TWEE, sem. 2. Wykład 6

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "TWEE, sem. 2. Wykład 6"

Iwona Bednarek
8 lat temu
Przeglądów:

1 TWEE, sem. 2 Wykład 6

2 Elektrownie gazowe i gazowo-parowe Dlaczego gaz i jaki gaz? Turbina gazowa budowa i działanie Praca turbiny gazowej w obiegu prostym Ważniejsze parametry wybranych turbin gazowych Poprawa sprawności turbin gazowych w układach złożonych Praca turbiny gazowej w obiegu kombinowanym (gazowo-parowym) 2

Ważniejsze parametry wybranych turbin gazowych Poprawa sprawności turbin

3 Gaz ziemny Paliwo kopalne pochodzenia organicznego, gaz zbierający się w skorupie ziemskiej w pokładach wypełniających przestrzenie, niekiedy pod wysokim ciśnieniem, występują samodzielnie lub ze złożami ropy naftowej lub węgla kamiennego. Zawartość składników jest zmienna i zależy od miejsca wydobycia, jednak głównym składnikiem stanowiącym ponad 90% gazu ziemnego jest zawsze metan. Oprócz niego mogą występować niewielkie ilości etanu, propanu, butanu i innych związków organicznych i mineralnych. Zalety: Łatwość wydobycia i transportu na duże odległości Łatwość użytkowania zapewniająca niemal bezobsługową eksploatację instalacji (łatwa automatyczna regulacja dopływu gazu) Możliwość dużego sprężania małe rozmiary i koszty instalacji Dobre własności ekologiczne Wady: Wybuchowość mieszaniny z powietrzem Wysokie i wciąż rosnące koszty 4

Oprócz niego mogą występować niewielkie ilości etanu, propanu, butanu i innych związków organicznych i mineralnych.

4 Emisje zanieczyszczeń przy spalaniu gazu i węgla SO x NO x CO 2 Gaz ziemny 0% 40% 60% Węgiel 100% 100% 100% 5

5 Obiegi w elektrowniach gazowych Elektrownie gazowe najczęściej pracują w układzie otwartym powietrza i spalin W zależności od rozwiązania (i zastosowań), obiegi elektrowni gazowych dzielimy na: Proste bez regeneracji, z 1 komorą spalania i 1-modułowym procesem sprężania Złożone z regeneracją, z wieloma komorami spalania, z wielomodułowym procesem sprężania 6

gazowych dzielimy na: Proste bez regeneracji, z 1 komorą spalania i 1-modułowym procesem

6 Schemat prostego obiegu elektrowni gazowej W układzie otwartym powietrze zasysane jest z otoczenia. Za pomocą sprężarki nadawane mu jest odpowiednie ciśnienie, następnie podawane jest ono do komory spalania, do której dostarczane jest paliwo (np. gaz ziemny) pod tym samym ciśnieniem. Wprowadzane do komory spalania powietrze służy przemianie energii cieplnej na energię mechaniczną, a przy okazji dostarcza również tlen na potrzeby spalania. W wyniku spalania powietrze jest ogrzewane i miesza się ze spalinami. Mieszanina powietrza i spalin płynie do turbiny, w której rozpręża się i ulatuje do otoczenia. 1-2 politropowe sprężanie powietrza od ciśnienia atm. p 1 do p 2 (ok. 70% mocy mech. turbiny) 2-3 izobaryczne spalanie gazu i powietrza oraz podgrzew spalin 3-4 politropowe rozprężanie spalin do ciśnienia atm. p 1 W układzie zamkniętym, sprężone powietrze jest ogrzewane w komorze spalania przez wymiennik ciepła i nie miesza się ze spalinami. Po przejęciu przez turbinę jest chłodzone i ponownie kierowane do sprężarki. W układach zamkniętych jako czynnik roboczy stosuje się oprócz powietrza również CO 2 i hel. 7

Wprowadzane do komory spalania powietrze służy przemianie energii cieplnej na energię mechaniczną, a przy okazji dostarcza również tlen na potrzeby spalania.

7 Budowa turbiny gazowej 8

8 Obieg Braytona-Joule'a Obieg teoretyczny składa się z następujących przemian: izentropowe sprężanie powietrza, izobaryczne dostarczenie ciepła (spalanie paliwa), izentropowe rozprężanie spalin. W większości przypadków rzeczywistych obieg jest otwarty, tzn. nie ma chłodzenia pomiędzy punktami 4 a 1, spaliny w punkcie 4 są oddawane do otoczenia. Teoretyczna sprawność obiegu wynosi: η tb = 1 - T 4 /T 3. 9

W większości przypadków rzeczywistych obieg jest otwarty, tzn.

9 Sprawność energetyczna obiegu elektrowni gazowej og l q ob dk lt l q dk s c pt T T c T T 3 c pk 4 T 3 ps T p p 2 1 og b ks og em 10

10 Metody poprawy sprawności obiegów elektrowni gazowych Regeneracyjny podgrzew powietrza og c pt T 3 T4 cps T 2 T1 c T T pk 3 5 Międzystopniowy przegrzew spalin Międzystopniowe chłodzenie powietrza 11

11 Parametry wybranych turbin gazowych (układ prosty) 12

12 Zalety i wady turbin gazowych ZALETY: Małe gabaryty (i koszty budowy) elektrowni Brak kotłowni oraz układów przygotowania paliwa i utylizacji odpadów Brak układów skraplacza i chłodzenia wody Duża elastyczność ruchowa (czas rozruchu min) elektrownie szczytowe Jako elektrownie podstawowe pracują w krajach bogatych w paliwo i ubogich w wodę (Bliski Wschód) WADY: 70% mocy zużywa sprężarka mała moc jednostkowa Stosunkowo mała sprawność w układzie prostym (~30%) Hałas (eliminowany przy pomocy tłumików na kominie) Wysoka cena paliwa (wysokie koszty eksploatacji) 13

podstawowe pracują w krajach bogatych w paliwo i ubogich w wodę (Bliski Wschód) WADY: 70% mocy zużywa sprężarka mała moc jednostkowa

13 EC Władysławowo, 2 x 8 MVA 14

14 Układ gazowo-parowy (ang. Combined Cycle CCGT) Połączenie układu turbiny gazowej i turbiny parowej. Spaliny z turbiny gazowej mają stosunkowo wysoką temperaturę ( C) i entalpię. W układzie prostym są one wyrzucane do otoczenia, a entalpia stanowi stratę wylotową. Natomiast w układzie gazowo-parowym spaliny te są wykorzystywane do wytworzenia pary w wytwornicy pary (kotle odzysknicowym), która z kolei realizuje przemiany obiegu parowego. EFEKT: ok. 1,5 raza wyższa moc elektryczna i ok. 1,5 raza wyższa sprawność (do 60%!!!) 15

W układzie prostym są one wyrzucane do otoczenia, a entalpia stanowi stratę wylotową.

15 Układy kombinowane gazowo-parowe 16

16 Współpraca turbiny gazowej z wytwornicą pary (HRSG) 17

17 Schematy podstawowych układów gazowo-parowych 18

18 Sprawność obiegów gazowych i gazowo-parowych Sprawność prostych elektrowni gazowych kwalifikuje je do źródeł szczytowych energii Sprawność elektrowni gazowo-parowych jest najwyższą osiągalną sprawnością dużych bloków T3 temperatura za komorą spalania T4 temperatura za turbiną 19

Sprawność elektrowni gazowo-parowych jest najwyższą osiągalną

Zalety i wady układów CCGT bardzo wysoka sprawność, sięgająca nawet 60%; niska awaryjność połączona z dużą dyspozycyjnością; niskie koszty inwestycyjne; krótki czas realizacji inwestycji; duża

19 Zalety i wady układów CCGT bardzo wysoka sprawność, sięgająca nawet 60%; niska awaryjność połączona z dużą dyspozycyjnością; niskie koszty inwestycyjne; krótki czas realizacji inwestycji; duża elastyczność w zakresie warunków pracy; stosunkowo niewielkie rozmiary; możliwość pracy w oparciu o sporą gamę paliw gazowych, jak i ciekłych wysokie koszty eksploatacji, wynikające z wysokich cen paliw zasilających układy gazowo-parowe (zwłaszcza cen gazu ziemnego) 20

warunków pracy; stosunkowo niewielkie rozmiary; możliwość pracy w oparciu o sporą gamę paliw gazowych, jak i

20 Parametry najnowocześniejszych turbin gazowych Firma Model Moc [MW] Stosunek sprężania P2/P1 Temperatura gazów wylotowych [ o C] Siemens AG V84.3A KWU V94.3A ABB GT GT GE MS7001FA MS9001FA MS7001H MS9001H Siemens 501 F Westinghouse 701 F G G ATS Sprawność elektryczna [%] * Sprawność netto obiegu parowo-gazowego 21

5 MS9001FA 255 15.4 1288 57.1 MS7001H 265 23 1430 60.0 MS9001H 330 23 1430 60.0 Siemens 501 F 185 14 1350 56.

21 Turbina gazowa Siemens SGT5-8000H Moc elektryczna: 800 MW Sprawność: >60% Miejsce instalacji: Niemcy Rok uruchomienia: Koszt budowy: 450 mln

22 Blok gazowo-parowy 390 MW w Ribatejo, Portugalia 23

23 Układ G-P zintegrowany ze zgazowaniem węgla (IGCC) 24

24 Silniki gazowe 25

25 Zalety i wady silników gazowych ZALETY: Szybki rozruch i obciążenie Pełna automatyzacja pracy Małe gabaryty i waga Stosunkowo duża sprawność (35-45%) Różne paliwa ciekłe i gazowe (LPG, syngaz, biogaz, gaz kopalniany, wysypiskowy itp.) Możliwość odzysku ciepła (elektrociepłownia) Do zastosowania w odosobnionych obiektach i jako źródło rezerwowe (bloki operacyjne, obiekty użyteczności publicznej) WADY: Małe moce jednostkowe (do ok. 5-6 MW) Znaczne koszty jednostkowe inwestycji (bo małe moce) Hałas Kosztowne remonty (m.in. mycie silników) 26

26 EC Matarnia, Gdańsk 27

27 Elektrownie gazowe i gazowoparowe w Polsce EC Zielona Góra EC Gorzów EC Lublin Nowa Sarzyna EC Władysławowo EC Ostrów Wielkopolski 28

28 Biogaz i biogazownie 29

29 30

30 Biogazownia Pawłówko 31

31 Produkcja energii elektrycznej 32

32 Plany budowy biogazowni na Pomorzu 33

33 Biogazownia w każdej gminie - Energa BIOGAZ Grupa ENERGA rozpoczyna realizację programu Bezpieczna Energetycznie Gmina - Energa BIOGAZ. W północnej i środkowej Polsce powstanie nawet kilkaset biogazowi. Lokalne źródła wytwarzania wykorzystywać będą odpady rolne oraz uprawy energetyczne: kukurydzę i buraki. Program budowy biogazowni jest elementem ogłoszonej niedawno strategii rozwoju Grupy ENERGA. Zakłada ona m.in. inwestycje w innowacyjną energetykę rozproszoną, odnawialnogazową. Jest to również forma realizacji zaleceń zawartych w rządowym programie "Innowacyjna Energetyka. Rolnictwo Energetyczne". Rozproszona energetyka rolna sprzyjać będzie spełnieniu ekologicznych wymagań Unii Europejskiej. 34

34 Planowane nowe moce elektryczne z biogazowni 35

Podobne dokumenty

IV. PREFEROWANE TECHNOLOGIE GENERACJI ROZPROSZONEJ

IV. PREFEROWANE TECHNOLOGIE GENERACJI ROZPROSZONEJ Dwie grupy technologii: układy kogeneracyjne do jednoczesnego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła wykorzystujące silniki tłokowe, turbiny gazowe,