Technologie i Urządzenia Energetyki Rozproszonej w skali małej i mikro

Transkrypt

1 Jan Kiciński Technologie i Urządzenia Energetyki Rozproszonej w skali małej i mikro I Krajowej Konferencji nt.: Propozycje wdrożeń odnawialnych źródeł energii na obszarze Polski Białystok, dn. 12 listopada 2012r.

2 Trochę o Instytucie -Największy Instytut PAN w Polsce Północnej (210 prac ogółem, ok. 100 prac naukowych w tym 30 profesorów ) - Ogólnopolski Koordynator projektów OZE Projekty badawcze o Projekty Strategiczne o Projekty Kluczowe o Projekty międzynarodowe (7 PR+inne) o Projekty MNiSW+ SPUB + PB-Specjalne + PB-Rozwojowe 55 Współpraca z przemysłem 2 (1 koord) 3 (1 koord) 14 (3 Koordynacja) zlecenia bezpośrednie (średniorocznie) 50 Statystycznie co drugi pracownik naukowy pozyskuje 1 zlecenie z przemysłu!!!! Nowa specjalność naukowa: Małoskalowa eko energetyka 2

3 PROJEKTY OZE KOORDYNOWANE PRZEZ IMP PAN Projekt Strategiczny Opracowanie zintegrowanych technologii wytwarzania paliw i energii z biomasy, odpadów rolniczych i innych Projekt Kluczowy POIG Modelowe kompleksy agroenergetyczne jako przykład kogeneracji rozproszonej opartej na lokalnych i odnawialnych źródłach energii Bałtycki Klaster Ekoenergetyczny zrzeszający ponad 90 podmiotów (realizacja kilkunastu projektów) Projekt Europejski Bioenergy Promotion (WP leader) Projekt Europejski PEA Public Energy Alternatives Sustainable Energy Strategies as a chance for regional development ; WP leader - Sustainable energy production, supply chain management and preparation of investments 3

4 Zielona Alternatywa dla Makroregionu Polski Północnej Bałtycki Klaster Ekoenergetyczny BKEE Ponad 100 podmiotów, w tym ok. 60 % to firmy i przemysł 4

5 Sytuacja Energetyczna w Polsce 1. 40% zainstalowanej mocy ma lat (do 2015 roku 6500 MW musimy wyłączyć) 2. Trudny import: Słabe sieci wewnętrzne i transgraniczne, 3. Energetyka jądrowa dopiero po 2020 roku i tylko 3000 MW (to nas nie uratuje) 4. Nadzieja na gaz łupkowy? Wzrost importu gazu konwencjonalnego? 5. Dotychczasowy rozwój OZE za wolny brak elastycznych źródeł energii Jeśli nic nie zrobimy to w czeka nas KRYZYS energetyczny Co robić? Nowy MIX energetyczny dla Polski 1. Inwestycje w efektywność energetyczną NEGAWATY 2. Inwestycje w sieci trangraniczne 3. Budowa nowych bloków gazowych i wysokosprawnych kombinowanych 4. Energetyka rozproszona OZE Energetyka Obywatelska (krótkie, drobne inwestycje, szybko mogą powstać mikroźródła Niemcy: w 2020 roku 35% energii z OZE, ma tu pracować ludzi Koncerny samochodowe zatrudniają ludzi A więc OZE to koło zamachowe gospodarki

6 Trudne dyskuje: jaki mix energetyczny dla Polski? WNP.pl 03/11/2012 Tusk: dla rządu energetyka jądrowa i łupki to priorytety AUTOR: PAP :43 Dla polskiego rządu energetyka jądrowa i inwestycje w gaz łupkowy sa priorytetowe powiedział w czwartek dziennikarzom premier Donald Tusk. Podkreślił, że strategia rządu zakłada dywersyfikację źródeł energii. Prezes PGE: projekt łupkowy i atomowy wzajemnie sie wykluczaja Analitycy: albo gaz łupkowy, albo projekt jądrowy Krzysztof Żmijewski. "Nie ma możliwości, byśmy mieli i energetyke atomową i gaz łupkowy" H. Trojanowska: jest miejsce dla atomu i gazu łupkowego

7 CZY MAMY SZANSĘ NA ENERGETYKĘ OBYWATELSKĄ? EKOENERGETYKA ROZPROSZONA MIKROŹRÓDŁA ENERGETYKA PROSUMENCKA TAK Jeśli: 1. Przyjete zostanie stabilne prawo wspierające mikrogenerację 2. Dostatecznie rozwinięte zostaną sieci inteligentne Smart Grid

8 UE Stabilne Prawo Energy Road Map 2050 ERM2050 Horyzont 2020 SET Plan DYREKTYWY dyrektywy o efektywności energetycznej Dyrektywa 2002/91/WE dyrektywy w zakresie zero energetycznych budynków Dyrektywa 2010/31/UE dyrektywy w zakresie rozwoju OZE Dyrektywa 2009/28/WE dyrektywy o budowie inteligentnych sieci elektroenergetycznych Dyrektywa 2009/72/WE POLSKA Trójpak Energetyczny ustawa prawo energetyczne ustawa prawo gazowe, ustawa o odnawialnych źródłach energii Dotychczas w prawodawstwie polskim nie było dokumentu dotyczącego Odnawialnych Źródeł Energii (OZE) rangi ustawowej.

9 Ustawa o OZE Mikrogeneracja biomasowa gdzie paliwem jest biomasa a nie biogaz (moc elektryczna poniżej 40 KW i cieplna poniżej 70 KW) Podstawowa wada Brak jest zobowiązania do zakupu energii elektrycznej i brak jest stałej gwarantowanej ceny zakupu (feed in tariff) Instalacje biomasowe małe są przewidziane stałe ceny zakupu (moc elektryczna poniżej 200 KW, cieplna poniżej 300 KW) Ułatwienia zwolnienie z obowiązku ubiegania się o koncesję na wytwarzanie energii brak obowiązku rejestracji i prowadzenia działalności gospodarczej zobowiązanie przedsiębiorstwa energetycznego do przyłączenia instalacji odnawialnego źródła energii do sieci, z zachowaniem pierwszeństwa zwolnienie z opłat za przyłączenie do sieci brak kosztów związanych z instalacją licznika inteligentnego, którego koszty będzie ponosił operator sytemu dystrybucyjnego

10 Energetyka Obywatelska (EO) krok dalej ICT Wolność Informatyczna obywateli EO Wolność Energetyczna Obywateli

11 Generacja rozproszona bazująca na OZE Przyszłośc: Nadbudowa informatyczna technologii URE Sieci informatyczne, instalacje wirtualne, modele internetowe, chmury obliczeniowe

12

13

14 Z ostatniej chwili WNP.pl 4 listopad Para w cyfrową chmure? AUTOR: JAROSŁAW MAŚLANEK Optymalizacja, outsourcing i mobilnośc to główne trendy w ofercie telekomunikacyjnej dla biznesu. Rozwiązania w chmurze wydaja sie przyszłościa rynku. Jednym z wyczekiwanych kierunków rozwoju rynku rozwiązan telekomunikacyjnych dla biznesu jest połączenie unified communication z szeroko rozumianym cloud computingiem. Szeroko i mobilnie Integracja dobra na kryzys

15 Co proponujemy? Mini i mikro CHP ORC Technologia ORC (Organic Rankine Cycle) na czynniki niskowrzące dla obiegów parowych Mini i Mikroturbin w kogeneracji Wg naszej opinii jest to najbardziej obiecująca technologia o krótkim horyzoncie czasowym realizacji Mini CHP - ARE (Gminne Centra Energetyczne) Moc Cieplna: kilkaset KW do 5 MW Moc elektr. Kilkadziesiąt KW do 1 MW Projekt Strategiczny Mikro CHP (Domowe Mikrosiłownie Kogeneracyjne) Moc Cieplna: kilkadziesiąt KW Moc elektr. Kilka do kilkanaście KW Projekt Kluczowy Nasza Propozycja Nadbudowa Informatyczna Przetwarzanie w Chmurze Aplikacje Sieci Inteligentne Smart Grid Gminne Centra Energetyczne Autonomiczne Regiony Energetyczne ARE Gospodarstwa Farmerskie Domowe Mikrosiłownie Kogeneracyjne

16 Największy projekt badawczo rozwojowy w Polsce Zaawansowane technologie pozyskiwania energii Zad. 4 - Opracowanie zintegrowanych technologii wytwarzania paliw i energii z biomasy, odpadów rolniczych i innych strona internetowa:

17 Cele Zadania 4 Opracowanie innowacyjnych technologii kogeneracji energii elektrycznej i cieplnej (a także chłodu) w skojarzeniu z produkcją biopaliw. Opracowanie typoszeregów rozproszonych układów energetycznych Opracowanie i wykonanie 3 większych pilotażowych instalacji demonstracyjnych stanowiących podstawę dla przyszłych wdrożeń nowoczesnych technologii Spełnienie technicznych warunków dla idei: AUTONOMICZNEGO REGIONU ENERGETYCZNEGO (Koncepcja aktualnie rozwijana w Zespole Ekspertów przy Ministerstwie Rolnictwa) Budowane w ramach projektu Instalacje w gminie Żychlino i Szepietowo wychodzą naprzeciw tej idei

18 Budowa ARE - Autonomiczne Regiony Energetyczne Instalacja pilotażowa Żychlin Zdjęcia budynku i instalacji emitera z przewodem doprowadzenia spalin - stan obecny przed modernizacją [prof. P. Lampart, A. Cenian, J. Kicinski, J. Mikielewicz,...] 18

19 Instalacja Żychlin - własne rozwiązania Rysunek poglądowy paleniska z kotłem termoolejowym 1,1 MW Cechy innowacyjne kotła Możliwość spalania różnych rodzajów suchej biomasy Duża możliwość ingerencji w budowę i działanie paleniska w trakcie prób i eksploatacji ( ew. palnik, recyrkulacja spalin) Kocioł i pozostałe urządzenia ( ECO, LUVO) wolnostojące obok paleniska - obniżenie gabarytów ( wysokości instalacji), podniesienie bezpieczeństwa pracy Prosta konstrukcja kotła, łatwość monitorowania przepływu oleju

20 ETAP 12 BUDOWA PILOTAŻOWEGO UKŁADU POLIGENERACYJNEGO W ŻYCHLINIE (KOCIOŁ WIELOPALIWOWY, UKŁAD ORC) POWIĄZANEGO FUNKCJONALNIE Z KONCEPCJĄ MODERNIZACJI LOKALNYCH CIEPŁOWNI DO UKŁADÓW SKOJARZONEGO WYTWARZANIA CIEPŁA I ENERGII ELEKTRYCZNEJ. KORZYŚCI EKONONICZNE Wzrost wolumenu energii elektrycznej wytworzonej z OZE w GK ENERGA. Wzrost przychodów z tytułu produkcji energii elektrycznej wytworzonej w OZE. Wzrost przychodów z tytułu świadectw pochodzenia energii elektrycznej wytworzonej w OZE i w wysokosprawnej kogeneracji. TECHNICZNE Praca z medium o niskich parametrach ciśnienia i temperatury co zmniejsza obciążenie turbiny oraz eliminuje zjawisko powstawania erozji na łopatkach turbiny. Wysoka sprawność wewnętrzna turbiny oraz łagodna charakterystyka. Niskie prędkości obrotowe turbiny pozwalające na bezpośrednie podłączenie generatora bez przekładni. Szeroki zakres stosowanych paliw. Długa żywotność i prosta obsługa. Gdańsk, r. 20

21 Instalacja Szepietowo Pilotażowy układ kogeneracyjny z silnikiem spalinowym na syngaz dla zakładów przetwórstwa biomasy. ZAKŁAD PRZETWÓRSTWA BIOMASY W SZEPIETOWIE Widok obecny

22 Instalacja pilotażowa - układ kogeneracyjny przystosowany dla zakładów przetwórstwa biomasy ETAP 11 Instalacja obejmuje: zgazowarkę biomasy (obecnie istniejąca), układ oczyszczania i uszlachetniania syngazu w celu przystosowania go do spalania w silniku spalinowym o wydajności 500 Nm 3 /h, silnik spalinowy na syngaz wraz z generatorem o mocy elektrycznej do 0.5MW, układy odzysku ciepła ze spalin zgazowarki, syngazu oraz spalin z silnika spalinowego na potrzeby suszenia biomasy.

23 Modułowa (kontenerowa) instalacja CHP w laboratorium IMP PAN Innowacyjny wysokosprawny układ kogeneracyjny (o sprawnościach wyższych niż oferowane na rynku)

24 Instalacja pilotażowa - układ kogeneracyjny gazowo/parowy ETAP 13 Główne elementy instalacji pilotażowej: - silnik spalinowy na biogaz (o mocy w paliwie 1.5 MW i mocy elektrycznej 0.5 MWe), -układ oleju termalnego jako układ odbierający ciepło spalin, -układ siłowni ORC (o mocy elektrycznej 0.1 MWe), -węzeł ciepłowniczy (o mocy cieplnej 0.6 MWc), akumulator ciepła, - system diagnostyki i sterowania obiegiem silnika spalinowego, obiegiem oleju termalnego i układem ORC, przyłączenie do sieci energetycznej i ciepłowniczej

25 Projekt laboratoryjnej instalacji CHP w IMP PAN po zakończeniu projektu

26

27 Laboratorium IMP PAN Stan prac dzisiaj Uruchomione zostały kolejne przetargi

28 System diagnostyki i monitorowania (Etap 9)

29 Inne Instalacje

30 Biogazownie pirolityczne Zintegrowany układ zagospodarowania energetycznego trudno utylizowalnych odpadów zwierzęcych UWM, Olsztyn Instalacja 250 kwe Innowacyjny system dysz do dozowania tlenu jako czynnika zgazowującego (separacji membr. z powietrza) Stan realizacji + zbudowano elementy konstrukcji reaktora 250 kwe

31 Integracja zgazowania z turbinowym układem kogeneracyjnym

32 PROGRAM STRATEGICZNY ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII ZADANIE NR 4 Opracowanie zintegrowanych technologii wytwarzania paliw i energii z biomasy, odpadów rolniczych i innych. Instalacja do wytwarzania bioetanolu II generacji z biomasy lignocelulozowej planowana do budowy w 2015 roku instalacja pilotażowa byłaby pierwszą tego typu w kraju wybudowanie instalacji i produkcja bioetanolu zawiera się w koncepcji biorafinerii lignocelulozowej produkującej oprócz biopaliw i energii, także inne bioprodukty w skali świata pojedyncze instalacje są na etapie wdrożeń i komercjalizacji w ramach prowadzonych badań powstało wiele instalacji pilotażowych testujących poszczególne elementy procesu oraz wykorzystania energetycznego i zagospodarowania pozostałości poprocesowych skompletowano wstępne założenia procesowe, rozpoczęto montowanie elementów laboratoryjnego ciągu technologicznego procesu (reaktor ciśnieniowy do obróbki wstępnej materiału)

33 PROGRAM STRATEGICZNY ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII ZADANIE NR 4 Opracowanie zintegrowanych technologii wytwarzania paliw i energii z biomasy, odpadów rolniczych i innych. Produkcja biomasy z alg i konwersja do biooleju pilotażowa instalacja (powstała do namnażania alg olejowych) Instalacja pilotażowa skala ułamkowotechniczna: reaktor do namnażania biomasy glonowej Reaktor o objętości czynnej wynoszącej 3,0 m 3. zbudowany z komory reakcji i szafy sterowniczej. Zewnętrzne wymiary całego obiektu wynoszą 1,8 m x 3,7 m. Komora reakcji o wymiarach wewnętrznych 1,6 m x 3,1 m. Wewnątrz komory reakcji symetrycznie umieszczona jest przegroda o długości 1,5 m i wysokości 0,7 m. K Komora reakcji przykryta jest przezroczystą, przepuszczającą światło słoneczne pokrywą.

34 Instalacja pilotowa 60 kw t Etap I Generator GazEla Typ: innowacyjny generator gazu ze złożem stałym (GazEla) Lokalizacja: IChPW Centrum Czystych Technologii Węglowych, Zabrze Skala: pilotowa (moc w paliwie: 60 kw t ) Status: zakończona faza badań technologicznych

35 Instalacja demonstracyjna 1,5 MW t wizualizacja

36 Projekt POIG Kluczowy Modelowe kompleksy agroenergetyczne.

37 Heat Projekt Kluczowy: DOMOWE MIKROSIŁOWNIE KOGENERACYJNE CHP ORC systems [ from a few to a few hundred KW ] Cogeneration micro power plants in cooperation with ecological boilers. Organic Rankine cycles - ORC. Feeding: biomass, biogas, biofuel Electric current

38 Układy Hybrydowe - Efekt Synergii

39 Mikroturbiny w IMP PAN Idea Wersje konstrukcyjne

40 Domowa mikrosiłownia kogeneracyjna ORC Laboratorium IMP PAN - Stan aktualny: Zbudowano nowe stanowiska do badania podzespołów mikrosiłowni

41 Mikrosiłownia Domowa Wersja docelowa

42 Nadbudowa Informatyczna Nasze Doświadczenia - Projekt Kluczowy - Powstaje jako system dedykowany dla indywidualnych gospodarstw farmerskich -Możliwość jego rozciągnięcia na szczebel gminny i na ARE poprzez jego skalowalność

43 Informatyka w służbie energetyki odnawialnej, czyli co jeszcze możemy Softrol a Smart Grid baza technologii produkcji energii ocena potencjału energetycznego podmiotów powiązania pomiędzy technologiami produkcji energii prognozowanie zapotrzebowania na energię kontrola nad produkcją energii pomiary przepływu energii w systemie bilansowanie zapotrzebowania na energię i produkcji energii zbieranie i archiwizowanie informacji o produkcji i zużyciu energii w sieci

44 Informatyka w służbie energetyki odnawialnej, czyli co jeszcze możemy Budowa technologii operacje, materiały, urządzenia, zapotrzebowanie na energię

45 Ciekawe wyniki badań Wysokoobrotowe mikroturbiny Problemy ze stabilnością Łożyska foliowe: d = 10 mm TOP FOIL Low boiling medium as lubricant BUMP FOIL FEM discretisation for ABAQUS

46 Rozkład ciśnienia 3D w szczelinie smarnej F x 0, 360, 720 P F - wirujący wektor niewyważenia P Obciążenie statyczne

47 Wiry, bicie, wiry wielokrotne Bifurkacja hydrodynamiczna Wyróżniki diagnostyczne stanu Stabilny I Stabilny II Wiry I Wiry II Prędkość obrotowa