Wysokowydajne technologie skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła dla kotłów w średniej wielkości przedsiębiorstwach (Rev.

Transkrypt

1 1 Wysokowydajne technologie skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła dla kotłów w średniej wielkości przedsiębiorstwach (Rev.A 01/2015) SAACKE CHP Plants / 10/2014 / All rights reserved by SAACKE GmbH, Bremen 1

2 Plan prezentacji Krótka prezentacja grupy SAACKE Termodynamika Możliwości kogeneracji (CHP) Przepływ energii w kogeneracji z mikroturbiną gazową Porównanie silnika gazowego i turbiny gazowej Skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła Palnik dla mikroelektrociepłowni kogeneracyjnej Aspekty ekonomiczne Referencje Projektowanie, inżynieria, produkcja z jednego źródła Podsumowanie SAACKE CHP Plants / 10 / 2014/ All rights reserved by SAACKE GmbH, Bremen

3 Grupa SAACKE przedsiębiorstwo rodzinne

4 Grupa SAACKE przedsiębiorstwo rodzinne Siedziba firmy rodzinnej Brema, Niemcy Reprezentowana w ponad 50 krajach przez Podmioty zależne Partnerów dystrybucyjnych i serwisowych Centra serwisu Liczba pracowników na całym świecie > 1,100 Liczba inżynierów ponad 300 Obroty 189 milionów euro

5 Grupa SAACKE przedsiębiorstwo rodzinne 1 pokolenie Carl Saacke, założyciel ( ) 2 pokolenie Dr Herbert Saacke ( ) 3 pokolenie Hans-Herbert Saacke ( ) 4 pokolenie Henning Saacke, Angelika Saacke-Lumper today Carl Saacke Hans-Herbert Saacke Dr. Herbert Saacke Angelika Saacke-Lumper, Henning Saacke

6 Grupa SAACKE przedsiębiorstwo rodzinne SAACKE podmioty zależne, partnerzy dystrybucyjni/serwisowi, centra serwisu

7 Grupa SAACKE przedsiębiorstwo rodzinne SAACKE podmioty zależne, partnerzy dystrybucyjni/serwisowi, centra serwisu SAACKE Polska Sp. z o.o. ul. Wyścigowa 18l Wrocław tel.: 071/ faks: 071/ Internet: biuro@saacke.pl

8 Grupa SAACKE przedsiębiorstwo rodzinne SAACKE Polska Sp. z o.o. maj rozpoczęcie działalności Montaż, nadzór nad pracami montażowymi dostarczonych instalacji Rozruch instalacji Szkolenie w zakresie instalacji na miejscu u klienta Serwis gwarancyjny i pogwarancyjny instalacji SAACKE pracujących w Polsce Modernizacja i optymalizacja istniejących instalacji SAACKE zwiększanie sprawności zmniejszanie wielkości emisji zmiana paliwa modernizacja w celu ochrony środowiska, bądź obniżenia kosztów eksploatacyjnych Dostawa części zamiennych

9 Grupa SAACKE przedsiębiorstwo rodzinne Kotły wodnorurowe Kotły płomienicowopłomieniówkowe Podgrzewacze oleju termicznego Procesy suszarnicze Oczyszczanie powietrza procesowego Paliwa alternatywne TEG systemy dopalania spalin z turbin Instalacje i systemy kotłowe dla przemysłu morskiego Modernizacje instalacji Automatyzacja instalacji Projektyowanie i budowa kompletnych instalacji spalania

10 Termodynamika

11 Termodynamika Duże elektrownie bez dostępu do miejskiego systemu ciepłowniczego zużywają tylko egzergetyczną część energii pierwotnej do produkcji energii, podczas gdy pozostaje jeszcze jej niewykorzystana część anergetyczna. Zakłady generujące ciepło wykorzystują zawartość energii z energii pierwotnej z dużym współczynnikiem sprawności, lecz pozostawiają niewykorzystaną część egzergetyczną, przekształcając ją bezpośrednio do niskiej temperatury <200 C.

12 Termodynamika Elektrownia powinna być zawsze tak zaprojektowana, aby jak najefektywniej korzystać zarówno z egzergii i anergii podstawowego nośnika energii. Energia Egzergia Anergia może być wykorzystana do pracy mechanicznej (np. moc elektryczna turbiny lub silnik gazowy) nie może być wykorzystana do pracy mechanicznej Zawsze, kiedy energia jest przekształcana, procent egzergii pomniejsza się. Egzergia jest nadrzędna ze względu na swoją zdolność do pracy mechanicznej.

13 Możliwości kogeneracji (CHP)

14 Możliwości kogeneracji (CHP)

15 Przepływ energii w kogeneracji z mikroturbiną gazową

16 Przepływ energii w kogeneracji z mikroturbiną gazową

17 Porównanie silnika gazowego i mikroturbiny gazowej (MGT)

18 Porównanie silnika gazowego i mikroturbiny gazowej (MGT) Typowe dane silników gazowych i turbin gazowych dla pracy bez dopalania i odbioru ciepła Turbina gazowa (TG) Microturbina gazowa (MGT) Silnik gazowy Moc elektryczna [kw] 1, , , ,000 Sprawność elektryczna [%] Dane gazów spalinowych: Temperatura [ C] Zawartość tlenu [Vol. %] Przepływ masowy na kw [kg/h] Wymagania w zakresie emisji zgodnie z prawem: CO [mg/nm 3 ] < 100 < 100 < 300 NOx [mg/nm 3 ] <75 < 75 < 500 Referencyjna zawartość tlenu [Vol. %]

19 Porównanie silnika gazowego i mikroturbiny gazowej (MGT) Silnik gazowy (Przykład: Jenbacher JMS 208)

20 Porównanie silnika gazowego i mikroturbiny gazowej (MGT) Podsumowanie (w porównaniu z turbiną gazową) Wysoka sprawność elektryczna < 40% (<33%) Niskie koszty inwestycyjne (śr. 700 EUR / KW) Praca przy obciążeniu pomiędzy 50 a 100 % Gaz spalinowy może być wykorzystany jako nośnik tlenu podczas spalania w ograniczonym zakresie 8% O2 (18 % O2) Wysokie wartości emisji w porównaniu z mikroturbiną gazową NOx 500 mg/m³ (75 mg/m³ ) Wysokie koszty konserwacji i przeglądów 2 x rok ( h) Kogeneracja może być stosowana w procesach o niskiej temperaturze (ciepło termiczne)

21 Porównanie silnika gazowego i mikroturbiny gazowej (MGT) Mikroturbina gazowa (Przykład: Capstone C200) Ożebrowanie chłodzące generatora Wylot spalin Rekuperator Wlot powietrza Iniektor Łożyska powietrzne Kompresor Komora spalania

22 Porównanie silnika gazowego i mikroturbiny gazowej (MGT) Podsumowanie Wytwarzanie energii elektrycznej w przedziale (30) 65 do 1,000 kw el. Moduły MGT umożliwiają budowę kaskadową Do 33% entalpii paliwa jest przetwarzane w energię elektryczną Minimalny koszt utrzymania dzięki łożyskom powietrznym, brak smarów lub chłodziwa Temperatura gazów spalinowych: pomiędzy 280 i 309 C (w przybliżeniu) Zawartość tlenu: średnio 18 % (dla suchych gazów spalinowych) Niskie wartości emisji Gazy spalinowe mogą być wykorzystane jako powietrze spalania podczas dopalania.

23 Porównanie silnika gazowego i mikroturbiny gazowej (MGT) Porównanie bilansów energetycznych Mikroturbina gazowa 200 kwel Silnik gazowy 300 kwel Elektryczność 33,0 % 38,2 % Gaz ziemny 100 % 100 % 65,0 % 29,2 % 0 % 26,4 % Gaz spalinowy Ciepło odpadowe C 2,0 % 6,2 % Straty ciepła Całkowita efektywność mediów > 80 C 98,0 % 93.8 % > 250 C 98,0 % 67,4 %

24 Porównanie silnika gazowego i mikroturbiny gazowej (MTG) Wnioski z porównania silnika gazowego i mikroturbiny gazowej Silniki gazowe i mikroturbiny gazowe osiągają wysoką wydajność w instalacjach CHP (skojarzonych), gdzie turbiny mają teoretyczną przewagę efektywności, tj. pomiędzy 4.2 i 21.6% Dla procesów z wymaganą temperaturą roboczą > 250 C, korzystamy z zalet turbiny gazowej, dzięki możliwości wykorzystania gazu spalinowego jako nośnika tlenu dla dopalania w kolejnym systemie spalania (kocioł parowy) Ze względu na wyższą emisję silników gazowych, dopalanie spalin z silników gazowych w kolejnych urządzeniach procesowych (np. kocioł) jest dozwolone tylko przy specjalnych zezwoleniach. Dlatego silniki gazowe są raczej nieodpowiednie dla tradycyjnych generatorów ciepła. Gazy spalinowe z mikroturbin gazowych doskonale nadają się do dalszego dopalania procesowego

25 Skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła (ang. CHP)

26 Skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła (ang. CHP) Przykład: silnik gazowy wytwarzający parę

27 Skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła (ang.chp) Przykład: mikroturbina gazowa wytwarzająca parę gaz ziemny kocioł parowy Eco M M G świeże powietrze woda zasilająca

28 Skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła (ang.chp) Podstawowe dane dla mikroturbiny gazowej z dopalaniem przy wytwarzania pary Turbina TEG Ciepło w Gaz ziemny Powietrze Strumień Moc Wydajność (spaliny z spalinach AF ( *) rdzeniowe ciepła kotła kotła turbiny) wyl. C kg/s 148 kw 122 Nm³/h 117 Nm³/h 1,370 kw 1,260 kw 1.94 t/h C kg/s 132 kw 110 Nm³/h 106 Nm³/h 1,230 kw 1,131 kw 1.74 t/h C kg/s 395 kw 324 Nm³/h 311 Nm³/h 3,625 kw 3,335 kw 5.11 t/h C kg/s 1,170 kw 972 Nm³/h 932 Nm³/h 10,874 kw 10, t/h kw (*) (AF) - Możliwie maksymalne dopalanie w celu całkowitego wykorzystania zawartości tlenu w gazach spalinowych turbiny. Przy wyższej mocy spalania, świeże powietrze jest dodatkowo doprowadzone jako powietrze spalania.

29 Skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła (ang.chp) Przykład: turbina gazowa w spalaniu procesowym gaz ziemny komora spalania Instalacja procesowa filtr M M M ciąg ssący recyrkulacja gazów procesowych G Świeże powietrze INFO: W optymalnych warunkach, gazy spalinowe silnika gazowego mogłyby również być wykorzystane przy spalaniu procesowym!

30 Palnik dla mikroelektrociepłowni (Micro CHP)

31 Palnik dla mikroelektrociepłowni (Micro CHP) Specjalnie zaprojektowany do współpracy z mikroturbinami gazowymi: Konstrukcja: dwustrumieniowe kierowanie powietrza z centralną lancą gazową Paliwo: gaz ziemny, lekki olej opałowy, możliwe wykorzystanie biogazu Maksymalna moc typoszeregu palników pomiędzy 2 a 20 MW Emisje NOx i CO są poniżej wartości granicznej Szeroki zakres regulacji w trybach pracy (tryb TEG i opcjonalny tryb świeżego powietrza) Optymalna konstrukcja: całość gazu spalinowego z mikroturbiny (MGT) jest dostarczana do procesu poprzez palnik Typ palnika: SAACKE DD(Z)G GTM

32 Palnik dla mikroelektrociepłowni (Micro CHP) Modernizacja możliwa w istniejących kotłowniach generator ciepła nie jest wymieniany, po instalacji mikroturbiny nie zmniejsza się wydajność generatora ciepła Znaczna oszczędność kosztów przy modernizacji istniejącej kotłów Znacznie krótszy czas wdrożenia projektu/instalacji Bezpośrednie zastosowanie gazów spalinowych mikroturbiny gazowej jako podgrzanego powietrza do spalania Niższe ciśnienie spalin za turbiną wyższa sprawność elektryczna Szeroki zakres regulacji nawet przy pracy w trybie świeżego powietrza Niezwykle niski poziom emisji NOx i CO w trybach pracy na spalinach z turbiny i przy świeżym powietrzu w całym zakresie obciążenia Palnik dwupaliwowy do lekkiego oleju opałowego i gazu ziemnego, z możliwością przystosowania do zasilania biogazem Solidny, niezawodny, o niskich kosztach utrzymania

33 Aspekty ekonomiczne

34 Aspekty ekonomiczne Wymagania dotyczące optymalizacji przynoszącej korzyści kosztowe: Użytkowe ciepło odpadowe agregatu prądotwórczego znajduje odpowiedniego odbiorcę. Ciepło odpadowe powinno być wykorzystywane w jak najszerszym zakresie przez cały rok. Urządzenie generujące energię elektryczną jest tak zaprojektowane, aby bazowe obciążenie elektryczne mogło być wykorzystane lokalnie. Bazowe obciążenie elektryczne jest wykorzystywane w jak najszerszym zakresie przez cały rok. Straty kominowe są zredukowane do minimum. `

35 Aspekty ekonomiczne Kalkulacja strat kominowych gazów spalinowych (1. BImSchV (p.28)) q A (t A t L A2 )* ( 21% O 2 B) q A = Strata kominowa w % t A = Temperatura gazów spalinowych w C t L = Temperatura powietrza spalania w C O 2 = Zawartość tlenu w suchym gazie spalinowym w % Współczynnik LFO olej roślinny w stanie naturalnym gaz ziemny gaz koksowniczy LPG i mieszanki LPGpowietrze mixtures A2 = B = T A (gaz spalinowy) w C O 2,A (gaz spalinowy) w % ,5 q A (gaz spalinowy w % ,6 3.8 q A (gaz spalinowy) w kw Różnica ciepła gazów spalinowych kw Różnica ciepła gazów spalinowych / rok MWh 814 Różnica w kosztach paliw / rok /á 28,506 Różnica w kosztach paliw / 10 lat /10á 285,062 Dane do tabel: 1 x C 200 CAPSTONE Natężenie przepływu spalin 1.34 kg/h; 18 % O 2 ; 280 C Gaz ziemny H; Hi = 10 kwhr/m³ ; /kwhr 8,000 godzin pracy w roku

36 Aspekty ekonomiczne Czynniki wpływające na analizę korzyści Ceny dostaw gazu ziemnego i energii elektrycznej Finansowanie technologii CHP (30,000 h) [istotne dla warunków w Niemczech] < 50 kwel 5.41 ct/kwh kwel 4.0 ct/kwh > 250 kwel 2.4 ct/kwh Gwarantowane taryfy za energię elektryczną 5.5 ct/kwh [istotne dla warunków w Niemczech] Wpływ ustawy o odnawialnych źródłach energii na dany region [istotne dla warunków w Niemczech] Zwrot podatku za paliwa energetyczne 0.55 ct/kwh [istotne dla warunków w Niemczech] Całkowite koszty konserwacji mikroturbina gazowa silnik gazowy

37 Referencje / Przykładowe instalacje

38 Instalacja przykładowa: Bruno Bock BRUNO BOCK THIO-CHEMICAL-S Chemische Fabrik GmbH & Co. KG Miejsce instalacji: Marschacht (niedaleko Lüneburg) Rozruch: Listopad 2012 Dane techniczne: Generator ciepła: istniejący kocioł LOOS (19 t/h, para nasycona) Moc max: 13,5 MW Typ palnika: DDG-GTM 13 Microturbiny gazowe: 2 x C200 CAPSTONE, połączone od strony gazu spalinowego Tryby pracy: Tryb TEG (wykorzystujący 1 lub 2 turbiny), tryb świeżego powietrza, tryb powietrza procesowego Paliwo: Gaz ziemny (typ H) Powietrze procesowe miesza się z powietrzem wtórnym palnika DDG-GTM w trybie świeżego powietrza i TEG

39 Instalacja przykładowa: Bruno Bock

40 Instalacja przykładowa: Bruno Bock

41 Zaw. O 2 w gaz spalin. Instalacja przykładowa: Bruno Bock Emisja w trybie TEG Emisja w trybie TEG Obciążenie NOx Limit CO Limit Zaw. O2 w gaz. spal.

42 Zaw. O2 w gaz. spal. Instalacja przykładowa: Bruno Bock Emisja w trybie świeżego powietrza (z ok. 10% recyrkulacją gazu spalinowego) Emisja w trybie świeżego powietrza Obciążenie NOx Limit CO Limit O2 content exhaust gas

43 Instalacja przykładowa: Interquell Kocioł na parę nasyconą Wydajność: 10 t/h Palnik: DDZG-GTM 8 Paliwa: gaz ziemny, LFO Mikroturbina Capstone 1 x 200 kw el Mikroturbina gazowa 1 x C200

44 Instalacja przykładowa: Interquell Zewnętrzne łożysko przepustnicy powietrza Automat palnikowy DDZG-GTM 8 (Gaz ziemny/lfo) Mikroturbina gazowa C 200

45 Instalacja przykładowa: Rygol Kocioł na parę nasyconą Wydajność: 6 t/hr Palnik: DDG-GTM 5 Paliwo: gaz ziemny Mikroturbina Capstone 1 x 200 kw el Szczególne wymagania: instalacja w ograniczonej przestrzeni

46 Projektowanie, inżynieria, produkcja z jednego źródła

47 Projektowanie, inżynieria, produkcja z jednego źródła

48 Projektowanie, inżynieria, produkcja z jednego źródła Obliczamy bilans ciepła sprawność energetyczną oszczędności Sprawdzamy możliwości wdrożenia opcje rozplanowania straty ciśnienia charakterystykę obciążeń gazowo-elektrycznych Zapewniamy wsparcie w pisaniu wniosków o pozwolenie oraz finansowanie [istotne dla warunków w Niemczech]

49 Podsumowanie

50 Summary Firma SAACKE zapewnia sektorowi kogeneracji specjalnie opracowane rozwiązania od 1988 roku. Podczas gdy w przeszłości przeważały duże zespoły turbinowe (od 2 MW el ) z temperaturą gazów spalinowych > 500 C i zawartością O 2 pomiędzy 12 a 15% w gazach spalinowych turbiny, obecnie dostarcza miktoturbiny gazowe (MGT) współpracujące z palnikiem turbinowych gazów spalinowych typu DD(Z)G- GTM, który został specjalnie zaprojektowany do tego pola zastosowań. SAACKE oferuje również specjalnie dostosowane rozwiązania do termicznego wykorzystania gazów procesowych silnika gazowego. Jednakże, należy zauważyć, że limity emisji muszą być zgodne z obowiązującymi wymaganiami prawnymi.

51 Summary Potencjał kogeneracji poza ogólnym popytem na ciepło procesowe pozostaje teoretyczny, jako że zapotrzebowanie na energię elektryczną i ciepło nie zawsze zbiega się w miejscu i czasie. Zebrane do dnia dzisiejszego doświadczenie w tej dziedzinie nie pozostawia wątpliwości, że symbioza pomiędzy turbiną i palnikiem turbinowych gazów spalinowych daje idealną podstawę ekonomicznego i ekologicznego funkcjonowania elektrociepłowni kogeneracyjnej.

52 Podsumowanie Kogeneracja dla średniej wielkości przedsiębiorstw jest bardzo wydajna, niezwykle ekonomiczna oraz przyjazna dla środowiska. Podsumowując na koniec: Kogeneracja ma ogromne możliwości Wiele dziedzin zastosowania Wyjątkową wydajność Oszczędności dla operatora instalacji Zapewnia ochronę środowiska Możliwa modernizacja istniejących kotłów Szybki zwrot inwestycji Dotacje/finansowanie rządowe

53 Summary Osoba kontaktowa w siedzibie w Bremen: Niemcy: Jens von der Brüggen Bremen NiederlassungNord@SAACKE.de j.vonderbrueggen@saacke.de Erkrath NiederlassungWest@SAACKE.de Tel.: +49 (0) Dornstadt NiederlassungSued@SAACKE.de Tel.kom.: +49 (0) Berlin NiederlassungOst@SAACKE.de Oraz wszystkie podmioty zależne SAACKE na całym świecie.

54 JESTEŚMY TAK MIĘDZYNARODOWI JAK NASI KLIENCI Dysponując ośrodkami serwisowymi w ponad 20 krajach na całym świecie, przeszło 70 międzynarodowymi przedstawicielami oraz licznymi centrami serwisowymi we wszystkich najważniejszych portach, nasi klienci mogą nas znaleźć tam, gdzie nas potrzebują. Dziękuję Państwu za uwagę.