6
Ź ródła ciepła i energii elektrycznej 14 10/2011 www.informacjainstal.com.pl Kogeneracja – optymalizacja doboru technologii szansą rozwoju przedsiębiorstwa ciepłowniczego Cogeneration – optimizing selection of technology an opportunity for development of heating company Krzysztof figat Dylematy przedsiębiorstw ciepłowniczych Początek drugiej dekady obecnego stulecia jest okresem wejścia polskiego ciepłownictwa w całkiem nowe warunki funkcjonowa- nia. Dostosowanie się do nich może warunkować istnienie wielu firm ciepłowniczych, w szczególności tych dla których podstawowym źródłem są kotłownie z wodnymi kotłami rusztowymi. Dyskryminacja węgla jako źródła energii może doprowadzić do dekompozycji systemów ciepłowniczych i upadku wielu firm dostarczających ciepło. z drugiej strony jest szansą na to, że tak diametralna zmiana warunków funkcjonowania ciepłownictwa będzie dla niego bardzo silnym bodźcem rozwojowym. zagrożenia dla firmy ciepłowniczej płyną z kilku źródeł. Pierwsze to dyrektywa o emisjach przemysłowych iED, która w dłuższym horyzoncie czasowym praktycznie uniemożliwi eksploatację instalacji węglowych o mocy większej niż 50 MW i kotłów o mocy powyżej 15 MW, liczonej w paliwie. Całkowicie nieekonomiczne będzie zabudowywanie do kotłów wodnych instalacji oczyszczania spalin spełniających wymagania dyrektywy. Dotyczyć to będzie ok. 200 firm ciepłowniczych z mocami instalacji między 50 MW a 200 MW. Dany jest na szczęście okres przejściowy do 31-12-2022 r., w którym instalacje oddane do eksploatacji przed 27-11-2003 r. będą podlegać standardom określonym w rozporządzeniu z kwietnia 2011 r. Drugim czynnikiem zmieniającym zasadniczo warunki funkcjonowania ciepłownictwa jest tzw. dyrektywa EU Ets, która rozszerza wspólnotowy system handlu prawami do emisji gazów cieplarnianych. od 2013 r. nie będzie już darmowych przydziałów limitów emisji dwutlenku węgla w pełnej wysokości. stopniowemu zmniejszeniu będą ulegały przydziały, aż do 2022 r. od kiedy to prawie całość uprawnień konieczna będzie do zakupu (dla instalacji powyżej 20 MW). Biorąc pod uwagę emisyjność węgla energetycznego należy w przyszłości przewidzieć zakup ok. 2 Mg Co 2 na każdą tonę spalonego węgla. zakładając cenę 1 Mg Co 2 na poziomie 20 EUr (prognozy mówią o cenie między 30 a 40 EUr), to wzrost kosztów pozyskania paliwa na energię nie objętą darmowymi przydziałami wyniesie ok. 160 zł/Mg czyli podniesie cenę węgla o ponad 50% w stosunku do cen bieżących. Poza kosztami zwią- zanymi z zakupem praw do emisji dwutlenku węgla, już od przyszłego roku planowane jest wprowadzenie podatku akcyzowego na węgiel. Co ciekawe w dotychczasowych pracach nad tym podatkiem planuje się wykluczyć z niego producentów energii elektrycznej i gospodarstwa domowe. Nie obejmie on na razie innych paliw kopalnych. Propozycje co do wysokości tego podatku wynoszą dla węgla energetycznego 23 zł/Mg. intencją Ministerstwa finansów jest, aby zaczął on obowiązywać od 2012 r. Biorąc pod uwagę powyższe zagrożenia, pewne jest, że przedsiębiorstwa, które biernie wejdą w nowe warunki funkcjonowania rynku nie utrzymają się na nim i będą musiały zbankrutować. Może to doprowadzić do poważnych problemów dla samorządów, na których terenie działają takie przedsiębiorstwa, ponieważ skutkiem bierności będzie dekompozycja systemu ciepłowniczego lub jego całkowity zanik, a co za tym idzie nawet powrót do źródeł ciepła o tzw. niskiej emisji. Co gorsze obecna sytuacja finansowa branży jest zła i stojąc u progu zmian zasad funkcjonowania rynku ciepła niewiele firm ma możliwości finansowe, aby zapoczątkować dosto- sowanie się do nowej rzeczywistości. Dzisiaj zasadnicze pytanie brzmi: w jakim kierunku przekształcać przedsiębiorstwo, aby mogło nie tylko przetrwać w nowych warunkach ale i było zdolne do rozwoju z korzyścią dla klientów i właściciela. Najłatwiejsze do zidentyfikowania są dwie dostoso- wawcze drogi. Jedna to „kontrolowany” demontaż źródła na dwa lub nawet trzy mniejsze, pozwalający uniknąć konsekwencji dyrek- tywy iED, a w niektórych przypadkach i dyrektyw dot. emisji gazów cieplarnianych. takie działania są możliwe przy systemach między 50 a 100 MW i mają już dzisiaj miejsce o czym świadczy fakt, że firmy ciepłownicze „reaktywują” mniejsze kotłownie osie- dlowe, które w latach 90-tych były przyłą- czane do sieci ciepłowniczej i zamykane. Może to pomóc przedsiębiorstwu w prze- trwaniu, ale na pewno nie daje żadnej szansy na rozwój, dywersyfikację przy- chodów czy poprawę rentowności. Druga droga to budowa układu koge- neracyjnego na bazie systemu ciepłowni- czego. Wymaga ona podjęcia ryzyka technicznego i finansowego, skoordyno- wania wielu aktywności przedsiębiorstwa, Krzysztof figat – Przedsiębiorstwo Energetyczne w siedlcach sp. z o.o. stowarzyszenie Niezależnych Wytwórców Energii skojarzonej Tabela 1. Standardy emisyjne ze spalania węgla. Źródło: Projekt rozporządzenia w sprawie standardów emisyjnych Przedział mocy źródła 50..100 MW 100..300 MW iED (od 01-01-2016) aktualny iED (od 01-01-2016) aktualny so2 mg/Nm3 400 1500 250 1500 Nox mg/Nm3 300 600 (400) 200 600 (400) Pył mg/Nm3 30 100 25 100

Kogeneracja – optymalizacja doboru technologii szansą rozwoju … · 2011-11-04 · Kogeneracja – optymalizacja doboru technologii szansą rozwoju przedsiębiorstwa ciepłowniczego

  • Upload
    others

  • View
    0

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Kogeneracja – optymalizacja doboru technologii szansą rozwoju … · 2011-11-04 · Kogeneracja – optymalizacja doboru technologii szansą rozwoju przedsiębiorstwa ciepłowniczego

Ź ródła ciepła i energii elektrycznej

14 10/2011 www.informacjainstal.com.pl

Kogeneracja – optymalizacja doboru technologii szansą rozwoju przedsiębiorstwa ciepłowniczego

Cogeneration – optimizing selection of technology an opportunity for development of heating company

Krzysztoffigat

Dylematy przedsiębiorstw ciepłowniczych

Początekdrugiejdekadyobecnegostuleciajestokresemwejściapolskiegociepłownictwawcałkiemnowewarunkifunkcjonowa-nia.Dostosowaniesiędonichmożewarunkowaćistnieniewielufirmciepłowniczych,wszczególnościtychdlaktórychpodstawowymźródłemsąkotłowniezwodnymikotłamirusztowymi.Dyskryminacjawęglajakoźródłaenergiimożedoprowadzićdodekompozycjisystemówciepłowniczychiupadkuwielufirmdostarczającychciepło.zdrugiejstronyjestszansąnato,żetakdiametralnazmianawarunkówfunkcjonowaniaciepłownictwabędziedlaniegobardzosilnymbodźcemrozwojowym.

zagrożeniadlafirmyciepłowniczejpłynązkilkuźródeł.PierwszetodyrektywaoemisjachprzemysłowychiED,którawdłuższymhoryzoncieczasowympraktycznieuniemożliwieksploatacjęinstalacjiwęglowychomocywiększejniż50MWikotłówomocypowyżej15MW, liczonejwpaliwie.Całkowicie nieekonomicznebędzie zabudowywaniedo kotłówwodnych instalacji oczyszczania spalinspełniającychwymaganiadyrektywy.Dotyczyćtobędzieok.200firmciepłowniczychzmocamiinstalacjimiędzy50MWa200MW.Dany jestnaszczęścieokresprzejściowydo31-12-2022r.,wktóryminstalacjeoddanedoeksploatacjiprzed27-11-2003r.będąpodlegaćstandardomokreślonymwrozporządzeniuzkwietnia2011r.

Drugimczynnikiemzmieniającymzasadniczowarunkifunkcjonowaniaciepłownictwajesttzw.dyrektywaEUEts,którarozszerzawspólnotowysystemhandluprawamidoemisjigazówcieplarnianych.od2013r.niebędziejużdarmowychprzydziałówlimitówemisjidwutlenkuwęglawpełnejwysokości.stopniowemuzmniejszeniubędąulegałyprzydziały,ażdo2022r.odkiedytoprawiecałośćuprawnieńkoniecznabędziedozakupu(dlainstalacjipowyżej20MW).Biorącpoduwagęemisyjnośćwęglaenergetycznegonależywprzyszłościprzewidziećzakupok.2MgCo2nakażdątonęspalonegowęgla.zakładająccenę1MgCo2napoziomie20EUr(prognozymówiąoceniemiędzy30a40EUr),towzrostkosztówpozyskaniapaliwanaenergięnieobjętądarmowymiprzydziałamiwyniesieok.160zł/Mgczylipodniesiecenęwęglaoponad50%wstosunkudocenbieżących.Pozakosztamizwią-zanymizzakupemprawdoemisjidwutlenkuwęgla,jużodprzyszłegorokuplanowanejestwprowadzeniepodatkuakcyzowegonawęgiel.Cociekawewdotychczasowychpracachnadtympodatkiemplanujesięwykluczyćzniegoproducentówenergiielektrycznejigospodarstwadomowe.Nieobejmieonnarazieinnychpaliwkopalnych.Propozycjecodowysokościtegopodatkuwynosządlawęglaenergetycznego23zł/Mg.intencjąMinisterstwafinansówjest,abyzacząłonobowiązywaćod2012r.

Biorącpoduwagępowyższezagrożenia,pewnejest,żeprzedsiębiorstwa,którebierniewejdąwnowewarunkifunkcjonowaniarynkunieutrzymająsięnanimibędąmusiałyzbankrutować.Możetodoprowadzićdopoważnychproblemówdlasamorządów,naktórychtereniedziałajątakieprzedsiębiorstwa,ponieważskutkiembiernościbędziedekompozycjasystemuciepłowniczegolubjegocałkowityzanik,acozatymidzienawetpowrótdoźródełciepłaotzw.niskiejemisji.Cogorszeobecnasytuacjafinansowabranżyjestzłaistojącuproguzmianzasadfunkcjonowaniarynkuciepłaniewielefirmmamożliwościfinansowe,abyzapoczątkowaćdosto-sowaniesiędonowejrzeczywistości.

Dzisiajzasadniczepytaniebrzmi:wjakimkierunkuprzekształcaćprzedsiębiorstwo,abymogłonie tylkoprzetrwaćwnowychwarunkachaleibyłozdolnedorozwojuzkorzyściądlaklientówiwłaściciela.Najłatwiejszedozidentyfikowaniasądwiedostoso-wawczedrogi.Jednato„kontrolowany”demontażźródłanadwalubnawettrzymniejsze,pozwalającyuniknąćkonsekwencjidyrek-tywy iED,awniektórychprzypadkach i dyrektywdot. emisji gazówcieplarnianych. takiedziałania sąmożliweprzy systemachmiędzy50a100MWimająjużdzisiajmiejsceoczymświadczyfakt,żefirmyciepłownicze„reaktywują”mniejszekotłownieosie-dlowe,którewlatach90-tychbyłyprzyłą-czanedosieciciepłowniczejizamykane.Możetopomócprzedsiębiorstwuwprze-trwaniu, ale na pewno nie daje żadnejszansy na rozwój, dywersyfikację przy-chodówczypoprawęrentowności.

Drugadrogatobudowaukładukoge-neracyjnegonabaziesystemuciepłowni-czego. Wymaga ona podjęcia ryzykatechnicznego i finansowego, skoordyno-waniawieluaktywnościprzedsiębiorstwa,

Krzysztoffigat–PrzedsiębiorstwoEnergetycznewsiedlcachsp.zo.o.stowarzyszenieNiezależnychWytwórcówEnergiiskojarzonej

Tabela 1. Standardy emisyjne ze spalania węgla. Źródło: Projekt rozporządzenia w sprawie standardów emisyjnych

Przedziałmocyźródła

50..100MW 100..300MW

iED(od01-01-2016) aktualny iED(od01-01-2016) aktualny

so2 mg/Nm3 400 1500 250 1500

Nox mg/Nm3 300 600(400) 200 600(400)

Pył mg/Nm3 30 100 25 100

Page 2: Kogeneracja – optymalizacja doboru technologii szansą rozwoju … · 2011-11-04 · Kogeneracja – optymalizacja doboru technologii szansą rozwoju przedsiębiorstwa ciepłowniczego

15www.informacjainstal.com.pl 10/2011

Źród

ła c

iepł

a i e

nerg

ii el

ektr

yczn

ej

aby w efekcie finalnym poza bezpiecz-nymfunkcjonowaniemnarynkumożliwybył dalszy rozwój zarówno w obszarzesystemuprzesyłujakiźródłaciepła.ana-lizując dane dot. przedsiębiorstw cie-płowniczych (infomacja techniczno-eko-nomiczna igCP) widać niezbicie, że tefirmyktórewciąguostatnichdziesięciulat„odważyły” się na uruchomienie źródełkogeneracyjnych są dzisiaj w dużo lep-szej sytuacji zarówno finansowej jaki technicznej (lepiej dostosowane donowych warunków rynku). zdobyte

doświadczenieułatwia impodejmowaniedalszychdecyzjirozwojowych.

Kogeneracja, ale jaka?

Budowa instalacji kogeneracyjnej nabaziesystemuciepłowniczegojestnatural-nym etapem rozwoju przedsiębiorstwaciepłowniczego. zalety kogeneracji sąłatwedozidentyfikowaniazarównowskalimikro jak i makroekonomicznej. Należądonich:l lepszewykorzystanieenergiipierwotnej;l mniejsza emisja zanieczyszczeń ze

źródła;l niższekosztyzewnętrzne;l dłuższy czas korzystania z paliw

kopalnych;l generacjarozproszona–unikanieroz-

budowysieciprzesyłowych;l inwestycjewmałychiśrednichmiastach;l szansa na szybkie zwiększenie mocy

wytwórczych w KsE – (możliwośćzabudowy kilku tysięcy MW mocyelektrycznej w pełnej kogeneracji naistniejących systemachciepłowniczych– alternatywa dla budowy nowychblokówkondensacyjnych);

l obowiązekprzyłączaniasiębudynkówdosieciciepłowniczychzasilanychzeźródeł kogeneracyjnych, gdzie 75%ciepła pochodzi z wysokosprawnejkogeneracji;

l dywersyfikacja przychodów przedsię-biorstwa ciepłowniczego i szansa napoprawęwynikówfinansowych;

Najważniejszązaletąwytwarzaniaskojarzonegociepłaienergiielektrycznejjestoszczędnośćenergiipierwotnej,którawarunkujesensbudowyźródełkogeneracyjnych.imwiększesąmożliwościoszczędzaniatejenergiitymbardziejzasadnejestbudowanieźródłakogene-racyjnego.Najlepszeefektydajeprodukcjaenergii elektrycznej zeźródłaowysokosprawnej kogeneracji tzn. takiej, którazapewniaoszczędnośćenergiipierwotnejwporównaniuzwytwarzaniemrozdzielonym(oreferencyjnychsprawnościach)niemniejniż10%.Dlaprzykładuoszczędnościpaliwaprzyprodukcjienergiielektrycznejiciepławprostymblokuskładającymsięzrusztowegokotłaparowegoi turbinyparowejwporównaniuzwytwarzaniemrozdzielonymwciepłownizwodnymikotłamiielektrownikondensacyjnejopalanejwęglemwynosząok.20%.gdyporównamytowytwarzanierozdzielonedowytwarzaniawblokugazowo-parowymtooszczędnościsięgają30%energiipierwotnej.Mechanizmuzyskiwaniaoszczędnościenergiiprzedstawiająrysunki2dlatypowejkogeneracjiopartejnawęglukamiennymi3dlaposiadającejwyższewskaźnikioszczędnościenergiipierwotnejkogeneracjigazowej.

Decydującsięnawprowadzeniekogeneracjijakoźródłaciepłamamydowyboruszerokizakrestechnologii,któremożnadopasowaćdokażdegosystemuciepłowniczegoDonajczęściejstosowanychnależą:l turbinaparowa(przeciwprężnalubupustowo-kondensacyjna)zasilanaparąwytwarzanąwkotleopalanymwęglemi/lubbioma-

są(typowasprawnośćelektrycznaηe:20-30%),l układgazowo-parowy(turbinagazowawukładziekombinowanymzodzyskiemciepła)(ηe:35-52%),

Rys. 1 Przydział darmo-wych uprawnień dla ciepła – dla staty-stycznej instalacji ciepłowniczej w warunkach pol-skich z uwzględnie-niem przydziału dla gospodarstw domo-wych (l.upr./GJ)

Rys. 3. Mechanizm uzyskiwanej w kogeneracji gazowej oszczędności paliwa

Rys. 2. Mechanizm uzyskiwanej w kogeneracji oszczędności paliwa

Page 3: Kogeneracja – optymalizacja doboru technologii szansą rozwoju … · 2011-11-04 · Kogeneracja – optymalizacja doboru technologii szansą rozwoju przedsiębiorstwa ciepłowniczego

16 10/2011 www.informacjainstal.com.pl

Ź l turbinagazowazkotłemodzyskowym

(ηe:28-39%),l silnik spalinowy (tłokowy, stirlinga)

(ηe:35-45%).

Blok z turbiną parową

Dobierając układ kogeneracyjnyzawsze należy jako podstawę doboruprzyjąćuporządkowanywykresmocysys-temuciepłowniczego.Wprzypadkuzabu-dowy bloku parowego (kocioł parowy +turbina parowa) przy kotłowni wodnej,najczęściej mamy do czynienia z takimdoborem,abywokresie letnimpracowałonzminimumtechnologicznym,awsezo-niezimowymjaknajlepiejpokrywałpod-stawęobciążenia.schemat takiegoblokuoraz pokrycie nim obciążeń cieplnychprzedstawiająrysunki4i5.

Jest to rozwiązanienajefektywniejszeekonomicznie, biorąc pod uwagę czasi parametry pracy turbiny parowej.zapewnia maksymalny czas pracyipozwalanadobórturbinyzpogorszonąpróżniąidośćniskątemperaturąparynawylocie(od78°C).alewkontekściezmianjakie czekają ciepłownictwo w najbliż-szychlatach,wdalszymciąguniezbędnajestprzez6miesięcypracakotłówwod-nych, a obserwowany spadek zapotrze-bowaniana ciepłow leciemożedopro-wadzićdokoniecznościzamknięciablokuw miesiącach letnich. taki układ niezapewnia spełnienia dyrektyw iED, nieoddalazagrożeńzwiązanychzkoniecz-nością zakupu limitów emisji dwutlenkuwęglaimożebyćtraktowanyjakopierw-szyetaprozwojukogeneracjiwprzedsię-biorstwie.Podejmującdecyzjeinwestycyj-ne te czynniki powinny być wzięte poduwagę.Wydajesięwięczasadnymdobórurządzeńoddzielnych,dedykowanychnapotrzebysezonuletniego,którybrałbypoduwagęmożliwyspadekzapotrzebowanianaciepłąwodę.Jednostkikogeneracyjnepowinnypozostawiaćpokrycieobciążeńprzezkotływodnewjaknajkrótszymokresiesezonugrzewczego.Najlepiejbybyłogdybypotrzebnadopracymockotłówwodnychnieprzekraczała50MW.Narysunku6przedstawionyjestprzykładowyschemattakiejjednostkibazującejnaturbinieparowejupu-stowo-przeciwprężnej.reżimpracytakiegoblokupozwalazoptymalizowaćsprawnośćelektrycznądlakażdychwarunkówpracysieciciepłowniczej.rysunek7obrazujepokrycieobciążeńcieplnychprzezzoptymalizowanyukładkogeneracyjny.Widać,żepracakotłówwodnychnieprzekracza1500hrocznieimożliwebyłobyobniżenieichkoniecznejmocywpaliwieponiżej50MW.skut-kujetokoniecznościąbudowaniakosztownychinstalacjioczyszczaniaspalinwyłączniedlablokukogeneracyjnego.

Blokzturbinąparowąjestdobrymrozwiązaniemkogeneracyjnymprzykonwersjikotłowniwodnejnakotłownięparową.Pozwalawykorzystaćurządzeniagospodarkiwęglowejinienastręczyproblemóweksploatacyjnychobsłudzekotłowni.Charakteryzujesiędużąelastycznościąobciążeńcieplnych(możliwapracablokuwokresieletnimjakiwpodstawieobciążeńzimowych).osiągiblokusąprawieniezależneodtemperaturyzewnętrznejiciśnieniaatmosferycznego.rodzajpaliwazależnyjesttylkoodparametrówkotła.Możetobyćwęgiellubbiomasa.turbinaparowajesturządzeniem,któremadługiczaspracydoremontugłównego,aremontyoferowanesąprzezwielepodmiotów.Bloktakiposiadajednakdwieistotnewady.Charakteryzujesięniskąsprawnościąelektryczną(ok.20%)zewzględunapracęnasystemciepłowniczyiprostyukładparowyorazwysokimikosztamiinwestycyjnymi(od6do10mlnzł/MW).Dlapokryciaobciążeńletnichnajlepszewydająsięurządzeniabazującenagazieziemnym.zewzględunaniewielkiezmianyobciążeńmogąonemaksymalniewykorzystaćmoczamówionącooptymalizujekosztpaliwaWzależnościodwielkościzapotrzebowanianaciepłomożetobyćsilniklubturbinagazowa.

Blok z turbiną gazową

Podejmującdecyzjęobudowiejednostkikogeneracyjnejnabazieturbinygazowej,należyjakopunktwyjściaprzyjąćcharakte-

Rys. 4. Schemat bloku kogeneracyj-nego z turbiną parową o mocy 7,35 MW. Źródło: PEC Suwałki

Rys. 5. Pokrycie obciążeń cieplnych systemu ciepłowniczego w Suwałkach. Źródło: PEC Suwałki

Page 4: Kogeneracja – optymalizacja doboru technologii szansą rozwoju … · 2011-11-04 · Kogeneracja – optymalizacja doboru technologii szansą rozwoju przedsiębiorstwa ciepłowniczego

17www.informacjainstal.com.pl 10/2011

Źród

ła c

iepł

a i e

nerg

ii el

ektr

yczn

ej

rystykę obciążenia sieci ciepłowniczejw postaci uporządkowanego wykresuobciążeń. Jej skala i możliwości produk-cyjne powinny, poza maksymalizacjąwykorzystania mocy, podobnie jak przyzabudowie bloku parowego, zapewniaćstabilne funkcjonowanie przedsiębiorstwaw zmieniających się warunkach funkcjo-nowania ciepłownictwa.gazziemny jestpaliwem, którego stosowanie zapewniaspełnienie wymagań dyrektywy iED orazobniża emisyjność dwutlenku węglaw porównaniu z technikami węglowymi.EmisyjnośćCo2dlawęglawynosi96Mg/tJagazuziemnegotylko54Mg/tJ.Mimoto, dotychczasowe zastosowania turbingazowychwobiektachciepłowniczychnienależących do energetyki zawodowejograniczały się do zabudowy urządzeńpokrywających letnią podstawę obciąże-nia.sątotypoweurządzeniapowiązanezkotłemwodnymwukładzieprostym.

Na rysunku 8 przedstawiony zostałtypowy układ turbiny gazowej z kotłemwodnymwukładzieprostym.takdobiera-neurządzeniapokrywająstosunkowonie-wielkiezapotrzebowaniacieplnesystemu.Na rysunku 9 pokazany został stopieńpokrycia zapotrzebowania na ciepłoprzez dwie turbiny gazowe taurus t-70omocy7,3MWezkotłamiodzyknicowymiomocy11,2MWtkażdy,zainstalowanewPrzedsiębiorstwieEnergetycznymwsiedlcach.sprawnośćelektrycznaturbinwynosiok.33%,acałkowitaelektrociepłowniok.86%.Urządzeniatedoskonalesprawdzająsięprzywspółpracyzsystememciepłowniczym,mająwysokądyspozycyjność,aicheksploatacjadałapozytywneefektyekonomiczne.

JednakbiorącpoduwagędyrektywęiED,ograniczenieprzydziałudarmowychemisjidwutlenkuwęglaiwprowadzeniepodatkuakcyzowegonawęgiel,Przedsiębiorstwoniejestprzygotowanenanowewarunkifunkcjonowaniarynkuciepła.abysprostaćnad-chodzącym zmianom podjęto decyzję o budowie bloku gazowo-parowego, którego moc cieplna będzie podstawą obciążeniasezonugrzewczego.Nowaelektrociepłowniaskładaćsiębędziezdwóchturbingazowychtytant-130omocy13,6MWekażdaiturbinyparowejupustowokondensacyjnejomocy9,5MWe.turbinygazowesprzężonebędązkotłamiparowymiowydajności17t/hparyzczłonemwodnym.Pracęturbinyparowejplanujesięwreżimieprzeciwprężnymzmożliwościądochładzaniawodysieciowejprzedskraplaczem.Moccieplnaelektrociepłowniwyniesie36MW,sprawnośćelektryczna41%,acałkowita83%.Narysunku10przedstawionyjestschematblokugazowoparowegozturbinąupustowo-kondensacyjną,obrazującyzasadędziałaniabudowanejelektrociepłowniwsiedlcach.

Dla tak skonfigurowanego źródła energii, dotychczas zainstalowane turbiny będą stanowiły podstawę dla obciążeń letnich,

Rys. 7. Zoptymalizowane pokrycie obciążeń cieplnych

Rys. 9. Pokrycie zapotrzebowania na ciepło przez elektrociepłownię w Siedlcach. Źródło: PE w Siedlcach

Rys. 6. Schemat bloku kogeneracyjnego z turbiną upustowo przeciwprężną

Rys. 8. Schemat układu kogeneracyjnego z turbiną gazową w układzie prostym. Źródło: J. Paska Wytwarzanie rozproszone energii elektrycznej i ciepła

Page 5: Kogeneracja – optymalizacja doboru technologii szansą rozwoju … · 2011-11-04 · Kogeneracja – optymalizacja doboru technologii szansą rozwoju przedsiębiorstwa ciepłowniczego

18 10/2011 www.informacjainstal.com.pl

Ź a w sezonie zimowym będą pracowałyjakomocepodszczytowe.Poza tym, jed-nymz celów rozbudowykogeneracji jestograniczenieniezbędnejmocywkotłowniwodnejponiżej50MWliczonychwpali-wie czyli do ok. 45 MW dyspozycyjnejmocy cieplnej. zoptymalizowany rozkładpokrycia zapotrzebowania na ciepłowsystemiemiastasiedlcepowybudowa-niublokugazowo-parowegoprzedstawiarysunek11.

tak skonfigurowane źródło ciepła,wyposażonewturbinygazowedopracyletniej ipodszczytowej,blokgazowo-pa-rowy jako podstawowe źródło ciepłai szczytowe kotływodne, spełniawyma-gania dyrektywy iED. skala produkcjienergiielektrycznejpowoduje,żekoniecz-ność zakupu dwutlenku węgla nie przy-czyni się do podniesienia cen ciepłapowyżejpoziomuakceptowalnegoprzezrynek.

Decydującsięnaturbinygazowejakogłówneurządzeniakogeneracyjne,należybrać pod uwagę ich charakterystycznecechyeksploatacyjne:l wysokadyspozycyjność,l niskiekosztyeksploatacyjnedoremon-

tugłównego,l niewielkie obniżenie sprawności do

remontugłównego,l łatwość odbioru ciepła przy dowol-

nychparametrachnośnikaciepła,l dobrawspółpracazeźródłemwęglo-

wym,l sprawność elektryczna w układzie

prostym zbliżona do silników tłoko-wych,

l długi okres eksploatacji urządzeńgłównych,

l stosunkowodużazależnośćsprawno-ścielektrycznejodtemperaturyiciśnie-niaatm,

l niewielka elastyczność obciążeniacieplnego ze względu na sprawnośćelektryczną,

l niskosprawneukładyponiżej4MWe,l kosztownyserwisproducenta,l remontgłównydostępny tylkoupro-

ducenta urządzeń (przy mocach do50MW),

l konieczność doprowadzenia gazuowysokimciśnieniu(pow.2MPa).

Silniki tłokowe

silniki tłokowecorazpowszechniejsąstosowanejakoźródłakogeneracyjne.rozwójtej technologiispowodowałjejpowszechnądostępnośćiszerokizakresoferowanychmocy(od50kWedo5MWe).Wtestachsąnawetsilnikiprzystosowanedospalaniagazuziemnegoomocachprzekraczających10MWe.Praktyka jednakwskazuje,żesprawdzoneukładyzpozytywnymi referencjaminieprzekraczają5MWe.Konkurującewtymzakresiemocyturbinygazowemająniskiesprawnościelektryczne(poniżej30%),codajezdecydowanąprzewagęsilnikomtłokowym.Wsystemachciepłowniczych,dlaktórychzapotrzebowanieletnienieprzekracza5MWtsilniktłokowyjestnajlepszymrozwiązaniemkogeneracyjnym.temperaturawodysieciowejwokresieletnimzregułynieprzekracza80oC,dziękiczemuodzyskciepłazsilnikabędziemaksymalny.osiąganesprawnościelektrycznewnajnowszychjednostkachprzekraczają

Rys. 11. Zoptymalizowane dopasowanie źródeł ciepła po rozbudowie elektrociepłowni w Siedlcach. Źródło: PE w Siedlcach

Rys. 10. Schemat bloku gazowo-parowego z turbiną upustowo-kondensacyjną. Żródło: J. Paska Wytwarzanie rozproszone energii elektrycznej i ciepła

Rys. 12. Schemat odzysku ciepła z silnika tłokowego. Źródło: Wartsila NSD

Page 6: Kogeneracja – optymalizacja doboru technologii szansą rozwoju … · 2011-11-04 · Kogeneracja – optymalizacja doboru technologii szansą rozwoju przedsiębiorstwa ciepłowniczego

19www.informacjainstal.com.pl 10/2011

Źród

ła c

iepł

a i e

nerg

ii el

ektr

yczn

ej

40%,acałkowiteosiągająnawet87%.Wadąukładówsilnikowychjestzróżnicowanyodzyskciepła.Pochodzionoażztrzechźródeł:spalin,chłodzeniablokusilnikaizchłodnicyoleju.Wysokotemperaturowejesttylkociepłozespalin(400oC-600oC),ciepłozchłodzeniablokusilnikanieprzekracza95oC,azchłodzeniaoleju85oC.rysunek12przedstawiawyprowadzenieciepłazsilnikatłokowego.

Decydującsięnasilnikoweukładykogeneracyjnenależywziąćpoduwagęichcechyeksploatacyjne:l ograniczonaelastycznośćobciążeńcieplnych(niezalecasiępracyponiżej50%mocyznamionowejsilnika;l osiągiblokuprawieniezależneodtemp.zewnętrznejiciśnieniaatm.;l możliwośćzasilaniagazemwysokometanowymjakibiogazemozawartościmetanuod40%;l wysokasprawnośćelektryczna–35%–45%,takżedlamałychukładówponiżej1MW;l wysokiekosztyeksploatacyjnewporównaniuzkonkurencyjnymitechnologiami;l dostępnośćczęścizamiennychpraktycznietylkoudostawcyurządzeń;l niższadyspozycyjnośćwstosunkudokonkurencyjnychtechnologii(zalecaneukładywielomaszynowe).

Wnioski

implementacjatechnikkogeneracyjnychdowodnychsystemówciepłowniczych,wperspektywiezmianjakieczekająciepłownictwowPolsce, jest jedynymdziałaniem,którepozwaladostosowaćsiędonich idajeszansęnarozwój.abyosiągnąćnajlepszyefekttakiegodziałania,przyprojektowaniujednostkikogeneracyjnejnależyjaknajpełniejwykorzystaćsystemciepłowniczydoprodukcjienergiielektrycznej.Pozwolitowprowadzićenergięelektrycznąjakowiodącyproduktprzedsiębiorstwa.

technologiakogeneracyjnapowinnabyćdobieranadokażdegosystemu indywidualnie,wzależnościoddostępnościpaliwa,obciążeńcieplnychiparametrówtechnicznychsystemuciepłowniczego.omówionewyżejidostępnenarynkutechnikikogeneracyjnemożliwesądozastosowaniawkażdymsystemieciepłowniczymbezwzględunacharakterystykitemperaturowe.Wskazanejestroz-ważeniemożliwościzastosowaniajakopaliwadodatkowegobiomasylubbiogazuzbiogazownirolniczej.

Warte rozważenia jest takżewybudowaniew sąsiedztwie systemuciepłowniczegowporozumieniuz lokalnym samorządem,zakładu termicznej obróbki odpadów. Dostępne technologie pozwalają w sposób ekonomiczny spalać odpady w instalacjachowydajnościod10Mg/h.Ciepłoztakiejspalarnimogłobybyćźródłemdlapodstawyobciążeniasystemu.

We wszystkich pracach studialnych dotyczących instalacji kogeneracyjnych przy systemach ciepłowniczych należy brać poduwagęmożliwośćfunkcjonowaniaprzedsiębiorstwapowejściuwżycieprzepisówdotyczącychemisjiprzemysłowychihandluCo2.

Powybraniuodpowiedniejskaliitechnikikogeneracyjnej,największymproblemembędziesfinansowanieprojektu.zewzględunaogromnepotrzebyfinansowefirmciepłowniczychijednocześnieichniskąrentownośćpotrzebnebędziewsparciefunduszyekolo-gicznychnadużąskalę.Wysokakapitałochłonnośćinwestycjienergetycznychwymaga,abygłównymźródłemichfinansowaniabyłyniskooprocentowanedługoterminowepożyczkiookresiespłatynawetdo20lat.

n