Kogeneracijska postrojenja na biomasu

Doc.dr. Azrudin Husika

“Održiva daljinska grijanja neće koristiti fosilna goriva kao osnovno gorivo”

Prof.dr. Branislav Živković Mašinski fakultet Beograd

termoelektrana

primarna energija goriva

kotao

isporučena energija

toplota

električna energija

63 kg

KOGENERACIJA

primarna energija

goriva

isporučena energija

toplota

električna energija

82

KOGENERACIJA

Kogeneracija omogućava:

• efikasnije korištenje energije goriva• smanjenje emisija• proizvodnju elek. energije na mjestu potrošnje• veću sigurnost i fleksibilnost snabdjevanja• izbjegavanje gubitaka u prenosu i distribuciji• Minimalni preduslov isplativosti kogeneracije najčešće se definira kao postojanje kontinuirane potrebe za toplotnom energijom u trajanju od najmanje 4.500 sati godišnje

PODJELA CHP POSTROJENJA

Srednji kapaciteti:

• Na raspolaganju preko 10.000 tona biomase godišnje• Grijanje za naselja preko 10.000 stanovnika

CHP postrojenja se dijele prema načinu konverzije energije:

• Pogoni sa parnim ciklusom• Pogoni sa gasnim motorima i turbinama• Kombinovani procesi

IZBOR CHP POSTROJENJA

Preporuke:

• Mala CHP postrojenja do 100 kWel (Stirling motor – tehnologija u razvoju)

• Srednja CHP postrojenja od 200 - 2000 kWel (parne turbine i posebno ORC proces)

• Velika CHP postrojenja za snage preko 2 MWel (parne turbine)

TRŽIŠNI STATUS CHP NA BIOMASU

CHP SA PARNOM TURBINOM

Prednosti i nedostaci CHP sa parnom turbinom

Prednosti:• Mogućnost korištenja svih vrsta goriva• Komercijalna tehnologija• Mogućnost gradnje postrojenja velikih snaga  Nedostaci:• Niska efikasnost: snage < 5 MWe, ηel < 20% i visoki

specifični investicijski troškovi• Postrojenja snage do 20 MWe, povećanje ηel do 35% • Mala efikasnost kod djelimičnog opterećenja• Visoki troškovi rada• Korozija lopatica turbine (vlažnost ekspandirane pare

ograničiti na 12%)

CHP SA GASNIM MOTOROM

biogas

gasni motor

CHP sa gasnim motorom

CHP sa gasnim motorom

Za pokrivanje toplotnih potreba lokacije toplota se može dobiti:

- hlađenjem izduvnih gasova motora - hlađenjem motora vodom (temperatura cca. 108ºC) - hlađenjem ulja za podmazivanje (temperatura cca.

101ºC) i - sagorijevanjem gasa u namjenskom kotlu

• Uobičajeno postrojenje sadrži vršni kotao koji služi za pokrivanje lokacije toplotom

Karakteristike CHP sa gasnim motorom - Caterpillar

Kogeneracija Optereć.motora  100%

Optereć.motora 75%

Optereć.motora  50%

El. snaga  kWe 1136 852 571Hlađenje motora vodom  kW 582  471  367

Toplota iz ulja motora  kW  122  100 78Zračenje motora i generatora kW 182 155  114

Toplota iz hladnjaka  kW 170 141 107

Toplota izduvnih plinova  kW 1012 836 637

Ukupno topline: 1716 [kW]

1407 [kW]

1082 [kW]

Električna efikasnost ηEL  %  36,19 - -

Termička efikasnost ηt % 45,69 - -

Ukupna efikasnost % 81,88 - -

Prednosti i nedostaci CHP sa gasnim motorom

Prednosti :• Ukupna efikasnost pojedinačnih CHP sistema do 85% i više, zavisno od

krajnjeg potrošača• Mogućnost prilagođenja različitim zahtjevima vezano za energiju koju treba

dobiti na izlazu• Mogućnost obavljanja radova na održavanju na nekom od modula dok su

ostali moduli u pogonu  Nedostaci:• Životni vijek motora • Kod napajanja toplotom nije moguće postizanje visoke temperature, jer je

temperaturni nivo otpada suviše nizak• Unatoč višem ηEL još uvijek ne zauzimaju značajniji tržišni udjel (razlog:

sastav reaktorskog gasa zavisi od vrste biomase i primjenjene tehnologije gasifikacije)

• Reaktorski gas (singas) je slabe kvalitete i iznosi 15-20% ogrijevne vrijednosti prirodnog gasa (toplotna moć singasa je od 4 do 6 MJ/Nm3)

• Najveći problem je uklanjanje štetnih tvari nastalih u procesu gasifikacije (katran, čestice, alkalne spojeve, sumpor i azot) i vecina komponenti ovog CHP služi za pripremu i obradu reaktorskog plina

Osnovni podaci o CHP sa gasnim motorom

Veličina postrojenja od 600-2000 kW Jedinica Vrijednost

Specifični troškovi ulaganja EUR/kWe 1250-1800

Specifični troškovi održavanja EUR/kWh 0,2-0,3

Električna efikasnost

% 28-31

Termička efikasnost % 52-57

Ukupna efikasnost % 80 - 88

ORC KOGENERACIJSKO POSTROJENJE

Kotao za zagrijavanje termičkog ulja

ORC kogeneracijsko postrojenje

T-s dijagram

T-s dijagrami fluida najčešće korištenih ili razmatranih za

ORC sistem

ORC kogeneracijsko postrojenje

• Procijenjena ukupna izlazna snaga ORC postrojenja je oko 1,3 GWe

• Ukupna energijska efikasnost ORC ciklusa je vrlo velika

• Od 98% toplote termičkog ulja 20% se konvertuje u električnu, a oko 78% u toplotu. Oko 2% ulazne energije su gubici na različitim komponentama ORC postrojenja

Tržišna evolucija ORC

Prednosti ORC • Relativno visoka iskoristivost na nižim opterećenjima -

prednost kod pogona u režimu koji slijedi potražnju za toplotom

• Korištenjem termičkog ulja umjesto vode omogućen je pogon kotla loženog biomasom na atmosferskom pritisku s čime se, u poređenju s vodeno - parnim procesom, smanjuju naprezanja i produžava vijek trajanja kotla

• Sazrela tehnologija• Ostvaruje veliki broj radnih sati godišnje pri punom

opterećenju• Proces se može potpuno automatizirati• Niski troškovi održavanja (4 sata sedmično)• Radni fluid se mijenja svakih 20 godina (silikonski fluid)• Mali nivo buke od 75 dB na udaljenosti od 1m

Nedostaci ORC

• Visoki specifični investicijski troškovi (kod manjih postrojenja (>4000 EUR/kWe)

• Zapaljivost organskog radnog fluida na sobnim temperaturama, kao i potrebna primjena dodatnih mjera zaštite od propuštanja vrelouljnog kotla

• Visoka temperatura izlaznih plinova iz kotla što može smanjiti učinkovitost kotla. Neophodno je iskorištenje toplote dimnih plinova za predgrijavanje zraka za sagorijevanje i predgrijavanje radnog fluida

Osnovni podaci o ORC

Veličina postrojenja od 500 kW (biomasa) Jedinica Vrijednost

Specifični troškovi ulaganja EUR/kW cca. 3800

Silikonsko ulje EUR/l 22

Specifični troškovi održavanja

EUR/kWh 0,007

Električna efikasnost % 15-20

Ukupna efikasnost % 85

Emisija ( NOx) mg/Nm3 Ovisno o gorivu250-400

Poređenje ORC 650 i DD Gas 600

Parametar Jedinica mjere ORC 650 DD gas 600

Snaga (električna) kW 650 600

Snaga (toplotna) kW 3.250 790

Ukupna efikasnost sistema % 86 64

Broj punih sati rada h 6.000 6.000

Godišnja količina goriva kWh 27. 857. 143 13.090.909

Godišnja proizvodnja električne energije kWh 3.322.243 3.383.064

Godišnja proizvodnja toplotne energije kWh 20.057.143 4.470.000

Instalirana ORC kogeneracijska postrojenja u okruženju

ORC postrojenje u Hrvatskoj

Klijent: Spin Valis d.d.Primjena: Pilana/sušaraMjesto: PožegaORC model: Turboden 14 CHP split

Hvala na pažnji!