EFEKTYWNOŚĆ KONWERSJI ENERGII CHEMICZNEJ BIOMASY

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "EFEKTYWNOŚĆ KONWERSJI ENERGII CHEMICZNEJ BIOMASY"

Judyta Wieczorek
5 lat temu
Przeglądów:

Technologii w Energetyce - Spalanie Biomasy

1 EFEKTYNOŚĆ KONERSJI ENERGII CHEMICZNEJ BIOMASY DO ENERGII ELEKTRYCZNEJ TECHNOLOGII SPÓŁSPALANIA Krzysztof GŁÓD, Stanisław TOKARSKI, Marek ŚCIĄŻKO, Jarosław ZUAŁA Forum Technologii w Energetyce - Spalanie Biomasy 20 i 21 października 2016 w Hotelu odnik, Słok k/ Bełchatowa

2 DLACZEGO ODNAIALNE ŹRODŁA ENERGII? Zrównoważony rozwój Ograniczenie emisji CO2 Dywersyfikacja produkcji energii Ograniczenie zużycia paliw kopalnych Zwiększenie bezpieczeństwa energetycznego Nowoczesna ideaenergetyka rozproszona

3 YKORZYSTANIE POTENCJAŁU Bezpieczeństwo energetyczne jest to stan gospodarki umożliwiający pokrycie bieżącego i perspektywicznego zapotrzebowania odbiorców na paliwa i energię w sposób technicznie i ekonomicznie uzasadniony, przy zachowaniu wymagań ochrony środowiska; Równoważenie dostaw energii elektrycznej z zapotrzebowaniem na tę energię zaspokojenie możliwego do przewidzenia, bieżącego i perspektywicznego zapotrzebowania odbiorców na energię elektryczną i moc, bez konieczności podejmowania działań mających na celu wprowadzenie ograniczeń w jej dostarczaniu i poborze; Ustawa Prawo Energetyczne Średnioroczny czas wykorzystania ogniw fotowoltaicznych (1000) godzin elektrowni wiatrowych (3000) godzin elektrowni zasilanych węglem godzin elektrowni współspalających biomasę godzin

4 OCENA PRACY JEDNOSTEK SPÓŁSPALAJĄCYCH rozdział zużycia energii procesie współspalania węgla z biomasą nie ma możliwości technicznych bezpośredniego określenia zużycia energii na napęd urządzeń towarzyszących (dmuchawy, wentylatory, młyny itd.) związanej bezpośrednio z biomasą i z tego powodu konieczne jest zastosowanie metody pośredniej pozwalającej ma wyznaczenie tej części energii potrzeb własnych, która ma wpływ na efektywność konwersji biomasy Podstawą metodologii wyznaczania wskaźników pracy jednostek współspalających lub spalających biomasę była metoda kosztów unikniętych (metoda elektrowni równoważnych) wykorzystywana do wyznaczania wskaźników podczas skojarzonej produkcji energii elektrycznej i ciepła

5 PODSTAA METODOLOGII scenariusze wytwarzania enetrgii PRACA REFERENCYJNA I P REF SPÓŁSPALANIE I B SP BIOMASA I B SP ALTERNATYNA PRACA ĘGLOA I P AP EKIALENT ĘGLOY I EK ĘGIEL ĘGIEL I SP ĘGIEL I SP Referencyjna praca bloku spalającego wyłącznie węgiel. skaźniki pracy bloku, kotła oraz urządzeń pomocniczych przyjęto jako bazowe -referencyjne. spółspalanie gdy część energii chemicznej paliwa dostarczanego do kotła pochodzi z biomasy. Alternatywna praca węglowa (AP) - skaźniki pracy praca bloku wyznaczane są na podstawie danych pozyskanych z analizy dwóch powyższych konfiguracji przy założeniu, iż energia chemiczna z biomasy zastępowana jest energią z węgla wykorzystywanego przy współspalaniu (tzw. węglem ekwiwalentnym). przypadku wykorzystania w scenariuszu pracy referencyjnej oraz scenariuszu współspalania węgla o tych samych parametrach fizykochemicznych uzyskane wskaźniki przy alternatywnej pracy węglowej powinny być identyczne.

YZNACZENIE CHARAKTERYSTYKI BAZOEJ Przebieg charakterystyki jest słuszny w obrębie wyznaczonego zakresu analizy oraz przyjętego zespołu urządzeń Parametr Jedn.

6 YZNACZENIE CHARAKTERYSTYKI BAZOEJ Przebieg charakterystyki jest słuszny w obrębie wyznaczonego zakresu analizy oraz przyjętego zespołu urządzeń Parametr Jedn. KP-MB KP-MB 180 I SP k 4127,9 3169,7 4068,5 3804,3 3051,5 Cząstkowe obciążenie urządzeń potrzeb własnych związane z węglem w procesie współspalania b Iw SP kh/mg 46,1 48,8 46,4 47,7 48,7 I SP cząstkowe obciążenie urządzeń potrzeb własnych związane z węglem w procesie współspalania, M w SP strumień węgla doprowadzany w mieszance do kotła.

7 CZĄSTKOE OBCIĄŻENIE POTRZEB ŁASNYCH ZIAZANE Z BIOMASĄ Cząstkowe obciążenie urządzeń potrzeb własnych związane z biomasą w procesie współspalania I B SP I P SP I SP Jednostkowe obciążenie urządzeń potrzeb własnych związane z biomasą w procesie współspalania b IB SP I M B SP B SP Parametr Jedn. KP-MB KP-MB 180 I B SP k 283,9 410,1 298,6 394,3 510,2 b IB SP kh/mg 58,2 215,8 67,6 136,2 190,6 I P SP obciążenie urządzeń potrzeb własnych podczas pracy referencyjnej bazowej, I B SP cząstkowe obciążenie urządzeń potrzeb własnych związane z biomasą w procesie współspalania, b IB SP jednostkowe obciążenie urządzeń potrzeb własnych związane z biomasą w procesie współspalania, M B SP strumień biomasy doprowadzanej w mieszance do spalania.

8 ALTERNATYNA PRACA ĘGLOA Do oceny porównawczej uzyskanych wskaźników podczas współspalania konieczne jest określenie wskaźników jakie uzyskano by w przypadku spalania wyłącznie węgla użytego podczas współspalania. Ekwiwalent węgla kamiennego zastąpiony przez strumień biomasy M EK M B SP d db Sumaryczna ilość paliwa węglowego podczas alternatywnej pracy kotła spalającego wyłącznie węgiel (AP) M AP M SP M EK Cząstkowe obciążenie urządzeń potrzeb własnych związane z przygotowaniem ekwiwalentnego węgla zastępującego biomasę I EK I pw AP I SP skaźnik jednostkowego obciążenia prądowego urządzeń potrzeb własnych na jednostkę masy węgla ekwiwalentnego I EK b Iw EK M EK

9 ALTERNATYNA PRACA ĘGLOA skaźniki dla alternatywnej pracy węglowej Parametr Jedn. KP-MB KP-MB 180 M EK Mg/h 1,71 0,67 4,02 2,63 2,44 M AP Mg/h 91,35 65,67 91,66 82,44 65,06 I pw AP k 4176,2 3202,1 4184,7 3898,6 3172,7 I EK k 48,3 32,4 116,2 94,3 121,2 b Iw EK kh/mg 28,2 48,6 28,9 35,8 49,8 b IB SP kh/mg 58,2 215,8 67,6 136,2 190,6 pływ biomasy na pracę kotła i wytwarzanie energii elektrycznej Parametr Jedn. KP- KP- 180 KP- KP-MB 180 kb % 91,78 91,94 91,75 91,96 91,73 92,10 91,07 kn % 90,87 90,99 90,73 91,04 90,83 90,13 90,03 skaźnik jednostkowego obciążenia urządzeń potrzeb własnych na produkcję energii z OZE el OZE b I el OZE k/m oze ,7 34,0 68,6 97,4 b IelOZE I B E SP

10 UNIKNIĘTA EMISJA CO 2 Uniknięta emisja CO 2 wynika z różnicy między emisją CO 2 ze spalania wyłącznie węgla podczas alternatywnej pracy węglowej, a emisją ze spalania węgla w procesie współspalania, tj. pracą bloku przy produkcji tej samej ilości energii elektrycznej brutto, gdy część węgla zastąpiono biomasą. CO2 CO2 CO2 AP SP CO2 AP emisja CO 2 podczas alternatywnej pracy węglowej; Mg CO 2 /h; CO2 SP emisja CO 2 ze spalania węgla podczas współspalania; Mg CO 2 /h. przypadku natomiast, gdy utrzymywana jest stała produkcja energii elektrycznej netto (sprzedawana na zewnątrz), produkcja brutto musi wzrosnąć w wyniku zwiększonego zapotrzebowania na energię elektryczną na napęd potrzeb własnych związanych z konwersją biomasy. Sytuacja ta powoduje konieczność zwiększenia strumienia paliwa do kotła, w tym paliwa kopalnego, które w ostatecznym rozliczeniu zmniejsza unikniętą emisję ze współspalania. CO2 CO2 ( CO2 pw B CO2 pw EK ) CO2 pw B emisja CO 2 związana ze spaleniem paliwa na wytworzenie energii elektrycznej na pokrycie potrzeb własnych związanych z konwersją biomasy; Mg CO 2 /h; CO2 pw B emisja CO 2 związana ze spaleniem paliwa na wytworzenie energii elektrycznej na pokrycie potrzeb własnych związanych z konwersją ekwiwalentu węglowego; Mg CO 2 /h.

11 UNIKNIĘTA EMISJA CO 2 Rzeczywisty wskaźnik jednostkowej emisyjności dwutlenku węgla przy produkcji energii elektrycznej z odnawialnych źródeł wyznacza się z zależności: b CO2 CO2 E eloze przypadku konieczności utrzymywania stałej produkcji energii elektrycznej do sieci: b CO2 CO2 E elozenetto Jednostkowe zużycie energii elektrycznej na uniknięcie emisji dwutlenku węgla (kh/mgco2), definiowane jako dodatkowa ilość energii zużywana na potrzeby własne związane z konwersją biomasy w stosunku do unikniętej emisji CO2: b pw CO2 IBSP IEK CO2

wskaźnik obciążenia urządzeń potrzeb własnych na jednostkową produkcję energii z OZE

[kh/mg] sprawność eneretyczna kotła netto ZESTAIENIE SKAŹNIKÓ RÓŻNYCH TECHNOLOGII 92 90 88

KP biomasa 160 120 100 80 60 40 20 0 KF węgiel + biomasakp węgiel + biomasa KF biomasa KP

12 wskaźnik obciążenia urządzeń potrzeb własnych na jednostkową produkcję energii z OZE [k/moze] wskaźnik obciążenia urządzeń potrzeb własnych na jednostkowy strumień biomasy [kh/mg] sprawność eneretyczna kotła netto ZESTAIENIE SKAŹNIKÓ RÓŻNYCH TECHNOLOGII KF węgiel KF węgiel + biomasa KP węgiel KP węgiel + biomasa KF biomasa KP biomasa KF węgiel + biomasakp węgiel + biomasa KF biomasa KP biomasa KF węgiel + biomasa KP węgiel + biomasa KF biomasa KP biomasa

ZESTAIENIE SKAŹNIKÓ RÓŻNYCH TECHNOLOGII 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 KF węgiel + biomasa KP węgiel +

13 wskaźników jednostkowego zużycia energii na potrzeby własne dla uniknięcia emisji CO2 kh/mg CO2 wskaźnik jednostkowej uniknietej emisji CO2 na produkcją netto energii elektrycznej MgCO2/Mh ZESTAIENIE SKAŹNIKÓ RÓŻNYCH TECHNOLOGII 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 KF węgiel + biomasa KP węgiel + biomasa KF biomasa KP biomasa KF węgiel + biomasa KP węgiel + biomasa KF biomasa KP biomasa

PODSUMOANIE Przedstawiona metodologia pozwala na porównanie i ocenę efektywności konwersji energii chemicznej biomasy do energii elektrycznej.

14 PODSUMOANIE Przedstawiona metodologia pozwala na porównanie i ocenę efektywności konwersji energii chemicznej biomasy do energii elektrycznej. skaźniki te są podstawą do analiz energetycznych, środowiskowych oraz finansowych. Najniższym zużyciem potrzeb własnych przypadającym na produkcję energii z OZE charakteryzuje się współspalanie biomasy w kotle fluidalnym Najwyższymi wartościami wskaźników obciążeń potrzeb własnych na jednostkę wyprodukowanej energii charakteryzuje się technologia współspalania w kotle pyłowym. Na korzyść tej technologii współspalania w kotle pyłowym przemawia uzyskiwana najwyższa sprawność energetyczna netto kotła ze wszystkich technologii. Za tą technologią przemawia również możliwość uzyskiwania najwyższych sprawności wytwarzania energii elektrycznej ze względu na parametry cieplne pary zasilającej turbinę.

15 PODSUMOANIE Technologie współspalania pomimo uzyskiwania lepszych wskaźników posiadają ograniczenie w maksymalnej ilości dodawanej biomasy. Z tego względu dla wyprodukowania tej samej ilości energii elektrycznej OZE co w jednostce dedykowanej, należy proces współspalania realizować w kilku jednostkach. Analizowane technologie spalania/współspalania biomasy wykazują się wysokim poziomem dojrzałości technologicznej, ograniczającym negatywny wpływ spalania biomasy na bezpieczeństwo i parametry pracy urządzeń, co predysponuje je do stosowania jako efektywnych technologii ograniczania emisji CO2 będących alternatywą dla sekwestracji CO2.

INSTYTUT CHEMICZNEJ PRZERÓBKI ĘGLA ul. Zamkowa 1 41-803 Zabrze Telefon: 32 271 00 41 Fax: 32 271 08 09 E-mail: office@ichpw.pl Internet: www.ichpw.pl NIP: 648-000-87-65 Regon: 000025945 CENTRUM BADAŃ TECHNOLOGICZNYCH Tel.

16 INSTYTUT CHEMICZNEJ PRZERÓBKI ĘGLA ul. Zamkowa Zabrze Telefon: Fax: office@ichpw.pl Internet: NIP: Regon: CENTRUM BADAŃ TECHNOLOGICZNYCH Tel. sekretariat w. 300 Tel. Dyrektor Centrum cit@ichpw.pl CENTRUM BADAŃ LABORATORYJNYCH Tel. sekretariat w. Tel. Dyrektor Centrum cba@ichpw.pl

Podobne dokumenty

Metan z procesów Power to Gas - ekologiczne paliwo do zasilania silników spalinowych.

XXXII Konferencja - Zagadnienia surowców energetycznych i energii w energetyce krajowej Sektor paliw i energii wobec nowych wyzwań Metan z procesów Power to Gas - ekologiczne paliwo do zasilania silników