ZAKŁAD TECHNIKI CIEPLNEJ DIVISION OF THERMAL TECHNIUE C E R T I F I E D Certyfikat Nr 164/3/004 Certificate No. PL-164/3/004 Instrukcja wyznaczania energii elektrycznej wytworzonej w skojarzeniu z produkcją ciepła oraz oszczędności energii pierwotnej w świetle przepisów dyrektywy 004/8/WE Praca wykonana na zlecenie: Towarzystwa Gospodarczego Polskie Elektrownie oraz Polskiego Towarzystwa Elektrociepłowni Zawodowych Autorzy: mgr inż. Aleksander Mateja mgr inż. Adam Szymała Sprawdził : Zatwierdził : mgr inż. Barara Owsianka mgr inż. Edward Magiera Gliwice maj 005 r.
SPIS TREŚCI 1. Wprowadzenie...3 1.1. Cel i zakres instrukcji...3 1.. Odstępstwa od metodyki CEN/CENELEC zawartej w CWA 45547...4 1.3. Definicje stosowanych pojęć...6 1.4. Skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła...8 1.4.1. Wskaźniki charakteryzujące proces skojarzony...8 1.4.1.1. Sprawność wytwarzania energii elektrycznej i ciepła łącznie w procesie skojarzonym...8 1.4.1.. Stosunek energii elektrycznej do ciepła...8. Metodyka wyznaczania produkcji energii elektrycznej w skojarzeniu z produkcją ciepła...9.1. Algorytm oliczeń...9.. Osłona ilansowa układu skojarzonego...10.3. Całkowita produkcja energii elektrycznej układu skojarzonego...13.3.1. Produkcja energii elektrycznej...13.3.. Energia elektryczna odpowiadająca produkcji energii mechanicznej...13.4. Całkowita produkcja ciepła użytecznego układu skojarzonego...14.4.1. Ciepło użyteczne dostarczane w postaci pary...14.4.. Ciepło użyteczne dostarczane w postaci cieczy grzewczej...15.5. Całkowita energia chemiczna zużytych paliw...15.5.1. Energia chemiczna paliw...15.5.1.1. Metoda ezpośrednia określania energii chemicznej zużytych paliw...15.5.1.. Metody pośrednie określania energii chemicznej zużytych paliw...16.5.. Energia doprowadzona w postaci innej niż energia chemiczna paliw...16.6. Produkcja ciepła użytecznego w procesie skojarzonym i odpowiadająca jej energia chemiczna zużytych paliw...18.6.1. Ciepło z upustu pary świeżej...19.6.. Ciepło wytworzone w kotle odzyskowym z pomocniczym lu uzupełniającym spalaniem...0.6.3. Ciepło wytworzone w kotle odzyskowym układu gazowo-parowego, z pomocniczym lu uzupełniającym spalaniem...1.7. Produkcja energii elektrycznej w procesie skojarzonym oraz energia chemiczna paliw zużytych na wytworzenie energii elektrycznej i ciepła w skojarzeniu....7.1. Sprawność wytwarzania energii elektrycznej i ciepła łącznie....7.. Produkcja energii elektrycznej w procesie skojarzonym w układzie o sprawności większej lu równej sprawności granicznej...3.7.3. Produkcja energii elektrycznej w procesie skojarzonym w układzie o sprawności mniejszej od sprawności granicznej...3.7.4. Energia chemiczna paliw zużytych do wytworzenia energii elektrycznej i ciepła w skojarzeniu...4.8. Współczynnik zmiany mocy...5.8.1. Wyznaczanie współczynnika zmiany mocy...5.8.. Układy ez zmiany mocy elektrycznej/mechanicznej...6.9. Małe układy skojarzone...6 3. Metodyka oliczania oszczędności energii pierwotnej...7 3.1. Wyznaczenie oszczędności energii pierwotnej...7 3.. Określanie referencyjnych wartości sprawności...7 3..1. Referencyjna wartość sprawności rozdzielonej produkcji energii elektrycznej...8 3... Referencyjna wartość sprawności rozdzielonej produkcji ciepła...9 4. Przykłady oliczeniowe...30 4.1. Turina parowa upustowo-przeciwprężna...30 4.. Turina parowa upustowo kondensacyjna...35 4.3. Złożony układ kolektorowy...39 4.4. Układ gazowo-parowy...45 Strona 1 z 49
WYKAZ OZNACZEŃ Symole 1 Opis Jedn. f całkowita energia chemiczna zużytych paliw GJ energia chemiczna paliw zużytych do wytwarzania energii elektrycznej i ciepła q f CHP w procesie skojarzonym GJ energia chemiczna paliw zużytych do wytwarzania energii elektrycznej i ciepła k f non-chp poza procesem skojarzonym GJ ek f non-chp,p energia chemiczna paliw zużytych do wytwarzania energii elektrycznej poza procesem skojarzonym GJ ck f non-chp,q energia chemiczna paliw zużytych do wytwarzania ciepła poza procesem skojarzonym GJ d f energia chemiczna dodatkowego paliwa spalonego w kotle odzyskowym GJ r f równoważnik paliwowy dla energii doprowadzonej lu wyprowadzonej GJ u q całkowita produkcja ciepła użytecznego GJ cn - ciepło wysłane na zewnątrz Odiorcom GJ zu - ciepło zużyte na cele komunalne wewnątrz zakładu GJ uq q CHP produkcja ciepła użytecznego w procesie skojarzonym GJ uk q non-chp produkcja ciepła użytecznego poza procesem skojarzonym GJ k - ciepło wytworzone w kotle GJ d - ciepło wytworzone w kotle odzyskowym w wyniku spalenia dodatkowego paliwa GJ r - ciepło w parze doprowadzonej do stacji redukcyjnej GJ A p całkowita produkcja energii elektrycznej MWh A e p e,i produkcja energii elektrycznej rutto zmierzona na zaciskach generatora MWh A m p m,i energia elektryczna odpowiadająca produkcji energii mechanicznej MWh A q p CHP produkcja energii elektrycznej w procesie skojarzonym MWh A k p non-chp produkcja energii elektrycznej poza procesem skojarzonym MWh sprawność wytwarzania energii elektrycznej i ciepła łącznie % sprawność wytwarzania energii elektrycznej i ciepła łącznie w procesie q CHP skojarzonym % qc CHPH 3 sprawność wytwarzania ciepła w procesie skojarzonym % qe CHPE 3 sprawność wytwarzania energii elektrycznej w procesie skojarzonym % ck non-chp,q sprawność wytwarzania ciepła poza procesem skojarzonym % ek non-chp,e sprawność wytwarzania energii elektrycznej poza procesem skojarzonym % refc Ref H 3 referencyjna wartość sprawności wytwarzania ciepła w procesie rozdzielonym % refe Ref E 3 referencyjna wartość sprawności wytwarzania energii elektrycznej w procesie rozdzielonym % k oiler sprawność kotła % gr - sprawność graniczna, określona dla danego typu układu skojarzonego % σ sk σ CHP stosunek energii elektrycznej do ciepła GJ/GJ β β współczynnik zmiany mocy GJ/GJ PES PES 3 oszczędność energii pierwotnej % 1 oznaczenia stosowane w Instrukcji oznaczenia w CWA 45547 [1] 3 oznaczenia z Dyrektywy 004/8/WE [] Oznaczenia rysunkowe KP - kocioł parowy SKR - skraplacz pary KW - kocioł wodny SRS - stacja redukcyjno-schładzająca KO - kocioł odzyskowy XC - wymiennik ciepłowniczy TP - turina parowa przeciwprężna XR - chłodnica wody powrotnej TK - turina parowa kondensacyjna WP - człon wysokoprężny turiny SP - człon średnioprężny turiny NP - człon nisokoprężny turiny TG - turina gazowa Strona z 49
1. WPROWADZENIE Wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła realizowane jest głównie w procesach przetwarzania energii chemicznej lu jądrowej paliw. Wyczerpywalność zasoów paliw kopalnych oraz konieczność maksymalnego ograniczenia emisji produktów spalania do atmosfery powodują, że coraz więcej uwagi poświęca się zagadnieniom poprawy efektywności wykorzystania energii paliw pierwotnych. Efektywność wykorzystania energii paliw ma największe znaczenie w przypadku produkcji elektryczności, ponieważ wytwarzanie ciepła jest dziś możliwe z wysoką sprawnością przemiany. Sprawność wytwarzania energii elektrycznej za pomocą silników cieplnych jest znacznie niższa od sprawności produkcji ciepła, co nie wynika z niedoskonałości technicznej urządzeń, lecz z ograniczeń termodynamicznych. Jednym z najardziej efektywnych sposoów zwiększenia sprawności przemiany energii paliw jest skojarzona produkcja energii elektrycznej i ciepła. Skojarzony proces wytwarzania energii elektrycznej lu mechanicznej i ciepła umożliwia znaczną oszczędność paliwa i ograniczenie emisji w porównaniu z tradycyjnymi, jednocelowymi procesami wytwarzania tych nośników energii. Wytwarzanie elektryczności i ciepła w układach skojarzonych jest zwykle realizowane ze sprawnością przemiany energii chemicznej paliwa w zakresie 70-90%, odpowiadającą sprawności wytwarzania ciepła w ciepłowni [1]. W przeciwieństwie do tradycyjnych metod wytwarzania elektryczności, w układach skojarzonych następuje jednoczesne wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła, które jest użytecznie wykorzystywane w procesach przemysłowych lu do ogrzewania udynków i wytwarzania ciepłej wody użytkowej. Ciepło wytwarzane w skojarzeniu zastępuje w ten sposó ciepło, które w przeciwnym razie musiałoy yć dostarczone poprzez spalenie dodatkowego paliwa w kotłach lu innych ezpośrednio opalanych urządzeniach, co w konsekwencji prowadzi również do ezpośredniej redukcji emisji. Promowanie wysokosprawnej produkcji w układach skojarzonych stanowi priorytet Wspólnoty ze względu na związane z nią korzyści w zakresie oszczędzania energii pierwotnej, unikania strat sieciowych oraz ograniczania emisji szkodliwych sustancji, w szczególności gazów cieplarnianych. Wspieranie i zwiększenie wytwarzania energii elektrycznej i ciepła w skojarzeniu uznano za jedno z działań koniecznych dla wypełnienia postanowień Protokołu z Kioto do Ramowej Konwencji Narodów Zjednoczonych w sprawie Zmian Klimatu. Wytwarzanie w skojarzeniu o wysokiej sprawności przyczynia się do poprawy ezpieczeństwa dostaw energii oraz poprawia konkurencyjność Unii Europejskiej i jej Państw Członkowskich. Komisja Europejska dostrzegając przedstawione powyżej korzyści płynące ze stosowania skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła przedstawiła projekt Dyrektywy 004/8/WE o promocji skojarzonej produkcji w oparciu o zapotrzeowanie na ciepło użyteczne na wewnętrznym rynku energii [], która została przyjęta przez Parlament Europejski i Radę 11 lutego 004 r. 1.1. Cel i zakres instrukcji Przyjęta w Aneksie II Dyrektywy metodologia określania ilości energii elektrycznej wytworzonej w skojarzeniu wymaga znajomości aktualnego stosunku energii elektrycznej do ciepła, lecz nie określa sposou jego wyznaczenia dla poszczególnych typów instalacji. Europejski Komitet Normalizacyjny CEN/CENELEC w Uzgodnieniach Warsztatowych CWA 45547 [1] zaproponował metodologię wyznaczania stosunku energii elektrycznej do ciepła oraz ilości energii elektrycznej uznanej za wytworzoną w skojarzeniu, stanowiącą źródło informacji realizacji Załącznika II Dyrektywy. Celem niniejszej instrukcji jest dostosowanie do potrze polskiej energetyki metodyki oliczeń zaproponowanej przez CEN/CENELEC w Uzgodnieniach Warsztatowych CWA 45547 [1] w zakresie wyznaczania stosunku energii elektrycznej do ciepła oraz ilości energii elektrycznej uznanej za wytworzoną w skojarzeniu oraz opracowanie procedury określania oszczędności energii pierwotnej w gospodarce skojarzonej względem rozdzielonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła, w myśl Załącznika III Dyrektywy []. Strona 3 z 49
1.. Odstępstwa od metodyki CEN/CENELEC zawartej w CWA 45547 Dokument pt: Instrukcja wyznaczania energii elektrycznej wytworzonej w skojarzeniu z produkcją ciepła oraz oszczędności energii pierwotnej w świetle przepisów dyrektywy 004/8/WE jest autorskim opracowaniem wykonanym przez Energopomiar Sp. z o.o. Przedstawiona metodologia oliczeń została zaczerpnięta z Uzgodnień warsztatowych CWA 45547 opulikowanych przez Europejskie Organizacje Standaryzacyjne CEN/CENELEC w internecie. W celu dostosowania metodyki do warunków występujących w polskiej energetyce zaproponowano wprowadzenie niewielkich zmian, które wyszczególniono poniżej. Talica 1.1 Lp Zmiany w metodyce Uzasadnienie 1 Przy wyznaczaniu ilości ciepła użytecznego dostarczonego przez układ skojarzony w postaci pary uwzględniono energię zwracanego kondensatu oraz ewentualnie wody uzupełniającej, przy niepełnym zwrocie kondensatu Punkt.4.1 Instrukcji Sprecyzowano sposó wyznaczenia całkowitego ciepła użytecznego poprzez dodanie we wzorze (.) ciepła zu zużytego do ogrzewania pomieszczeń i przygotowania ciepłej wody użytkowej wewnątrz zakładu Punkt.4 Instrukcji 3 Wprowadzono możliwość równorzędnego stosowania ezpośredniej i pośredniej metody określania energii chemicznej zużytych paliw w układach skojarzonych, w których nie są wykorzystywane turiny gazowe lu silniki spalinowe. Punkt.5.1 Instrukcji Nieuwzględnienie energii zwracanego kondensatu może powodować znaczne zawyżenie sprawności wytwarzania w układach skojarzonych dostarczających dużą ilość pary i otrzymujących kondensat zwrotny o wysokiej temperaturze. Ponieważ uzyskana sprawność wytwarzania decyduje czy układ skojarzony może zaliczyć całość produkcji energii elektrycznej do produkcji w skojarzeniu, więc nieuzasadnione zawyżenie sprawności może powodować dyskryminację producentów ciepła w postaci wody grzewczej. Taki sposó określania ilości dostarczonego ciepła jest ponadto zgodny z PN-93/M-35500 [4]. Według CEN/CENELEC ciepło użyteczne to ciepło dostarczone przez układ skojarzony w okresie sprawozdawczym, które w przeciwnym razie yłoy dostarczane, co daje się udowodnić, z innych źródeł. W celu uściślenia definicji wprowadzono ardziej szczegółową formułę oliczeniową, uwzględniającą ciepło dostarczane odiorcom zewnętrznym oraz ciepło zużyte wewnątrz zakładu do ogrzewania pomieszczeń i przygotowania ciepłej wody użytkowej, co pozwoli uniknąć niewłaściwej interpretacji. Równoważne traktowanie oydwu metod jest istotne ze względu na trudności związane z zastosowaniem metody ezpośredniej w odniesieniu do paliw stałych, które stanowią zdecydowaną większość w ogólnym zużyciu paliw w gospodarce skojarzonej w Polsce. Niejednokrotnie metody pośrednie zapewniają porównywalną (a czasami nawet większą) dokładność względem metody ezpośredniej, która najlepiej sprawdza się w przypadku paliw ciekłych i gazowych. Prolemy w dotrzymaniu odpowiedniej dokładności określania energii chemicznej zużytych paliw metodą ezpośrednią wynikają przede wszystkim z trudności związanych z dokładnym określeniem wartości opałowej niejednorodnych paliw stałych. Metody pośrednie, określone w normie PN-93/M-35500 są powszechnie stosowane w polskiej energetyce. Strona 4 z 49
4 Zmieniono wzory określające produkcję ciepła poza procesem skojarzonym oraz przyporządkowaną mu energię chemiczną zużytych paliw w układzie gazowo-parowym z pomocniczym lu uzupełniającym spalaniem. Punkt.6.3 Instrukcji 5 Zaproponowano autorską metodę określania współczynnika zmiany mocy β Dopuszczono określenie współczynnika β na podstawie aktualnych danych z dokumentacji techniczno-ruchowej urządzeń Zmiana ta jest konsekwencją wprowadzenia konieczności uwzględniania energii kondensatu pary, zwracanego do układu skojarzonego przez Odiorców. Nie zmienił się sens fizyczny współczynnika a jedynie sposó jego wyznaczenia, co powinno ułatwić wykonanie oliczeń. Metoda przedstawiona w CWA 45547 jest nieprecyzyjna i może powodować trudności w prawidłowym określaniu współczynnika zmiany mocy β. Punkt.8 Instrukcji 6 Zmieniono oznaczenia stosowane we wzorach 7 Zmodyfikowano definicje pojęć stosowanych w opracowaniu Punkt 1.3 Instrukcji Przyjęte oznaczenia zostały maksymalnie dostosowane do oznaczeń stosowanych w powszechnie stosowanej normie PN-93/M-35500, co ułatwi wykonanie poprawnych oliczeń. W wykazie oznaczeń przedstawiono także oznaczenia stosowane w CWA 45547. Definicje układu skojarzonego oraz całkowitej produkcji ciepła użytecznego dostosowano do definicji zamieszczonych w rozporządzeniu Ministra Gospodarki z dnia 9 grudnia 004, w sprawie szczegółowego zakresu oowiązku zakupu energii elektrycznej wytwarzanej w skojarzeniu z wytwarzaniem ciepła. Pozostałe definicje pojęć nawiązują do definicji stosowanych w CWA jednakże zostały doprecyzowane. Ponadto, w treści Instrukcji: przekształcono kilka wzorów oliczeniowych w celu ułatwienia oliczeń, zamieszczono zupełnie nowe przykłady oliczeniowe dla układów skojarzonych najczęściej występujących w polskich elektrowniach i elektrociepłowniach, dodano procedurę oliczania oszczędności energii pierwotnej PES w myśl Załącznika III Dyrektywy 004/8/WE wraz z talicą wartości referencyjnych sprawności wytwarzania energii elektrycznej i ciepła w gospodarce rozdzielonej. Strona 5 z 49
1.3. Definicje stosowanych pojęć Skojarzony proces wytwarzania energii elektrycznej i ciepła jest procesem równoczesnego przetwarzania energii chemicznej paliw w energię elektryczną/mechaniczną i ciepło użyteczne w układzie skojarzonym, w ramach procesu termodynamicznego. Układ skojarzony jest to jednostka wytwórcza stanowiąca opisany poprzez dane techniczne i handlowe wyodręniony zespół urządzeń należących do przedsięiorstwa energetycznego, służący do wytwarzania energii elektrycznej/mechanicznej w skojarzeniu z wytwarzaniem ciepła i do wyprowadzenia mocy. Okres sprawozdawczy jest to umowny okres czasu stosowany w celu prowadzenia sprawozdawczości i określania danych do oliczeń (zwykle rok kalendarzowy). Całkowita produkcja energii elektrycznej A jest sumą produkcji energii elektrycznej rutto A e zmierzonej na zaciskach generatorów i energii elektrycznej odpowiadającej energii mechanicznej rutto A m, wytworzonych przez układ skojarzony w okresie sprawozdawczym, łącznie z okresami rozruchu i postoju. Produkcja energii elektrycznej w procesie skojarzonym A q jest to energia elektryczna/mechaniczna rutto uznana za wytworzoną w ezpośrednim związku z wytwarzaniem ciepła użytecznego i wyznaczona zgodnie z metodologią określoną w niniejszej instrukcji, dla danego układu skojarzonego w okresie sprawozdawczym. Produkcja energii elektrycznej poza procesem skojarzonym A k jest to energia elektryczna/mechaniczna wytworzona przez układ skojarzony w okresie sprawozdawczym, która nie została wytworzona w ezpośrednim związku z wytwarzaniem ciepła. Całkowita produkcja ciepła użytecznego u jest to ilość ciepła dostarczonego przez układ skojarzony do sieci lu procesu produkcyjnego w okresie sprawozdawczym, przeznaczonego: do ogrzewania udynków i przygotowania ciepłej wody użytkowej, do przemysłowych procesów technologicznych, dla oiektów wykorzystywanych do produkcji rolnej lu zwierzęcej, w celu zapewnienia odpowiedniej temperatury i wilgotności w tych oiektach, do wtórnego wytwarzania chłodu w przypadkach wcześniej wymienionych, która w przeciwnym razie yłay dostarczana, co daje się udowodnić, z innych źródeł. Produkcja ciepła w procesie skojarzonym uq jest to ilość ciepła użytecznego wytworzonego w skojarzeniu z produkcją energii elektrycznej/mechanicznej przez układ skojarzony, w okresie sprawozdawczym, które zostało dostarczone do sieci lu procesu produkcyjnego. Jest to ciepło, które w przeciwnym razie yłoy dostarczone z innych źródeł. Produkcja ciepła poza procesem skojarzonym uk jest to ilość ciepła użytecznego wytworzonego przez układ skojarzony w okresie sprawozdawczym, w procesach którym nie towarzyszy jednoczesna produkcja energii elektrycznej/mechanicznej. Całkowita energia chemiczna zużytych paliw jest to sumaryczna ilość energii chemicznej paliw zużytych przez układ skojarzony w okresie sprawozdawczym, do wytwarzania energii elektrycznej/mechanicznej i ciepła użytecznego. Energia chemiczna paliw zużytych w procesie skojarzonym q jest to ilość energii chemicznej paliw zużytych przez układ skojarzony w okresie sprawozdawczym, do skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej/mechanicznej i ciepła użytecznego. Energia chemiczna paliw zużytych poza procesem skojarzonym k jest to ilość energii chemicznej paliw zużytych przez układ skojarzony w okresie sprawozdawczym, do wytwarzania energii elektrycznej/mechanicznej i ciepła użytecznego poza procesem skojarzonym. Strona 6 z 49
Całkowita sprawność wytwarzania energii elektrycznej i ciepła łącznie określa stopień przemiany energii chemicznej paliw w energię elektryczną/mechaniczną i ciepło łącznie i jest zdefiniowana jako stosunek całkowitej energii wyprowadzonej z układu skojarzonego do całkowitej energii doprowadzonej do układu skojarzonego w okresie sprawozdawczym. Sprawność wytwarzania energii elektrycznej i ciepła łącznie jest zdefiniowana jako stosunek całkowitej energii wyprowadzonej z układu skojarzonego, pomniejszonej o ciepło wytworzone poza procesem skojarzonym, do całkowitej energii doprowadzonej do układu skojarzonego, pomniejszonej o energię chemiczną paliw zużytych na wytworzenie ciepła poza procesem skojarzonym, w okresie sprawozdawczym. Sprawność wytwarzania energii elektrycznej i ciepła łącznie w procesie skojarzonym q jest zdefiniowana jako stosunek energii wyprowadzonej z układu skojarzonego wytworzonej w procesie skojarzonym do energii doprowadzonej do układu skojarzonego, pomniejszonej o energię chemiczną paliw zużytych na wytworzenie energii elektrycznej/mechanicznej i ciepła poza procesem skojarzonym, w okresie sprawozdawczym. Sprawność wytwarzania energii elektrycznej poza procesem skojarzonym ek jest to sprawność wytwarzania energii elektrycznej/mechanicznej, która nie została wytworzona w ezpośrednim związku z wytwarzaniem ciepła, w okresie sprawozdawczym, określona dla danego układu skojarzonego. Sprawność wytwarzania ciepła poza procesem skojarzonym ck jest to sprawność wytwarzania ciepła użytecznego, które nie zostało wytworzone w ezpośrednim związku z wytwarzaniem energii elektrycznej/mechanicznej, w okresie sprawozdawczym, określona dla danego układu skojarzonego. Stosunek energii elektrycznej do ciepła σ sk jest to stosunek ilości energii elektrycznej/mechanicznej wytworzonej w procesie skojarzonym A q do ilości ciepła wytworzonego w procesie skojarzonym uq, określony dla danego układu skojarzonego, podczas pracy w pełnym tryie skojarzenia. Pełny try skojarzenia jest to try pracy układu skojarzonego ze sprawnością wytwarzania energii elektrycznej i ciepła łącznie nie mniejszą od sprawności granicznej, określonej dla danej technologii skojarzonej produkcji. Współczynnik zmiany mocy β określa wpływ ilości ciepła doprowadzanego lu wyprowadzanego z układu skojarzonego na produkcję energii elektrycznej/mechanicznej, w okresie sprawozdawczym. Wartość referencyjna sprawności jest to najwyższa sprawność alternatywnych, dostępnych i ekonomicznie uzasadnionych technologii rozdzielonego wytwarzania energii elektrycznej/ mechanicznej i ciepła, które proces skojarzony ma zastąpić, oecnych na rynku w roku rozpoczęcia eksploatacji układu skojarzonego. Strona 7 z 49
1.4. Skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła Skojarzony proces wytwarzania energii elektrycznej i ciepła jest to proces równoczesnego przetwarzania energii chemicznej paliw w energię elektryczną/mechaniczną i ciepło użyteczne realizowany w układzie skojarzonym. Proces ten charakteryzuje znacznie wyższa sprawność całkowita (przemiany energii chemicznej paliwa) i co za tym idzie oszczędność energii chemicznej paliwa w porównaniu z procesami wytwarzania energii elektrycznej i ciepła realizowanymi oddzielnie (rysunek 1). 36 straty 16 paliwo 100 50 50 elektrownia ciepłownia 31 5 19 elektrociepłownia paliwo 80 45 Rysunek 1 Oszczędność energii chemicznej w gospodarce skojarzonej 1.4.1. Wskaźniki charakteryzujące proces skojarzony 1.4.1.1. Sprawność wytwarzania energii elektrycznej i ciepła łącznie w procesie skojarzonym Sprawność wytwarzania energii elektrycznej/mechanicznej i ciepła łącznie w procesie skojarzonym określa stopień przemiany energii chemicznej paliwa w produkty skojarzenia w %: 3,6 A + q 10 q uq (1.1) q 1.4.1.. Stosunek energii elektrycznej do ciepła Stosunek energii elektrycznej do ciepła σ sk w GJ/GJ jest to wskaźnik określający stosunek produkcji energii elektrycznej/mechanicznej rutto uznanej za wytworzoną w procesie skojarzonym do produkcji ciepła w skojarzeniu. σ sk 3,6 A uq q (1.) Strona 8 z 49
. METODYKA WYZNACZANIA PRODUKCJI ENERGII ELEKTRYCZNEJ W SKOJARZENIU Z PRODUKCJĄ CIEPŁA.1. Algorytm oliczeń Wyznaczyć całkowitą ilość energii elektrycznej i mechanicznej, ciepła użytecznego oraz energii chemicznej paliw Czy w układzie jest wytwarzane ciepło użyteczne poza procesem skojarzenia? tak nie Wyznaczyć: uk ck Przyjąć: uq u ck 0 Oliczyć: uq u - uk Wyznaczyć sprawność wytwarzania: 3,6 A + ck uq Oliczyć: A q A q ck tak Sprawność wytwarzania przekracza wartość graniczną w Załączniku II Dyrektywy? nie tak Wyznaczyć β Czy występuje uytek mocy elektrycznej/ mechanicznej związany z produkcją ciepła użytecznego w skojarzeniu? nie Oliczyć: σ 3,6 A + β uq ek ck sk ek β gr ek gr Oliczyć: ek ck σ sk 3,6 A ek gr ek Oliczyć: A q uq σ 3,6 sk A k A A q Oliczyć: ek 3,6 A ek k q ck ek Strona 9 z 49
.. Osłona ilansowa układu skojarzonego Układ skojarzony dostarcza energię elektryczną/mechaniczną i ciepło użyteczne do Odiorców, którzy korzystają z produktów wytwarzanych przez układ. W celu określenia ilości dostarczonych produktów energetycznych do Odiorców oraz energii chemicznej paliw doprowadzonych do układu skojarzonego należy ustalić umowną granicę (osłonę ilansową patrz rysunek ). Odiorcą może yć np. zakład przemysłowy, komunalna sieć ciepłownicza a także elektryczna sieć przesyłowa. osłona ilansowa energia elektryczna paliwo Układ skojarzony ciepło użyteczne Odiorcy Rysunek Układ skojarzony i Odiorcy Osłona ilansowa układu skojarzonego powinna oejmować wszystkie urządzenia wytwórcze i urządzenia służące do odzysku ciepła realizujące proces skojarzony, które dostarczają energię elektryczną, mechaniczną lu ciepło do Odiorcy. Muszą one zostać uwzględnione wewnątrz osłony ilansowej układu skojarzonego wraz z odpowiednimi połączeniami do Odiorców. W granicach osłony ilansowej układu nie należy umieszczać pomocniczych urządzeń do produkcji ciepła lu elektryczności, takich jak kotły ciepłownicze produkujące tylko ciepło użyteczne i siłownie produkujące tylko energię elektryczną/mechaniczną, które nie iorą udziału w skojarzonym procesie wytwarzania energii elektrycznej i ciepła. Dlatego kotły szczytowe i kotły rezerwowe oraz dodatkowe turozespoły kondensacyjne należy wykluczyć z układu (rysunek 3, 4 i 5). Także urządzenia do wytwarzania chłodu powinny yć umieszczone na zewnątrz granicy układu skojarzonego. Pomiary wielkości produkcji powinny yć umieszczone na granicach układu. Pomocnicze turiny parowe do napędu pomp lu sprężarek muszą yć włączone w granice układu skojarzonego. Przy określaniu całkowitej ilości energii wyprowadzanej z układu skojarzonego należy uwzględnić energię mechaniczną lu ciepło wytwarzane w turinie pomocniczej, zarówno wykorzystywane w celu pokrycia potrze własnych układu jak i dostarczane Odiorcy. Energia cieplna potrzena do wytworzenia w turinach pomocniczych energii mechanicznej lu ciepła wysyłanego do Odiorców nie może yć zaliczona do energii użytecznej, wyprowadzanej z układu skojarzonego. Strona 10 z 49
PRAWIDŁOWO Osłona ilansowa Osłona ilansowa NIEPRAWIDŁOWO KP TP KP TP KP KP XC XC KW KW Rysunek 3 Prawidłowy doór granic układu w przypadku kotłów rezerwowo-szczytowych PRAWIDŁOWO Osłona ilansowa Osłona ilansowa NIEPRAWIDŁOWO KP TP KP TP TP TP XC XC Rysunek 4 Prawidłowy doór granic układu w przypadku dodatkowej turiny ciepłowniczej zasilanej parą z wylotu lu upustu innej turiny Strona 11 z 49
PRAWIDŁOWO Osłona ilansowa NIEPRAWIDŁOWO Osłona ilansowa KP TP KP TP TK TK SKR SKR Rysunek 5 Prawidłowy doór granic układu w przypadku dodatkowej turiny kondensacyjnej zasilanej parą z wylotu lu upustu innej turiny W układach gazowo-parowych, w których ciepło ze spalin turiny gazowej jest wykorzystane do produkcji pary zasilającej turinę parową, urządzenia te nie mogą yć traktowane rozdzielnie, nawet jeśli turina parowa jest zlokalizowana w innym miejscu (rysunek 6). PRAWIDŁOWO Osłona ilansowa NIEPRAWIDŁOWO Osłona ilansowa TG TG KO KO TP TP Rysunek 6 Prawidłowy doór granic układu gazowo-parowego Strona 1 z 49
.3. Całkowita produkcja energii elektrycznej układu skojarzonego W celu przeprowadzenia oliczeń przedstawionych w punkcie.1 konieczne jest określenie całkowitej produkcji energii elektrycznej i mechanicznej układu skojarzonego (w skojarzeniu i poza skojarzeniem) w okresie sprawozdawczym, która jest sumą produkcji energii elektrycznej rutto A e i energii elektrycznej odpowiadającej produkcji energii mechanicznej rutto A m, łącznie z okresami rozruchu i postoju. A m n A + A MWh (.1) i 1 e i i 1 m i.3.1. Produkcja energii elektrycznej Produkcja energii elektrycznej A e w analizowanym okresie rozliczeniowym jest to sumaryczna produkcja energii elektrycznej rutto zmierzona na zaciskach wszystkich generatorów znajdujących się w granicach osłony ilansowej układu skojarzonego. Produkcję energii elektrycznej określa się poprzez ezpośredni pomiar. Stosowanie metod pośrednich wyznaczania produkcji energii elektrycznej dopuszcza się tylko w przypadku raku możliwości zastosowania metod ezpośrednich..3.. Energia elektryczna odpowiadająca produkcji energii mechanicznej Niektóre instalacje realizujące procesy skojarzone wytwarzają energię mechaniczną do ezpośredniego napędzania pomp, wentylatorów, sprężarek, itp. Energia ta może yć wykorzystywana wewnątrz układu skojarzonego, co wpływa na oniżenie zużycia energii elektrycznej na potrzey własne układu, lu może yć dostarczana Odiorcy. W oydwu przypadkach, całość energii mechanicznej wytworzonej w układzie należy zaliczyć do całkowitej produkcji energii elektrycznej układu skojarzonego przeliczając energię mechaniczną na ekwiwalentną energię elektryczną A m w stosunku 1:1. Określenie produkcji energii mechanicznej może powodować trudności ze względu na rak możliwości ezpośredniego pomiaru, tak jak to ma miejsce w przypadku energii elektrycznej czy ciepła. Produkcję energii mechanicznej należy określić w oparciu o ilans energii napędzanego urządzenia, na podstawie pomiaru strumienia oraz parametrów przepływającego czynnika przed i za urządzeniem. Jeżeli nie jest możliwe określenie produkcji energii mechanicznej na podstawie ilansu napędzanego urządzenia wówczas, w przypadku gdy źródłem napędu jest turina gazowa lu silnik spalinowy, należy ją określić na podstawie ilansu energii całego silnika. Konieczne jest wówczas określenie energii chemicznej paliwa, entalpii doprowadzonego powietrza, entalpii spalin oraz ciepła odprowadzonego poprzez układ chłodzenia (jeśli występuje). Metoda ta wymaga prowadzenia analizy spalin. Jeżeli źródłem napędu jest turina parowa, wyjściową energię mechaniczną należy wyznaczyć w oparciu o pomiar przepływu pary oraz jej parametrów na wlocie i wylocie z turiny. Jednakże w sytuacji, gdy para wylotowa jest parą mokrą prolematyczne może yć określenie jej entalpii właściwej, zależnej od stopnia suchości pary. W przypadku oiektywnych trudności z pomiarem wielkości niezędnych do przeprowadzenia oliczeń lu w sytuacji gdy wiązałoy się to z nieracjonalnie wysokimi nakładami finansowymi dopuszcza się możliwość określenia produkcji energii mechanicznej na podstawie wyników przeprowadzonych adań testowych lu danych projektowych producenta. To podejście wymaga oszacowania wpływu starzenia się urządzenia na jego sprawność. Jeżeli istnieje rezerwowy napęd urządzenia silnikiem elektrycznym, to dopuszcza się możliwość oszacowania energii mechanicznej potrzenej do napędu tego urządzenia w oparciu o znamionową moc elektryczną silnika. Należy pamiętać, że energia mechaniczna wykorzystywana do napędu urządzeń ędących integralną częścią silnika cieplnego (np. sprężarka powietrza turiny gazowej) nie może yć traktowana jako Strona 13 z 49
wyjściowa energia mechaniczna układu. Jedynie energia mechaniczna wykorzystywana do napędu urządzeń pomocniczych, których alternatywnym źródłem napędowym jest silnik elektryczny, może yć uznana za wyjściową energię mechaniczną układu. Do urządzeń tych należy zaliczyć: pompy wody zasilającej kocioł, pompy wody chłodzącej, pompy kondensatu, wentylatory i sprężarki powietrza technologicznego. Energia elektryczna wykorzystywana przez silniki napędzające urządzenia pomocnicze jest zaliczana do całkowitej produkcji energii elektrycznej układu, ponieważ produkcja energii elektrycznej A e jest produkcją rutto zmierzoną na zaciskach generatora..4. Całkowita produkcja ciepła użytecznego układu skojarzonego Całkowita produkcja ciepła użytecznego w analizowanym okresie sprawozdawczym jest równa ilości ciepła użytecznego dostarczonego z układu skojarzonego do sieci lu procesu produkcyjnego w postaci pary lu gorącej cieczy grzewczej. u n i 1 cni produkcja ciepła wysłanego Odiorcom zewnętrznym w i-tej postaci (np. para patrz punkt.4.1, gorąca woda patrz punkt.4.) w GJ zu sumaryczne ciepło zużyte do ogrzewania pomieszczeń i przygotowania ciepłej wody użytkowej wewnątrz zakładu w GJ Zużycia ciepła na potrzey własne (z wyjątkiem ciepła zużytego do ogrzewania pomieszczeń i przygotowania ciepłej wody użytkowej) nie zalicza się do całkowitej produkcji ciepła użytecznego układu skojarzonego. Do produkcji ciepła użytecznego nie zalicza się także ciepła odprowadzanego do otoczenia między innymi w kominach, wyciągach, chłodniach czy skraplaczach pary. Ciepła przesyłanego w celu wytwarzania energii elektrycznej w innym urządzeniu nie klasyfikuje się jako produkcja ciepła użytecznego lecz jako część wewnętrznej wymiany ciepła w oręie układu skojarzonego (np. para z kotła odzyskowego turiny gazowej przesyłana do turiny parowej). cn i + zu (.).4.1. Ciepło użyteczne dostarczane w postaci pary Ciepło w postaci pary może yć dostarczane na kilku poziomach ciśnienia i temperatury. W celu określenia produkcji dla każdego poziomu ciśnienia należy zmierzyć wartość ciśnienia, temperatury i przepływu pary. Entalpię właściwą pary należy odczytywać z talic parowych lu wykresów, które posiadają poziom odniesienia 0 o C i 0,1013 MPa, w oparciu o parametry pary zmierzone na granicy układu. Przy wyznaczaniu produkcji ciepła użytecznego w postaci pary należy mieć na uwadze, że: wykorzystywanie pary wewnątrz układu skojarzonego do odgazowywania, podgrzewania kondensatu, suszenia i podgrzewania paliwa, podgrzewania wody uzupełniającej i wody zasilającej kocioł, podgrzewania powietrza do spalania, nie może yć uznawane jako produkcja ciepła użytecznego układu; pary wdmuchiwanej do turiny gazowej nie zalicza się do ciepła użytecznego, a jej energia uwidacznia się w postaci zwiększonej produkcji energii elektrycznej układu. Przy określaniu produkcji ciepła w postaci pary należy odliczyć energię zawartą w kondensacie zwracanym do układu skojarzonego oraz ewentualnie w wodzie uzupełniającej, przy niepełnym zwrocie kondensatu. W tym celu należy mierzyć ilość i temperaturę zwróconego kondensatu oraz doprowadzonej wody uzupełniającej. Strona 14 z 49
.4.. Ciepło użyteczne dostarczane w postaci cieczy grzewczej Ciepło użyteczne może yć wytwarzane m. in. w postaci gorącej wody lu innej cieczy grzewczej, która jest wykorzystywana do transportu ciepła do Odiorców. W celu określenia ilości ciepła dostarczonego w postaci cieczy grzewczej należy określić natężenie przepływu oraz temperaturę cieczy wysyłanej i powracającej, na granicy układu skojarzonego. Do wyznaczania ilości dostarczonego ciepła należy także określić średnią pojemność cieplną właściwą cieczy oiegowej w zakresie temperatur rooczych. Pomiar ilości ciepła musi yć realizowany za pomocą miernika ciepła zgodnie z odpowiednią normą. Niektóre układy skojarzone wyposażone są w chłodnicę umożliwiającą odprowadzenie części ciepła zawartego w powrotnej cieczy grzewczej do otoczenia, w celu zwiększenia produkcji energii elektrycznej (pseudokondensacji). Ciepło odprowadzone do otoczenia nie może yć zaliczone do ciepła użytecznego i w związku z tym, przy wyznaczaniu produkcji ciepła w postaci cieczy grzewczej należy je odliczyć (patrz przykład w punkcie 4.1). W małych układach skojarzonych o mocy elektrycznej nie przekraczającej 1 MW e, które charakteryzują się stałym stosunkiem mocy elektrycznej do mocy cieplnej we wszystkich warunkach eksploatacyjnych i nie posiadają urządzeń służących do odprowadzania ciepła do otoczenia, należy mierzyć produkcję energii elektrycznej, natomiast pomiar produkcji ciepła nie jest w tym przypadku konieczny. Jeśli układ skojarzony, o mocy niższej niż 1 MW e energii elektrycznej, posiada urządzenia do odprowadzania ciepła odpadowego lu jeśli stosunek mocy elektrycznej do mocy cieplnej układu nie jest stały we wszystkich warunkach eksploatacyjnych, wówczas oprócz licznika energii elektrycznej należy zainstalować licznik ciepła użytecznego dostarczanego przez układ skojarzony..5. Całkowita energia chemiczna zużytych paliw Całkowita energia chemiczna paliw doprowadzonych do układu skojarzonego, w okresie sprawozdawczym, jest sumą energii chemicznej wszystkich rodzajów doprowadzonego paliwa i (patrz punkt.5.1) oraz równoważnika paliwowego r odpowiadającego energii doprowadzonej do układu w postaci innej niż paliwo (patrz punkt.5.): n + (.3) i 1 i r.5.1. Energia chemiczna paliw Przy wyznaczaniu energii chemicznej zużytych paliw należy stosować Polską Normę PN-93/M-35500 Metodyka oliczania zużycia paliwa do wytwarzania energii elektrycznej, cieplnej i mechanicznej [4], która określa zasady prowadzenia analiz i ocen techniczno-ekonomicznych w eksploatacji, w sprawozdawczości technicznej i statystyce, przy rozliczaniu dostaw i zużycia paliwa, a także przy oliczaniu kosztów paliwa. Norma dopuszcza równorzędne stosowanie metod ezpośrednich i pośrednich, przedstawionych poniżej. Norma ta nie może yć stosowana dla elektrociepłowni z turinami gazowymi i silnikami spalinowymi. Przy wyznaczaniu zużycia energii chemicznej paliw w tego typu układach należy posłużyć się odpowiednimi normami międzynarodowymi (np. ISO 314 dla turin gazowych). Przy wyznaczaniu energii chemicznej, paliwa odpadowe należy traktować analogicznie jak pozostałe paliwa. W przypadku, gdy część energii chemicznej doprowadzanej w paliwie do procesu skojarzonego jest odzyskiwana w postaci związków chemicznych, należy ją odjąć od energii chemicznej doprowadzanej w paliwie..5.1.1. Metoda ezpośrednia określania energii chemicznej zużytych paliw W metodzie ezpośredniej energię chemiczną zużytych paliw określa się na podstawie masy doprowadzonych paliw i ich wartości opałowej. Przy spalaniu n różnych paliw sumaryczne zużycie energii chemicznej olicza się wg wzoru [4] Strona 15 z 49
n r ( B ) (.4) i i 1 gdzie: B masa zużytego paliwa, r i wartość opałowa paliwa, Masę zużytych paliw wyznacza się za pomocą pomiaru odpowiednim przyrządem pomiarowym lu na podstawie ewidencji przychodów i pomiarów stanów zapasów magazynowych na początku i na końcu okresu rozliczeniowego. W przypadku niektórych paliw może okazać się niemożliwe wyznaczenie energii chemicznej zużytych paliw metodą ezpośrednią lu trudne może yć osiągnięcie odpowiedniej dokładności (np. w przypadku niejednorodnych paliw zawierających frakcje posiadające ziarna dużych rozmiarów, w przypadku niedokładnych pomiarów przepływu masy, przy silnie zmieniającej się wartości opałowej lu gęstości paliwa). W takich przypadkach niepewność pomiarowa może yć nie do przyjęcia z powodu dużych łędów związanych z uzyskaniem reprezentatywnych próek w miejscu ich porania i przygotowania do analizy laoratoryjnej. Takie próki nie są reprezentatywne dla całkowitej ilości doprowadzonego paliwa. W sytuacji, gdy pomiar ezpośredni nie jest wystarczająco dokładny lu pociąga zyt wysokie koszty, należy stosować metodę pośrednią..5.1.. Metody pośrednie określania energii chemicznej zużytych paliw W metodach pośrednich oliczenia wykonuje się na podstawie charakterystyk poszczególnych urządzeń i/lu metodyki techniczno-ekonomicznej kontroli eksploatacji (np. TKE), z uwzględnieniem rzeczywistych warunków charakteryzujących wielkość produkcji i proces technologiczny. Dla wyznaczenia energii chemicznej paliw zużytych na wytworzenie poszczególnych postaci energii elektrycznej i ciepła sporządza się ilanse cieplne dla całej jednostki lu jej wydzielonych części, odpowiednio do układu technologicznego. Dokładność oliczeń jest zależna od aktualności charakterystyk oraz reprezentatywności parametrów charakteryzujących dany okres. W przypadku spalania kilku rodzajów paliwa, energia chemiczna jednego z paliw może yć wyznaczana metodą pośrednią. Energię chemiczną pozostałych paliw należy w takim przypadku mierzyć. Dopuszcza się wyznaczanie energii chemicznej zużytych paliw za pomocą metody strat. W tym celu należy wyznaczyć straty energii w kotłach oraz wydajność cieplną kotłów. Straty są sumowane i z zestawionego ilansu wyznaczana jest energia chemiczna paliw. Do strat z kotła można zaliczyć: stratę wylotową spalin, stratę niezupełnego spalania, stratę w stałych produktach spalania (dla paliw stałych), stratę chłodzenia, straty odmulania i odsalania oraz stratę do otoczenia. Możliwe jest zastosowanie komputerowego programu oliczeniowego, wykorzystującego mierzone zmienne do wyznaczania niemierzalnej wartości zużycia energii chemicznej paliw, z większą dokładnością niż pomiar ezpośredni. W ramy standardowych programów oliczeniowych mogą zostać również włączone systemy do walidacji danych wejściowych zmniejszające niepewność wyznaczenia energii chemicznej zużytych paliw..5.. Energia doprowadzona w postaci innej niż energia chemiczna paliw W przypadku gdy do układu skojarzonego doprowadzana jest energia z innego procesu w postaci pary, gorącej cieczy grzewczej lu gorącego gazu należy wyznaczyć ich równoważnik paliwowy według wzoru (.5), który jest następnie uwzględniany przy wyznaczaniu całkowitej energii chemicznej zużytych paliw wzór (.3). Strona 16 z 49
Gorąca ciecz grzewcza i para mogą yć przykładowo doprowadzane z dowolnej instalacji, która nie realizuje procesów skojarzonych lu z innych instalacji realizujących procesy skojarzone. Energia zawarta w gorącym gazie może yć doprowadzana z dowolnego procesu wysokotemperaturowego (np. kraking) lu w wyniku egzotermicznych reakcji chemicznych (np. wytwarzanie kwasu siarkowego). Jeśli doprowadzona energia jest częściowo lu w całości wyprowadzana z układu jako produkt użyteczny, ez włączania do procesu produkcji ciepła i energii elektrycznej w skojarzeniu, to wówczas te strumienie energii muszą yć umieszczone poza granicami układu skojarzonego. Równoważnik paliwowy dla doprowadzonych strumieni energii oliczany jest następująco: r k βd i i 1 3,6 A + β β w uq ck d (.5) gdzie: całkowita ilość ciepła doprowadzonego do układu z innych procesów w GJ, uq produkcja ciepła użytecznego w procesie skojarzonym w GJ (patrz punkt.6) β średni współczynnik zmiany mocy wyznaczony: dla strumieni energii doprowadzanej do układu z innego procesu wg wzoru: β d n ( β ) i i i 1 (.6) dla strumieni energii wyprowadzanej z układu w związku z produkcją ciepła wg wzoru: β m ( βi uq ) i i 1 w (.7) uq w oparciu o indywidualne współczynniki β i określone oddzielnie dla każdego strumienia doprowadzanej lu wyprowadzanej energii, zgodnie z zasadami określonymi w punkcie.8. Jeżeli do układu doprowadzana jest energia w postaci pary o takim samym ciśnieniu i temperaturze jak para świeża wytwarzana wewnątrz układu skojarzonego, dopuszcza się możliwość wyznaczenia równoważnika paliwowego doprowadzanej pary na podstawie sprawności kotła układu skojarzonego k według wzoru: r (.8) Gdy w wyniku doprowadzenia energii do układu nie zmienia się ilość produkowanej energii elektrycznej/mechanicznej (przy założeniu stałej ilości doprowadzanej energii chemicznej paliw), współczynnik β d jest równy zeru i w następstwie tego równoważnik paliwowy r staje się równy zero. k Strona 17 z 49
.6. Produkcja ciepła użytecznego w procesie skojarzonym i odpowiadająca jej energia chemiczna zużytych paliw Niektóre układy skojarzone wytwarzają energię elektryczną/mechaniczną i ciepło poza procesem skojarzonym i woec tego: A A + A (.9) q k (.10) u uq + q uk + + (.11) ek ck Jeżeli w układzie występuje wytwarzanie ciepła poza procesem skojarzonym uk to produkcję ciepła użytecznego w skojarzeniu uq wyznacza się jako różnicę całkowitej produkcji ciepła użytecznego układu skojarzonego i produkcji ciepła poza procesem skojarzonym według wzoru: - (.1) uq Ciepło użyteczne wytworzone poza procesem skojarzonym jest to ciepło wyprodukowane w procesie któremu nie towarzyszy jednoczesna produkcja energii elektrycznej/mechanicznej. Ciepło to może yć przykładowo wytwarzane za pomocą: u pary świeżej poranej przed turiną parową; pary z kotła parowego nie zasilającego turiny; pary świeżej z kotła odzyskowego (ewentualnie gorącej wody z wodnego kotła odzyskowego) z pomocniczym 1 lu uzupełniającym spalaniem dodatkowego paliwa, w części odpowiadającej energii chemicznej doprowadzonego paliwa dodatkowego (ciepło odzyskane ze spalin turiny gazowej należy zaliczyć do produktów skojarzenia) kotłów wodnych których z jakiś przyczyn nie dało się wydzielić z układu skojarzonego; Całkowitą produkcję ciepła użytecznego poza procesem skojarzonym olicza się jako sumę poszczególnych ilości ciepła użytecznego wytwarzanego poza procesem skojarzonym (patrz punkt.6.1,.6. i.6.3) według wzoru: uk n i 1 uk i uk (.13) W układzie musi yć zainstalowana wystarczająca ilość przyrządów pomiarowych umożliwiająca wyznaczenie produkcji ciepła poza procesem skojarzonym. Całkowitą energię chemiczną paliw zużytych do wytworzenia ciepła użytecznego poza procesem skojarzonym olicza się jako sumę energii chemicznej wszystkich paliw zużytych do jego wytworzenia (patrz punkt.6.1,.6. i.6.3) według wzoru: ck n i 1 ck i (.14) Sprawność wytwarzania ciepła poza procesem skojarzonym w % jest określona zależnością: uk ck ck (.15) 1 z dodatkowym powietrzem ez dodatkowego powietrza Strona 18 z 49
.6.1. Ciepło z upustu pary świeżej Jeżeli w układzie występuje produkcja ciepła parą z upustu pary świeżej, której nie towarzyszy wytwarzanie energii elektrycznej, to należy tę ilość ciepła zaklasyfikować do produkcji ciepła poza procesem skojarzonym. Ilość ciepła użytecznego wytworzonego za pomocą pary świeżej należy określić na podstawie ciepła doprowadzonego do kolektora pary technologicznej ze stacji redukcyjnej, pomniejszonego o odpowiadającą mu ilość ciepła zawartą w kondensacie powrotnym. Ilość ciepła doprowadzonego do kolektora należy oliczyć z ilansu energii stacji redukcyjnej, w oparciu o pomiar ilości i parametrów pary świeżej dopływającej do stacji redukcyjnej, z uwzględnieniem energii wody wtryskowej. Jeżeli pomiar ilości pary doprowadzanej do stacji nie jest możliwy lu powodowały zyt wysokie koszty dopuszcza się możliwość wyznaczenia ilości doprowadzanej pary na podstawie ilansu sustancji kolektora pary świeżej. Przykładowy układ został przedstawiony na rysunku 7 oraz w punkcie 4.1. Energię chemiczną paliw zużytych na produkcję pary z upustu pary świeżej wyznacza się dzieląc ilość ciepła wytworzonego za pomocą pary świeżej przez sprawność kotła parowego, według wzoru: ck (.16) k uk KP r TP ciepło w skojarzeniu uq cn1 + cn + zu - uk w SRS cn1 XC cn Rysunek 7 Upust pary świeżej Należy zwrócić uwagę, że ilość ciepła cn1 z upustu pary świeżej wytworzonej w kotle odzyskowym (rysunek 8) zasilanym spalinami z turiny gazowej, ez pomocniczego lu uzupełniającego spalania dodatkowego paliwa, zaliczana jest do produkcji ciepła w skojarzeniu. W układzie tym nie występuje wytwarzanie ciepła poza procesem skojarzonym. Strona 19 z 49
TG ciepło w skojarzeniu uq cn1 + cn + zu cn1 KO TP XC cn Rysunek 8 Upust pary świeżej w układzie gazowo-parowym z kotłem odzyskowym ez dodatkowego spalania.6.. Ciepło wytworzone w kotle odzyskowym z pomocniczym lu uzupełniającym spalaniem W układzie skojarzonym wytwarzającym ciepło w postaci pary lu gorącej wody w kotle odzyskowym z pomocniczym lu uzupełniającym spalaniem, ciepło wytworzone w wyniku spalenia dodatkowego paliwa nie może yć zaliczone do produkcji ciepła w skojarzeniu uq (rysunek 9). W takim przypadku do produkcji ciepła w skojarzeniu zalicza się wyłącznie ciepło odzyskane ze spalin turiny gazowej lu silnika spalinowego zasilającego kocioł odzyskowy. TG ciepło w skojarzeniu uq cn + zu - uk d dodatkowe spalanie cn KO Rysunek 9 Turina gazowa z kotłem odzyskowym ze spalaniem dodatkowego paliwa Strona 0 z 49
Ilość ciepła d wytworzonego w kotle odzyskowym w wyniku spalenia dodatkowego paliwa należy wyznaczyć na podstawie zużycia energii chemicznej dodatkowego paliwa d oraz sprawności nieskojarzonego wytwarzania ciepła w kotle odzyskowym ck w %. Sprawność tę należy określić na podstawie dokumentacji techniczno-ruchowej urządzeń lu poprzez test. d 10 d ck (.17) W przypadku gdy całość ciepła produkowanego w kotle odzyskowym jest wykorzystywana jako ciepło użyteczne, produkcja ciepła poza procesem skojarzonym jest równa ilości ciepła wytworzonego w kotle odzyskowym w wyniku spalenia dodatkowego paliwa uk d (.18) W oparciu o produkcję ciepła poza procesem skojarzonym należy wyznaczyć produkcję ciepła w skojarzeniu, według wzoru: uq + (.19) cn Energia chemiczna paliw zużytych na wytworzenie ciepła poza procesem skojarzonym jest w tym przypadku równa energii chemicznej doprowadzonego paliwa dodatkowego zu uk ck d (.0).6.3. Ciepło wytworzone w kotle odzyskowym układu gazowo-parowego, z pomocniczym lu uzupełniającym spalaniem W przypadku gdy analizowany jest układ gazowo-parowy z upustem pary świeżej, poranej przed turiną parową, w którym realizowane jest pomocnicze lu uzupełniające spalanie (rysunek 10), tylko część energii doprowadzonej w postaci dodatkowego paliwa jest zużywana do produkcji ciepła poza procesem skojarzonym. ciepło w skojarzeniu TG uq cn1 + cn + zu - uk d dodatkowe spalanie cn1 KO k TP cn XC Rysunek 10 Układ gazowo-parowy ze spalaniem dodatkowego paliwa i upustem pary świeżej Strona 1 z 49
W celu określenia produkcji ciepła w skojarzeniu w pierwszej kolejności należy, analogicznie jak w punkcie.6., określić ilość ciepła d wytworzonego w kotle odzyskowym w wyniku spalenia dodatkowego paliwa, wg wzoru (.17). Ciepło to wykorzystywane jest zarówno do produkcji ciepła użytecznego za pomocą pary świeżej jak i w skojarzonej produkcji energii elektrycznej i ciepła w turozespole parowym. Woec tego produkcję ciepła użytecznego poza procesem skojarzonym uk olicza się według wzoru: d uk cn1 (.1) k Energię chemiczną paliw zużytych na wytworzenie ciepła poza procesem skojarzonym należy wyznaczyć według wzoru: cn1 ck d (.) k gdzie k jest to ilość ciepła przejęta przez wodę i parę w kotle odzyskowym..7. Produkcja energii elektrycznej w procesie skojarzonym oraz energia chemiczna paliw zużytych na wytworzenie energii elektrycznej i ciepła w skojarzeniu Zgodnie z postanowieniami Załącznika II dyrektywy [] sposó wyznaczania produkcji energii elektrycznej w skojarzeniu uzależniony jest od wartości rocznej sprawności wytwarzania energii elektrycznej i ciepła łącznie. Zasady wyznaczania sprawności zostały przedstawione w punkcie.7.1..7.1. Sprawność wytwarzania energii elektrycznej i ciepła łącznie Roczną sprawność wytwarzania energii elektrycznej i ciepła łącznie w % należy wyznaczyć według wzoru: gdzie: 3,6 A + 10 uq (.3) - ck A - całkowita roczna produkcja energii elektrycznej (wyznaczona zgodnie z punktem.3) uq - roczna produkcja ciepła użytecznego w skojarzeniu (wyznaczona zgodnie z punktem.6) - całkowita roczna energia chemiczna zużytych paliw (wyznaczone zgodnie z punktem.5) ck - roczna energia chemiczna paliw zużytych do produkcji ciepła użytecznego poza procesem skojarzonym (wyznaczona zgodnie z punktem.6) Wyznaczoną sprawność wytwarzania, należy porównać z wartością graniczną sprawności gr dla danego typu układu skojarzonego, przedstawioną w talicy.1. Należy zwrócić uwagę, że w sytuacji gdy w ramach jednego układu skojarzonego wykorzystywane są technologie o różnej sprawności granicznej (np. turiny parowe przeciwprężne i upustowo - kondensacyjne) przyjmuje się, że sprawność graniczna takiego układu złożonego jest równa sprawności technologii o najwyższej sprawności granicznej. Strona z 49