Ekonomiczno-techniczne aspekty wykorzystania gazu w energetyce

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Ekonomiczno-techniczne aspekty wykorzystania gazu w energetyce"

Witold Marciniak
8 lat temu
Przeglądów:

1 Ekonomiczno-techniczne aspekty wykorzystania gazu w energetyce Janusz Kotowicz W1 Wydział Inżynierii i Ochrony Środowiska Politechnika Częstochowska

2 Układ prezentacji wykładów W1,W2,W3 1. Wprowadzenie 2. Zasoby gazu ziemnego na świecie 3. Zużycie gazu ziemnego w Polsce 4. Gazownictwo w Polsce 5. Zalety paliwa gazowego 6. Przykładowe parametry gazu 7. Koszty paliwa gazowego

3 W1 Podstawowe wielkości charakteryzujące paliwa gazowe

4 Rodzaje i postaci energii Energia pierwotna - energia chemiczna zawarta w paliwie w miejscu i stanie w jakim paliwo pierwotnie się znajdowało. Nośnikami energii pierwotnej są np. organiczne paliwa kopalne, paliwa jądrowe czy odnawialne źródła energii. Energia finalna - ilość energii użytecznej uzyskana z paliwa po uwzględnieniu strat wynikających z konwersji, transportu etc. Nośnikami energii wtórnej są np. energia elektryczna, ciepło, koks, gazy opałowe, produkty przerobu ropy naftowej.

5 Rodzaje i postaci energii Energia pierwotna: odnawialna i nieodnawialna. Energetyczne zasoby odnawialne: energia promieniowania słonecznego, energia fal morskich i pływów oceanicznych, energia biomasy, energia wiatru, energia związana z istnieniem gradientów temperatury w morzach i oceanach, energia cieków wodnych, energia geotermalna.

6 Rodzaje i postaci energii Energetyczne zasoby nieodnawialne: Paliwa organiczne: węgiel kamienny i brunatny, ropa naftowa, gaz ziemny, gaz syntezowy, torf, drewno, łupki bitumiczne, Paliwa jądrowe rozszczepialne: uran, tor, Paliwa jądrowe energii syntezy: deuter, lit, hel.

7 Ocena ilościowa zasobów Jednostki masy (Mg, m n3 ), tona paliwa umownego (tpu) tona paliwa o wartości opałowej równej 7000 kcal/kg (dla oceny zasobów paliw stałych): 1tpu = 10 3 kg 7000 kcal kg = 29, J = 8,141 MWh tona oleju ekwiwalentnego (toe) (dla oceny zasobów paliw ciekłych): 1 toe = 1,4286tpu = 41,86 GJ przeliczeniowy metr sześcienny normalny (m n3 ): 3 6 1(mn ) = 8200 kcal = 34,33 10 J = p 34,33 MJ

8 Przedrostki do tworzenia nazw jednostek wtórnych Jednostki wielokrotne Przedrostek Skrót 10 n deka da 10 hekto h 10 2 kilo k 10 3 mega M 10 6 giga G 10 9 tera T peta P eksa E 10 18

9 Zużycie energii pierwotnej (2006) Zużycie energii pierwotnej - Świat 2006 (13000 Mtoe) 6,7% 11,1% 2,3% 0,4% 22,2% węgiel ropa naftowa gaz ziemny paliwa jądrowe biomasa wodna inna odnawialna 22,0% 35,3% Zużycie energii pierwotnej - Polska 2006 (110 Mtoe) 12,0% 0,0% 5,4% 0,6% 0,01% węgiel ropa naftowa gaz ziemny paliwa jądrowe biomasa wodna inna odnawialna 22,0% 60,0%

10 Zużycie energii finalnej Świat (2006) 13,6% 4,1% 11,0% węgiel ropa naftowa gaz ziemny elektryczność biomasa i odpady inna odnawialna 40,9% 14,3% 16,1%

11 Prognozy energetyczne Zużycie energii pierwotnej na świecie

12 Prognozy energetyczne Prognoza światowego zapotrzebowania energii i jego struktura w latach w EJ (EJ = J) Rodzaj energii pierwotnej Energia pierwotna, EJ Wzrost Udziały, % 2001 r r. zużycia 2001 r r. Węgiel 98,6 151,0 1,53 23,4 22,1 Ropa naftowa 150,9 241,5 1,6 35,7 35,4 Gaz ziemny 87,3 176,0 2,01 20,7 25,8 Energia jądrowa 28,2 29,4 1,04 6,7 4,3 Energia wodna 9,6 15,3 1,59 2,2 2,2 Pozostałe OZE 47,8 69,2 1,48 11,3 10,2 Świat ogółem 423,3 682,4 1,61 100,0 100,0

13 Prognoza światowej produkcji energii elektrycznej Prognoza światowej produkcji energii elektrycznej według struktury rodzajów paliw w latach Energia pierwotna Energia elektryczna, TWh Wzrost Udziały, % 2001 r r. produkcji 2001 r r. Węgiel ,94 38,9 36,8 Paliwa ciekłe ,07 8,1 4,2 Gaz ziemny ,45 17,4 31,4 Wodór (ogniwa paliwowe) ,1 Paliwa jądrowe ,04 16,8 8,6 Energia wodna ,61 17,2 13,5 Pozostałe OZE ,55 1,6 4,4 Świat ogółem ,05 100,0 100,0

14 Kluczowe dane dla polskiej energetyki (2004) Rodzaj energii Zużycie energii pierwotnej Produkcja krajowa Import netto Końcowe zużycie energii Produkcja energii elektrycznej Mtoe TWh Paliwa stałe 54,6 69,2-14,6 11,3 141,6 Ropa naftowa 22,0 1,5 20,9 17,3 2,5 Gaz 11,9 3,9 8,1 8,3 5,0 Paliwa jądrowe Elektryczność -0,8 8,6 Źródła odnawialne 4,3 4,3 3,9 3,1 Inne -0,3 0,5 7,5 1,9 Razem 92,5 79,5 13,6 56,9 154,2

15 Kluczowe wskaźniki dla polskiej energetyki (2004) Wskaźnik Polska UE-27 Energia na mieszkańca (kgoe/cap) Uzależnienie od importowanej energii (%) 14,7 50,1 Emisja CO 2 (Mt) Intensywność CO 2 (tco 2 /toe) 3,2 2,2 CO 2 na mieszkańca (kg/cap)

16 Podstawowe paliwa gazowe Gaz ziemny wysokometanowy (najczęściej systemowy): - LNG (gaz ziemny płynny), - CNG (sprężony gaz ziemny), gaz ziemny zaazotowany, biogazy: - gaz z fermentacji biologicznej (np. z oczyszczalni ścieków), - gaz wysypiskowy, - gaz ze zgazowania biomasy (piroliza biomasy), gaz LPG (propan butan), gaz z odmetanowania kopalń, gaz ze zgazowania węgla, wodór: - wysokotemperaturowe układy gazowe (układy przyszłościowe), - ogniwa paliwowe (niskotemperaturowe utlenianie wodoru), gaz koksowniczy, gazy przemysłowe (wielkopiecowy, konwertorowy itp.).

17 Podstawowe wielkości charakteryzujące paliwa gazowe Parametry fizykochemiczne: skład (udziały objętościowe/molowe): składniki palne: CH 4, C 2 H 6, C m H n, H 2, CO składniki niepalne: N 2, O 2, CO 2 wartość opałowa W d jest to energia uzyskana ze spalenia jednostki masy lub jednostki objętości paliwa przy jego całkowitym i zupełnym spalaniu, przy założeniu, że para wodna zawarta w spalinach nie ulega skropleniu, wyrażana np. w MJ/kmol, MJ/mn3 (MJ/kg), gęstość w warunkach normalnych (0ºC, 1 atm) ρ, kg/m 3, prędkość spalania (m/s), zależna od stosunku nadmiaru powietrza do spalania λ,

18 Podstawowe wielkości charakteryzujące paliwa gazowe liczba metanowa LM - odporność paliwa na spalanie stukowe, im większa wartość liczby metanowej, tym większa odporność paliwa na spalanie stukowe. CH 4 : LM = 100; H 2 : LM = 0, Wartość liczny metanowej odpowiada udziałowi objętościowemu metanu w mieszaninie metanu z wodorem. Przykładowo wartość LM = 90 (gaz ziemny) odpowiada odporności na spalanie stukowe mieszaniny o składzie objętościowym 90% metanu i 10% wodoru. liczba Wobbego k wyraża strumień energii doprowadzonej do palnika bądź komory spalania za pomocą dyszy z odpowiednią średnicą otworu wylotowego. Jest to jeden z podstawowych parametrów określających możliwość zamiennego stosowanie różnych paliw gazowych. Zwykle urządzenia energetyczne mogą być zasilane paliwami gazowymi o podobnej wartości liczby k. k = W d ρ ρ g a, 3 np. MJ/m

19 Parametry ekonomiczne i eksploatacyjne gazów Cena jednostkowa (PLN/GJ, PLN/m n3 ), zużycie gazu (np. m n3 /h), maksymalne zużycie (np. m n3 /h), ciśnienie, (np. MPa), długotrwałość kontraktu, nierównomierność odbioru gazu, dopuszczalne zanieczyszczenie gazu, wysokość nakładów po stronie dostawcy gazu.

20 Parametry ekonomiczne i eksploatacyjne gazów Paliwo gazowe Skład gazu % Gęstość normalna kg/m 3 Wartość opałowa W d, MJ/m n 3 Prędkość spalania m/s Liczba metanowa Wodór H 2 = 100 0, ,78 0,302 0 Tlenek węgla CO = 100 1,25 12,6 0,24 75 Metan CH 4 = 100 0,717 35,89 0, Propan C 2 H 6 = 100 2,03 93,60 0, Gaz ziemny wysokometanowy Gaz ziemny zaazotowany np.: CH 4 = 88,5 C 2 H 6 = 4,7 C 3 H 8 = 1,8 N 2 = 5,0 np.: CH 4 = 48,6 C 2 H 6 = 1,0 C 3 H 8 = 0,4 N 2 = 50,0 0,798 36,51 0, ,995 18,42 0,

21 Parametry ekonomiczne i eksploatacyjne c.d. Paliwo gazowe Biogaz Gaz wysypiskowy Gaz syntezowy (drzewny) Gaz z odmetanowania kopalni Skład gazu % np.: CH 4 = 65,0 CO 2 = 35,0 np.: CH 4 = 50,0 CO 2 = 40,0 N 2 = 10,0 np.: H 2 =7,0 CO = 17,0 C n H m = 5,0 CO 2 = 15,0 N 2 = 56,0 np.: CH 4 = 51,0 CO 2 = 1,5 N 2 = 40,0 O 2 = 7,5 Gęstość normalna kg/m 3 Wartość opałowa W d, MJ/m n 3 Prędkość spalania m/s Liczba metanowa 1,158 23,41 0, ,274 17,64 0, ,258 4,96 0,015 brak danych 0,995 18,36 0,

Podobne dokumenty

Energia słoneczna i cieplna biosfery Pojęcia podstawowe

Dr inż. Mariusz Szewczyk Politechnika Rzeszowska im. I. Łukasiewicza Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa Katedra Termodynamiki 35-959 Rzeszów, ul. W. Pola 2 Energia słoneczna i cieplna biosfery Pojęcia podstawowe