Mirosław Wyrwicz Roman Adamski EC Kraków. Produkcja energii elektrycznej i ciepła wspierana możliwością akumulacji ciepła

Transkrypt

1 Mirosław Wyrwicz Roman Adamski EC Kraków Produkcja energii elektrycznej i wspierana możliwością akumulacji

2

3 Produkcja energii elektrycznej i wspierana możliwością akumulacji PRODUKCJA ENERGII ELEKTRYCZNEJ I CIEPŁA WSPIERANA MOŻLIWOŚCIĄ AKUMULACJI CIEPŁA. Po likwidacji kontraktów długoterminowych na rynku energii elektrycznej uwidoczniły się duże różnice cen energii w dzień i w nocy. Aby wykorzystać ten mechanizm i zwiększyć przychody firmy zaplanowano budowę zasobnika, który stanowić może wirtualne szybko dostępne źródło (nawet do 80 MWt). Różnice cen pomiędzy energią sprzedawaną w dzień lub w nocy wynosiły w 2008 roku nawet 80 zł na 1 MWh. Stąd decyzja o zmianie profilu produkcji energii elektrycznej i cieplnej w trakcie doby: zwiększenie wolumenu sprzedaży energii elektrycznej wyprodukowanej w godzinach euroszczytu ( ) po wysokich cenach ograniczanie do minimum produkcji energii elektrycznej poza godzinami szczytu gdy jest ona tańsza. Wykres nr 1 ceny energii elektrycznej zł/mwh ŚREDNIE CENY ENERGII ELEKTRYCZNEJ w okresie w godzinach godziny w dobie Typowy zasobnik to zbiornik w kształcie walca wyposażony w dwa dyfuzory dolny i górny. Zbiornik połączony jest z atmosferą, co ogranicza temperaturę magazynowanej wody do około 98 0 C. tzn. nie zakłada sie rozprężania czynnika wewnątrz zbiornika. W górnej części zasobnika utrzymywana jest poduszka gazowa, którą jest albo azot albo para wodna generowana w wytwornicy pary. Zasobnik akumuluje ciepło przy stałym poziomie wody. Zasobnik pracuje w dwóch cyklach. Pierwszy cykl to rozładowanie, kiedy do zasobnika pompowana jest woda zimna, a odbierana jest woda gorąca. Drugi to cykl ładowania, gdy pompowana jest woda gorąca, a grawitacyjnie odbierana jest woda zimna. Temperatura wody zimnej jest zwykle temperaturą wody powrotnej sieci ciepłowniczej. Wysokość zbiornika koreluje się zwykle z ciśnieniem wody powrotnej sieci ciepłowniczej w ten sposób, aby można było grawitacyjnie odprowadzić czynnik do rurociągu powrotnego sieci na ssanie pomp wstępnych. II Ko n f e r e n c j a Wy t w ó r c ó w En e r g i i El e k t r y c z n e j Sk a w i n a

4 Produkcja energii elektrycznej i wspierana możliwością akumulacji Z wielowariantowej analizy projektu zabudowy zasobnika w EC Kraków, wynikło że najbardziej odpowiednia pojemność zasobnika to około m 3, a gabaryty to 48m wysokości, 23m średnicy. W okresie letnim ilość energii cieplnej zmagazynowanej w zasobniku umożliwi odstawienie całej EC na okres do 60 godzin lub też współpracę zasobnika z blokami energetycznymi w cyklu ładowania i rozładowania w okresie wielodobowym. Po analizie 24 wariantów współpracy akumulatora z blokami energetycznymi EC KRAKÓW, rekomendowana jest praca zasobnika z blokami ciepłowniczymi BC Przyjęte modele pracy EC pozwoliły na określenie głównych parametrów do wyboru wielkości produkcyjnych w układzie godzinowym dla pracy bez akumulatora i z akumulatorem, którymi są: godzinowa moc cieplna jednostki wytwórczej, godzinowa moc elektryczna brutto jednostki wytwórczej, godzinowa wydajność pary świeżej kotła odpowiedniej jednostki wytwórczej, co stanowiło podstawę do określenia ilości spalanego węgla w każdym kotle. W odniesieniu do bloków upustowo-kondensacyjnych (bloki numer 1, numer 2) występuje niejednoznaczność, co do określenia ilości generowanej mocy elektrycznej, a mianowicie, ta sama ilość energii cieplnej może być generowana przy różnej wydajności kotła i różnej mocy elektrycznej bloku. Generalnie, model pracy elektrociepłowni rozpatrzono dla wariantów : Wariant 1_ Bazowy Praca elektrociepłowni bez akumulatora dla zasady rozkładu obciążenia cieplnego na poszczególne bloki przy maksymalnym współczynniku skojarzenia. Wariant 2 _ Średni Praca EC z AC normalny tryb wykorzystania akumulatora, który spełnia funkcje bufora wyrównującego w każdej godzinie pracy elektrociepłowni wielkość obciążenia ciepłowniczego do wielkości średniego obciążenia dobowego. Wariant 3_ Intensywny Praca elektrociepłowni z akumulatorem forsowny tryb wykorzystania akumulatora, który spełnia dodatkowe funkcje podwyższenia mocy i produkcji energii elektrycznej w wybranych godzinach dnia i obniżania mocy i produkcji energii elektrycznej w wybranych godzinach nocy na ile pozwoli na to dobowy bilans obciążenia cieplnego oraz układ pracujących jednostek wytwórczych bez potrzeby wyłączania / włączania bloków w okresie doby 96 II Ko n f e r e n c j a Wy t w ó r c ó w En e r g i i El e k t r y c z n e j Sk a w i n a 2011

5 Produkcja energii elektrycznej i wspierana możliwością akumulacji Zakresy obciążeń elektrociepłowni i sposób pokrywania obciążenia ciepłowniczego poprzez bloki przyjęto jak następuje : 0 Qt [MWt] < 132 Pracuje blok nr 1 (lub blok nr 2) 132 Qt [MWt] < 230 Pracuje blok nr 3 + blok nr Qt [MWt] < 700 Pracuje blok nr 3 + blok nr 4 + blok nr 1 + blok nr Qt [MWt] < 860 Pracuje blok nr 3 + blok nr 4 + blok nr 1 + blok nr 2 + KW1 860 Qt [MWt] < 980 Praca blok nr 3 + blok nr 4 + blok nr 1 + blok nr 2 + KW1 + KW2 980 Qt [MWt] < 1120 Praca blok nr 3 + blok nr 4 + blok nr 1 + blok nr 2 + KW1+ KW2+KW3 W przypadku jednoczesnej pracy dwóch bloków przeciwprężnych (bloki 3, 4) lub dwóch bloków kondensacyjnych (bloki 1, 2), przyjęto jednakowy udział poszczególnych bloków w pokrywaniu obciążenia tj. w przypadku bloków po 50% udziału. Istnieją trzy sposoby wykorzystania pracy akumulatora (AC). I sposób to współpraca AC z blokami upustowo kondensacyjnymi (bloki 1, 2). W tym przypadku dla zwiększenia mocy elektrycznej bloków upustowokondensacyjnych należy odciążyć je ciepłowniczo w ciągu dnia i zwiększyć ich obciążenie ciepłownicze w ciągu nocy tzn.: w ciągu dnia należy rozładowywać AC podając wodę gorącą do rurociągu ssawnego pomp głównych PS i lądując AC wodą zimną powrotną z sieci cieplnej z użyciem pomp wstępnych NC. w ciągu nocy należy AC ładować wodą gorącą z za wymienników ciepłowniczych XA i XB do AC, jednocześnie wodę zimna z AC podawać do rurociągu wstępnego pomp wstępnych NC bloków 1, 2. II sposób to współpraca AC z blokami przeciwprężnymi (bloki 3, 4). W tym przypadku dla zwiększenia mocy elektrycznej bloków przeciwprężnych należy: w ciągu dnia ładować AC woda gorącą z wymienników ciepłowniczych bloków przeciwprężnych jednocześnie wodę zimną z AC podawać do rurociągu ssawnego pomp NC bloków 3 i 4. w ciągu nocy AC należy rozładować podając gorącą wodę do rurociągu ssawnego pomp PS i dalej do sieci cieplnej. NOC DZIEŃ Rys 2 schemat współpracy zasobnika (AC) z blokami energetycznymi elektrociepłowni współpraca w nocy oraz współpraca w dzień. II Ko n f e r e n c j a Wy t w ó r c ó w En e r g i i El e k t r y c z n e j Sk a w i n a

6 Produkcja energii elektrycznej i wspierana możliwością akumulacji Wykorzystania AC wg sposobu I lub wg sposobu II są alternatywne w związku, z czym należy każdorazowo dokonać wyboru sposobu wykorzystania AC. Ze względu na skuteczność działania i zakres wpływu akumulatora na wielkość produkcji energii elektrycznej znacznie korzystniejsza jest współpraca akumulatora z blokami przeciwprężnymi nr 3 i nr 4 tj. z blokami, w których zwiększenie przepływu wody sieciowej przez wymienniki sieciowe bezpośrednio wpływa na warunki generowania energii elektrycznej. Na podstawie tej przesłanki można stwierdzić, że jeśli tylko włączony jest blok przeciwprężny (blok 3 lub blok 4 lub oba ww. bloki) to akumulator powinien współpracować wg II sposobu. W przypadku, gdy bloki przeciwprężne (3 lub 4) są w pełni dociążone a włączone są bloki 1 lub 2 (lub bloki 1 i 2 pracują jednocześnie) to współpraca z akumulatorem powinna na przebiegać wg I sposobu. III sposób to współpraca akumulatora z kotłami wodnymi przy wyłączonych blokach energetycznych - poza sezonem ciepłowniczym. W tym wypadku kocioł wodny wykorzystywany jest w cyklu ładowania i rozładowania AC.W cyklu ładowania wybrany kocioł wodny pokrywa bieżące obciążenie ciepłownicze, natomiast nadwyżka mocy cieplnej kotła wodnego wykorzystywana jest do ładowania akumulatora wodą gorącą. Główne cele wyznaczone dla projektu. Poprawa regulacyjności sieci ciepłowniczej i automatyczne dostosowanie wydajności układu pompowego do zmiennych wymagań sieci ciepłowniczej MPEC również przy współpracy z zasobnikiem. Ograniczenie ilości energii elektrycznej niezbędnej do napędu pomp ciepłowniczych w EC Kraków. Akumulowanie w sprawnym zasobniku. Poszerzenie oferty EC Kraków na rynku energii elektrycznej dostawy w euroszczycie. Zwiększenie elastyczności pracy elektrociepłowni, - akumulator to szybko dostępne źródło energii cieplnej - w efekcie można do pewnego stopnia: zmniejszyć liczbę rozruchów bloków energetycznych oraz związanych z tym procesem zmniejszyć straty rozruchowe głównie w odniesieniu do paliwa ciekłego, niwelować skutki nietrafionych prognoz zapotrzebowania na energię cieplną i elektryczną, obniżyć straty z tytułu niedotrzymania warunków dostawy energii cieplnej i elektrycznej na skutek drobnych awarii, opóźnień rozruchowych itp. zmniejszyć ilość bloków pokrywających obciążenie ciepłownicze w tym również w pewnych okolicznościach opóźnić załączanie kotłów wodnych. Ograniczeniami związanymi z pracą akumulatora są: w sezonie ciepłowniczym konieczność zachowania zerowego bilansu energii cieplnej w cyklu dobowym, temperatura magazynowanej wody tj. do 98 C, 98 II Ko n f e r e n c j a Wy t w ó r c ó w En e r g i i El e k t r y c z n e j Sk a w i n a 2011

7 Produkcja energii elektrycznej i wspierana możliwością akumulacji wykorzystanie zasobnika przewiduje się do całkowitej mocy elektrociepłowni do 720 MWt - powyżej tej wartości zasobnik jest wyłączany.) pewna nieprzewidywalność warunków pogodowych związanych z takimi zjawiskami jak zmiana nasłonecznienia, godziny spadków lub wzrostu temperatury zewnętrznej. (Utrudni to prognozowanie średniodobowego obciążenia ciepłowniczego oraz optymalne wykorzystanie pojemności cieplnej zasobnika.) Dodatkowe aspekty przeanalizowane przy realizacji zadania inwestycyjnego : 1. Poprawa stanu technicznego bloku 4 do poziomu parametrów bloku nr Wprowadzenie układów regulacji wydajności pomp PS i NC przez zmianę prędkości obrotowej pomp. 3. Wykorzystanie sieci cieplnej jako naturalnego zasobnika - krótkotrwałe przegrzanie sieci temp. wyższą o 5 C. 4. Wykorzystanie z zasobnika w układzie regeneracyjnego podgrzewu powietrza do spalania w kotłach energetycznych oraz w układzie podgrzewu wody uzupełniającej sieć ciepłowniczą. Parametry zasobnika. Akumulator jest bezciśnieniowym zbiornikiem stalowym o średnicy 23 m i wysokości części walcowej 48,2 m. Płaszcz zbiornika w części walcowej wykonany jest z blachy o grubości od 26 do 7 mmm, ze stali P355NH, dno zbiornika wykonane jest z blachy o grubości 15 mm. Kopuła dachu z blachy o grubości 5 mm. Nadciśnienie obliczeniowe 30 mbar, podciśnienie obliczeniowe 10 mbar, temperatura 100 o C. W maju 2010 r. podpisano kontrakt na Budowę instalacji akumulatora w EC KRAKÓW SA. Zgodnie z harmonogramem budowy osiągnięcie gotowości instalacji akumulatora do uruchomienia nastąpiło przed dniem r., a uruchomienie do testów węzła przez zmodernizowany układ wyprowadzenia nastąpi w październiku 2011 r. Pełna gotowość do pracy planowana jest od r. Na realizację projektu pozyskano dofinansowania ze środków Unii Europejskiej. Realizacja projektu została podzielona na dwie części : pierwsza obejmuje budowę zbiornika, pompowni ciepłej i zimnej wody wewnątrz budynku kotłowni szczytowej, rurociągów ciepłej i zimnej wody łączących zbiornik z istniejącymi rurociągami ciepłowniczymi w branżach budowlanej, technologicznej, elektrycznej i AKPiA. druga część obejmuje modernizację parametrową części istniejących pomp ciepłowniczych połączoną z montażem nowych silników wyposażonych w regulację prędkości obrotowej w oparciu o przemienniki częstotliwości, montaż armatury na tłoczeniu pomp ciepłowniczych niewyposażonych w regulację wydajności oraz modernizację rurociągu obejściowego pomp ciepłowniczych pierwszego stopnia na blokach nr 1 i 2. Stan zaawansowania prac na koniec lipca 2011: napełniony akumulator wodą sieciową do wysokości docelowej 47 metrów. Trwające pomiary geodezyjne II Ko n f e r e n c j a Wy t w ó r c ó w En e r g i i El e k t r y c z n e j Sk a w i n a

8 Produkcja energii elektrycznej i wspierana możliwością akumulacji fundamentów, wykazują osiadanie budowli na poziomie 70 % wartości dopuszczalnej - ca 70 mm. Trwa montaż armatury odcinającej i regulacyjnej oraz podłączenie akumulatora z blokiem nr 3 i nr 4. Dokumentacja fotograficzna z fazy budowy zasobnika w EC KRAKÓW S.A II Konferencja Wytwórców Energii Elektrycznej Skawina 2011 II Konferencja Wytwórców Energii Elektrycznej Skawina

9 Produkcja energii elektrycznej i wspierana możliwością akumulacji II Ko n f e r e n c j a Wy t w ó r c ó w En e r g i i El e k t r y c z n e j Sk a w i n a

10 Produkcja energii elektrycznej i wspierana możliwością akumulacji 102 II Ko n f e r e n c j a Wy t w ó r c ó w En e r g i i El e k t r y c z n e j Sk a w i n a 2011

11 Produkcja energii elektrycznej i wspierana możliwością akumulacji II Ko n f e r e n c j a Wy t w ó r c ó w En e r g i i El e k t r y c z n e j Sk a w i n a

12 Produkcja energii elektrycznej i wspierana możliwością akumulacji 104 II Ko n f e r e n c j a Wy t w ó r c ó w En e r g i i El e k t r y c z n e j Sk a w i n a 2011

13 Produkcja energii elektrycznej i wspierana możliwością akumulacji II Ko n f e r e n c j a Wy t w ó r c ó w En e r g i i El e k t r y c z n e j Sk a w i n a