9 Kogeneracijsko postrojenje na biomasu s parnim motorom i pomoćnim kondenzatoromSlika 1.10 Shema kogeneracijskog postrojenja s rasplinjačem biomase i plinskim motoromSlika 2.1 Plinsko – turbinsko postrojenjeSlika 2.2 Jednostavno plinsko-turbinsko postrojenje (Otvoreni proces)Slika 2.3 Jednostavno plinsko-turbinsko postojenje (Zatvoreni proces)Slika 2.4. Braytonov T-s dijagramSlika 2.5. Shema parno-turbinskog postrojenjaSlika 2.6 T-s dijagram Carnotovog procesa s vlažnom paromSlika 2.7 Slika T-s dijagram idealnog procesa parno-turbinskog postrojenja (Rankineov proces)Slika 3.1. p-v dijagram kompresijeSlika 3.2 Ulazni i izlazni parametri kompresoraSlika 3.3. Plinske turbine sa svim radnim parametrimaSlika 3.4 T-S dijagram predstavljenog plinskog ciklusaSlika 3.5 p-v dijagram predstavljenog ciklusa

36

7. POPIS TABELA

Tabela 1.Fizičke karakteristike metanTabela 2.Usvojene veličineTabela 3. Parametri kompresoraTabela 4. Parametri turbine

37

8. POPIS DIJAGRAMA

Dijagram 1. Produkcija pare u zavisnosti od masenog protoka ispušnih plinovaDijagram 2. Proizvedena električna energija u zavisnosti od temp.dimnih plinovaDijagram 3. Stepeni iskorištenja ciklusa

38