Autor: Praca zbiorowa firm biorących udział w realizacji inwestycji: PG PIECOBIOGAZ, KRI, TESGAS, ATREM.

Transkrypt

1 Mikrokogeneracja. Produkcja energii elektrycznej i cieplnej w skojarzeniu. WSTĘP Autor: Praca zbiorowa firm biorących udział w realizacji inwestycji: PG PIECOBIOGAZ, KRI, TESGAS, ATREM. Poszukiwanie nowych rozwiązań dla zastosowania gazu ziemnego w gospodarce doprowadziło do rozwoju systemów kogeneracji - elektrociepłowni. Rozwiązania takie mają coraz więcej zwolenników, ponieważ produkcja i sprzedaż energii elektrycznej o mocy do 1MW i napięcia 1kV, przez przedsiębiorstwo energetyczne, zgodnie z prawem energetycznym nie wymaga posiadania koncesji. ENERGIA ENERGIA CIEPLNA 60 % PALIWO PALIWO ELEKTRO- CIEPŁOWNIA `` STRATY ENERGIA ELEKTRYCZNA 35 % STRATY 5 % Rys. Schemat produkcji energii przez blok elektrociepłowni Elektrociepłownie blokowe są to kompaktowe urządzenia wytwarzające równocześnie ciepłą wodę do ogrzewania i energię elektryczną. Podstawowym elementem elektrociepłowni blokowej jest silnik i generator prądu, oraz system wymienników ciepła, jakim mogą być np.: grzejniki, zasobniki, itp. Pierwotną funkcją elektrociepłowni blokowej jest wytwarzanie energii elektrycznej. Jako efekt uboczny w wyniku chłodzenia silnika powstaje energia cieplna. Elektrociepłownie blokowe mogą być zasilane gazem ziemnym GZ-50, GZ-35, propanem lub biogazem (oczyszczalnie ścieków, wysypiska śmieci). 1/14

2 Zastosowanie tego typu urządzeń jest opłacalne wszędzie tam, gdzie istnieje obok zapotrzebowania na ciepło zapotrzebowanie na energię elektryczną i gdzie wyprodukowana energię elektryczną będzie można zużyć na potrzeby własne lub sprzedać klientowi zewnętrznemu. Elektrociepłownie blokowe są bardzo wydajne i konkurują na rynku z tradycyjnymi instalacjami kotłowymi. Spalając gaz, uzyskujemy nie tylko ciepło, ale również energię elektryczną. Ilość wytworzonej i zużytej własnej energii elektrycznej decyduje o rentowności zakupu urządzenia. Powyższe opracowanie ma na celu przedstawienie analizy mechanizmów na podstawie, których samorządy gminne mogą budować lokalne elektrociepłownie gazowe dla własnych potrzeb. 2/14

3 1. MIKROKOGENERACJA REALIZACJA INWESTYCJI NA PRZYKŁADZIE T.G. PIECOBIOGAZ Wysogotowo k/poznania. Do 2002 roku firma T.G. Piecobiogaz korzystała z tradycyjnych form pozyskiwania energii elektrycznej i cieplnej. Energia elektryczna pobierana była ze wspólnej sieci miejskiej, natomiast energia cieplna produkowana była w lokalnych kotłowniach gazowych w poszczególnych budynkach firmy. Rys. Blok elektrociepłowni pracujący w firmie TG Piecobiogaz Straty związane z uzyskaniem energii cieplnej z jednostki paliwa w tym przypadku gazu GZ-35, przy zastosowaniu tradycyjnych kotłowni gazowych sięgały ok. 20%. Oczekiwaniem firmy, dzięki zastosowaniu elektrociepłowni blokowej jest zmniejszenie strat do 5%. W wyniku zastosowania systemu mikrokogeneracji produkcja ciepła to 63%, energia elektryczna 32%. Wyprodukowana energia cieplna i elektryczna pozwoliła na całkowite zaspokojenie potrzeb firm znajdujących się na terenie objętych systemem mikrokogeneracji. 3/14

4 Firmy biorące udział w przedsięwzięciu: TG Piecobiogaz Sp. z o.o. - generalny wykonawca. KRI Sp. z o. o. nadzór nad realizacją systemu, użytkownik dystrybutor ciepła i energii elektrycznej. AMMAN Szwajcaria dostawca elektrociepłowni. ATREM Sp. z o. o. wykonawca systemu sterowania i wizualizacji mikrokogeneracji. TESGAS Sp. z o. o. właściciel i serwisant systemu mikrokogeneracji. Obecnie wszystkie budynki znajdujące się na terenie firmy TG Piecobiogaz zaopatrywane są w energię elektryczną i cieplną pochodzącą z jednego źródła, jakim jest elektrociepłownia blokowa. Cały system produkcji i dystrybucji ciepła jest w pełni zautomatyzowany. Firma KRI Sp. z o.o. jako użytkownik systemu kogeneracji posiada własną dyspozytornię, z której nadzoruje pracę systemu, a na podstawie raportów dobowych i miesięcznych rozlicza firmy pobierające energię cieplną i elektryczną. 4/14

5 2. BUDOWA SYSTEMU Elektrociepłownia Blok elektrociepłowni typu A6100 produkujący max 100kW energii elektrycznej i 185kW energii cieplnej został wyprodukowany przez firmę AMMAN - Avesco w Szwajcarii. System ciepłowniczy wyposażony został w stację zmiękczania wody oraz w instalację wentylatorowo glikolową służącą do chłodzenia powracającej wody grzewczej w przypadku braku odbioru ciepła na obiektach. Pracę elektrociepłowni kontrolują urządzenia, AKPiA, których podstawowe elementy sterowania, regulacji i sygnalizacji znajdują się w szafie sterowniczej umieszczonej w budynku elektrociepłowni. Ponadto dane o stanie pracy urządzenia, parametry wody grzewczej, wytwarzana moc elektryczna są wizualizowane i przestawiane na ekranie komputera umieszczonego w pomieszczeniu dyspozytorni KRI Sp. z o.o. Obieg wody grzewczej obejmuje rurociągi od przyłącza bloku elektrociepłowni przez układ chłodzenia do komory wyprowadzającej energię cieplną do sieci cieplnej. Układ grzewczy pracuje jako pompowy w systemie zamkniętym zabezpieczony naczyniem wzbiorczym przeponowym i zaworem bezpieczeństwa dostarczonym wraz z blokiem elektrociepłowni. Pompa obiegowa jest tak usytuowana w stosunku do zaworu trójdrogowego, że przepływ przez blok elektrociepłowni jest stały, a przez sieć cieplną zmienny. W układzie cieplnym zainstalowana została jedna pompa. Produkcja ciepła rejestrowana jest za pomocą licznika ciepła z wyjściem komunikacyjnym na listwę MBus. Dla ochrony aparatury regulacyjnej i pomiarowej zastosowano filtroodmulniki magnetyczne oraz filtry siatkowe. Elektrociepłownia zasilana jest gazem ziemnym Gz-35 o ciśnieniu 30 mbar. i wartości opałowej kj/nm 3. Maksymalne zużycie godzinowe (obliczeniowe) wynosi 47 nm 3 /h. Instalacja odprowadzenia spalin wraz z odzyskiem ciepła ze spalin oraz tłumikiem, dostarczona została wraz z blokiem elektrociepłowni. Spaliny o temperaturze 110 C i maksymalnym przepływie 530 m 3 /h odprowadzono ponad dach elektrociepłowni za pomocą rury stalowej Dn /14

6 Woda o temperaturze 85 C wychodząca z elektrociepłowni kierowana jest na sieć cieplną, która dalej transportuje wodę do ogrzewanych obiektów, gdzie następuje jej schłodzenie na węzłach zmieszania pompowego na podstawie krzywej grzewczej i przekazanie ciepła na instalacje wewnętrzne centralnego ogrzewania. Wielkość schłodzenia wody zależy od temperatury zewnętrznej powietrza oraz poborów ciepłej wody użytkowej. W przypadku, gdy woda powracająca zostaje schłodzona do temperatury 73 C układ chłodzenia bezpośrednio przed blokiem elektrociepłowni nie działa (zawór trójdrogowy omija płytowy wymiennik glikolowy, a chłodnica wentylatorowa jest wyłączona). W przypadku, gdy temperatura wody powracającej jest wyższa niż 73 C zawór trójdrogowy kieruje wodę w odpowiedniej proporcji na wymiennik glikolowy, gdzie następuje schłodzenie wody do żądanej temperatury 73 C a odebrane ciepło jest kierowane wraz czynnikiem chłodzącym glikolem do chłodnicy wentylatorowej. Zawór trójdrogowy działa automatycznie w funkcji zadanej temperatury. Jako czynnik chłodzący wodę grzewczą zastosowano glikol etylowy 33% z dodatkami antykorozyjnymi. Przetłaczany jest on pompą obiegową chłodzącą ze zbiornika glikolu przez wymiennik płytowy schładzający glikol-woda o mocy cieplnej 185kW, w którym następuje podgrzanie glikolu z 45 C do 68 C i schłodzenie wody z 85 C do 73 C. Następnie glikol kierowany jest do powietrznej wentylatorowej chłodnicy glikolowej o mocy 185kW zainstalowanej na zewnątrz elektrociepłowni. W chłodnicy wentylatorowej glikol jest schładzany w zakresie od 68 C do 45 C i kierowany ponownie do zbiornika. Praca elektrociepłowni, układu chłodzenia wody i układu chłodzenia glikolu jest całkowicie zautomatyzowana. Sterownik PLC umieszczony w szafie AKP steruje pracą poszczególnych układów chłodzenia i zapewnia prawidłową pracę całego bloku elektrociepłowni. Hala nr 1 STARA HALA. Węzeł cieplny służący do ogrzewania hali nr 1 jest węzłem podporządkowanym w stosunku do hali nr 3 TESGAS przy zasilaniu z elektrociepłowni z uwagi na to, że posiada własną kotłownię. Oznacza to, że jeżeli będzie przeprowadzane 6/14

7 serwisowanie lub remonty elektrociepłowni w okresie dużego zapotrzebowania na ciepło to hala nr 1 zostanie automatycznie przełączona na dogrzewanie z własnej kotłowni. Węzeł cieplny może pracować zgodnie z dwoma wariantami pracy. Wariant pierwszy hala nr 1 ogrzewana z sieci cieplnej z elektrociepłowni lub wspomagana własną kotłownią. Wariant drugi hala nr 1 ogrzewana wyłącznie z własnej kotłowni. W celu zapewnienia w pełni zautomatyzowanej pracy oraz wizualizacji, na węźle zainstalowano układ klap odcinających z siłownikami, licznik energii cieplnej z wyjściem komunikacyjnym MBus, składający się z przetwornika przepływu i czujników temperatury, oraz czujki temperatury wody zasilającej poszczególne obiegi c.o.. Dla ochrony aparatury regulacyjnej i pomiarowej zastosowano filtry siatkowe. Praca węzła jest całkowicie zautomatyzowana. Sterownik PLC umieszczony w szafie sterowniczej w pomieszczeniu kotłowni steruje lokalnie pracą całego układu węzła cieplnego. Podstawowe dane dotyczące węzła przekazywane są do dyspozytorni i wizualizowane na ekranie komputera. Hala nr 2 NOWA HALA Węzeł cieplny służący do ogrzewania hali nr 1 jest węzłem podporządkowanym w stosunku do hali nr 3 TESGAS przy zasilaniu z elektrociepłowni z uwagi na to, że posiada własną kotłownię. Oznacza to, że jeżeli będzie przeprowadzane serwisowanie lub remonty elektrociepłowni w okresie dużego zapotrzebowania na ciepło to hala nr 2 Węzeł cieplny może pracować zgodnie z trzema wariantami pracy. Wariant pierwszy hala nr 2 ogrzewana z sieci cieplnej z elektrociepłowni lub wspomagana z własnej kotłowni. Wariant drugi hala nr 2 ogrzewana wyłącznie z własnej kotłowni. Wariant trzeci hala nr 2 ogrzewana tylko z własnej kotłowni oraz awaryjnie ogrzewa hale nr 3 TESGAS. W cele zapewnienia w pełni zautomatyzowanej pracy oraz wizualizacji, na węźle zainstalowano układ klap odcinających z siłownikami, licznik energii cieplnej z 7/14

8 wyjściem komunikacyjnym MBus, składający się z przetwornika przepływu i czujników temperatury, oraz czujki temperatury wody zasilającej poszczególne obiegi centralnego ogrzewania. Dla ochrony aparatury regulacyjnej i pomiarowej zastosowano filtry siatkowe. Praca węzła jest całkowicie zautomatyzowana. Sterownik PLC umieszczony w szafie sterowniczej w pomieszczeniu kotłowni steruje lokalnie pracą całego układu węzła cieplnego. Podstawowe dane dotyczące węzła przekazywane są do dyspozytorni i wizualizowane na ekranie komputera. Hala nr 3 TESGAS. Węzeł cieplny służący do ogrzewania hali nr 3 jest węzłem priorytetowym w stosunku do pozostałych obiektów przy zasilaniu z elektrociepłowni z uwagi na to, że elektrociepłownia jest jego podstawowym źródłem energii. Oznacza to, że jeżeli będzie przeprowadzane serwisowanie lub remonty elektrociepłowni w okresie dużego zapotrzebowania na ciepło to hala nr 3 zostanie automatycznie przełączona na dogrzewanie z kotłowni hali nr 2. W cele zapewnienia w pełni zautomatyzowanej pracy oraz wizualizacji, na węźle zainstalowano licznik energii cieplnej z wyjściem komunikacyjnym MBus, składający się z przetwornika przepływu i czujników temperatury, oraz czujki temperatury wody zasilającej poszczególne obiegi grzewcze. Dla ochrony aparatury regulacyjnej i pomiarowej zastosowano filtry siatkowe. Praca węzła jest całkowicie zautomatyzowana. Sterownik PLC umieszczony w szafie sterowniczej w pomieszczeniu kotłowni steruje lokalnie pracą całego układu węzła cieplnego. Podstawowe dane dotyczące węzła przekazywane są do dyspozytorni i wizualizowane na ekranie komputera. 8/14

9 SCHEMAT DZIAŁANIA KOGENERACJI W FIRMIE TECHNOLOGIE GAZOWE PIECOBIOGAZ Sp. z o.o. sprzedaż nadwyżki energii elektrycznej Tr. pomiar zużycia w budynku 5: energii elektrycznej pomiar zużycia w budynku 4: energii cieplnej i energii elektrycznej pomiar zużycia w budynku A: energii cieplnej i energii elektrycznej 1 2 K produkcja energii cieplnej o mocy 185 kw i energii elektrycznej o mocy 100 kw, - Pomiar produkowanej energii cieplnej i elektrycznej - Pomiar pobieranej przez sieć wewnętrzną zakładową energii elektrycznej - Pomiar oddawanej nadwyżki energii elektrycznej do sieci zewnętrznej enenrgetycznej Tr - trafostacja umożliwiająca oddawanie nadwyżki produkowanej energii elektrycznej K - elektrociepłownia 100kWel/185kWc 1 - budynek,,stara hala" TG Piecobiogaz 2 - budynek,,nowa hala" TG Piecobiogaz 3 - budynek,,tesgas" 3 pomiar zużycia w budynku 2: energii cieplnej i energii elektrycznej Wizualizacja i archiwizacja wszystkich pomiarów na komputerze PC pomiar zużycia w budynku 3: energii cieplnej i energii elektrycznej przyłącze gazu sieci elektryczne sieci cieplne kierunki przepływu 9/14

10 3. Organizacja systemu mikrokogeneracji KRI Sp. z o.o.: Przedsiębiorstwo energetyczne, użytkownik systemu mikrokogeneracji, producent i sprzedawca energii elektrycznej i cieplnej. TESGAS Sp. z o.o.: Właściciel systemu mikrokogeneracji - elektrociepłowni, - sieci cieplnych + układy pomiarowo rozliczeniowe, - sieci elektrycznych + układy pomiarowo rozliczeniowe, Dzierżawi budynek elektrociepłowni. Odbiorcą energii elektrycznej i cieplnej (klient firmy KRI). Serwisant systemu mikrokogeneracji. Technologie Gazowe Piecobiogaz Sp. z o.o.: Właściciel budynku elektrociepłowni i terenu, na którym położona jest większa część sieci cieplnych i elektrycznych. Odbiorca energii elektrycznej i cieplnej (klient firmy KRI). 10/14

11 WŁAŚCICIEL TERENU TG PIECOBIOGAZ Sp. z o.o. WŁAŚCICIEL SYSTEMU KOGENERACJI TESGAS Sp. z o.o. UŻYTKOWNIK SYSTEMU KOGENERACJI KRI Sp. z o.o. KLIENT TG Tesgas Inni Energetyka Piecobiogaz Sp z o.o. potencjalni Sp. z o.o. odbiorcy Rys. Schemat organizacyjny. 11/14

12 4. Organizacja ekonomiczna Technologie Gazowe Piecobiogaz Sp. z o.o.: Pobiera opłatę od firmy TESGAS Sp. z o.o. za dzierżawę budynku elektrociepłowni. Płaci rachunki za zużytą energię elektryczną i cieplną firmie KRI Sp. z o.o. TESGAS Sp. z o.o.: Firma poniósł nakłady inwestycyjne wybudowania systemu mikrokogeneracji. Płaci firmie TG Piecobiogaz Sp. z o.o. za dzierżawę budynku, w którym znajduje się elektrociepłownia. Otrzymuję zapłatę od firmy, KRI Sp. z o.o. za użytkowanie systemu mikrokogeneracji w wysokości pozwalającej osiągnąć zwrot nakładów inwestycyjnych w założonym czasie oraz zysk. KRI Sp. z o.o.: Ponosi koszty z tytułu zakupu gazu, użytkowania systemu mikrokogeneracji, oraz zlecenia serwisu systemu firmie zewnętrznej. Uzyskane przychody ze sprzedaży energii elektrycznej i cieplnej pozwalają osiągnąć środki finansowe na pokrycie kosztów prowadzenia działalności (użytkowanie systemu, produkcja energii, serwis). Spłata inwestycji z różnicy kosztów energii zakupionej i wytworzonej. Możliwe formy finansowania: - Kredyt komercyjny, - Środki własne - Kredyt preferencyjny środki pomocowe - Dotacje - Spłata ratalna wieloletnia - B.O.T. budowa i zwrot ze sprzedaży energii 12/14

13 spłata kredytu dzierżawa terenu PGNiG S.A. O/WZG TESGAS Sp. z o.o. Firmy Eksploatacyjna i Serwisowa koszty zakupu gazu koszty za użytkowanie koszty eksploatacji KRI Sp. z o.o. przedsiębiorstwo energetyczne sprzedaż energii cieplnej i elektrycznej sprzedaż nadwyżek energii elektrycznej koszty koszty koszty zakupu zakupu zakupu TG Tesgas Inni Energetyka Piecobiogaz Sp z o.o. Odbiorcy Rys. Schemat przepływów finansowych. 13/14

14 PODSUMOWANIE Zastosowanie skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej powoduje obniżenie kosztów związanych z produkcją energii cieplnej i pozwala na całkowite pokrycie zapotrzebowania w energie elektryczną i uniezależnienie się od jednego źródła. Nie należy jednak zapominać o fakcie, że elektrociepłownie pracują z największą sprawnością wtedy, gdy produkują maksymalna moc elektryczną. Zapewnienie całkowitego odbioru mocy elektrycznej jest warunkiem koniecznym do osiągnięcia korzyści z inwestycji. Ponadto parametry wody powracającej do urządzenia są ściśle określone. Należy stworzyć takie warunki pracy, aby odbiór ciepła był możliwie jak największy. W przypadku, gdy energia cieplna nie może zostać wykorzystana należy stosować dodatkowe układy chłodzenia, co zwiększa koszt inwestycji i jednocześnie zwiększa straty, gdyż wyprodukowane ciepło oddawane jest do atmosfery. Z punktu widzenia dostawców gazu stosowanie układów skojarzonych wiąże się ze wzrostem zużycia gazu a co za tym idzie otwiera nowy rynek sprzedaży gazu. Pełnych informacji udziela firma KRI Sp. z o.o. tel: (61) Kamil Klonowski. 14/14