WSPÓŁPRACA UKŁADU SKOJARZONEGO Z TURBINĄ GAZOWĄ Z SYSTEMEM ELEKTROENERGETYCZNYM I SYSTEMEM CIEPŁOWNICZYM MIASTA OPOLA
MODERNIZACJE LIKWIDACJA DO 1998 ROKU PONAD 500 KOTŁOWNI LOKALNYCH BUDOWA NOWYCH I WYMIANA STARYCH SIECI NA SIECI PREIZOLOWANE STWORZENIE SYSTEMÓW NADZORU I ZDALNEGO STEROWANIA PRACĄ SIECI I WĘZŁÓW CIEPLNYCH WDRAŻANIE SYSTEMÓW STEROWANIA PRODUKCJĄ ENERGII MODERNIZACJA POMPOWNI SIECIOWEJ BUDOWA UKŁADU SKOJARZONEGO
Elektrociepłownia ECO S.A. Opole WP120-2 WP120-1 od 2002 WR-40 WR25/4 WR25/3 HRB GFB GTU WP120 + WR-40 2 kotły WR25 Turbina gazowa TEMPEST z kotłem odzysknicowym HRB kocioł gazowy GFB
Modernizacja Elektrociepłowni ECO S.A. Opole I Etap modernizacji kotły WP120-1, WP120-2 układ wodny elektrociepłowni (pompy + układ tyrystorowy) kocioł WR25-4 instalacja systemu sterowania CHANCE 2000 II Etap modernizacji Budowa nowego układu obejmującego: układ skojarzony turbiny gazowej z kotłem odzysknicowym kocioł gazowy (likwidacja 2*WR-25 1999 rok) budowa gazociągu i stacji redukcyjnych gazu instalacja systemu sterowania likwidacja WP-120 i montaż WR-40 (2002 rok)
Schemat blokowy układu skojarzonego i kotła gazowego GFB Zakład Gazowniczy Potrzeby własne Stacja redukcyjna GZ50 Prąd el. spaliny gazu I st. TG HRB energia cieplna Sieć ciepłownicza Prąd el. GZ50 Zakład Energetyczny stacja redukcyjna gazu II st. GZ50 GFB energia cieplna
Turbina gazowa TEMPEST zasilana gazem GZ50 o ciśnieniu 2MPa 10-stopniowa sprężarka o współczynniku kompresji 14:1 i prędkości obrotowej wału 13907rpm dwustopniowa turbina 6 komór spalania
Parametry turbiny TEMPEST moc elektryczna 7,352 MW -3% przy warunkach: wysokość npm 161 m temp. wlotowa powietrza 15 o C wilgotność względna 60% straty na kanale wlotowym 75 mm H 2 O straty na kanale wylotowym 254 mm H 2 O sprawność przekładni 99% sprawność generatora 97% sprawność elektryczna 30% zużycie gazu temperatura spalin wylotowych strumień masy spalin wylotowych emisja NO x 2600 Nm3/h 558 o C 28,57 kg/s <25 ppm
Generator Bezszczotkowa prądnica o biegunach wydatnych i prądnica z magnesami trwałymi do źródła automatycznego regulatora napięcia elektrycznego. Parametry generatora moc elektryczna 9500 kva napięcie elektryczne 6000 V, 50 Hz znamionowy prąd liniowy 914 A prędkość 1500 obr./min znamionowy współ. mocy przy obciążeniu indukcyjnym 0,8
Połączenie generatora z siecią SEKCJA A 110 kv 6 kv 110 kv 6 kv Cementownia Odra (2005) SEKCJA B ZE ECO Rozdzielnie ECO G
Kocioł odzysknicowy HRB Moc Przepływ Temperatura wody wylotowej Temperatura spalin wylotowych 14,2 MW 206 t/h 130 o C 82 o C Kocioł gazowy GFB Moc minimalna Moc maksymalna Przepływ Ciśnienie gazu 5 MW 25 MW 356 t/h 0,4 MPa
Energia Cieplna Parametry systemu cieplnego miasta Opola: Zapotrzebowanie dla warunków obliczeniowych 276 921 kw parametry pracy 150/80-135/70 ilość węzłów 796 długość sieci magistralnych 31 918 mb długość sieci przyłączeniowych 61 670 mb całkowita pojemność zładu 9 908 m 3 udział węzłów zautomatyzowanych 100% ECO tj. 216 MW rok rozpoczęcia montażu liczników 1992
Uporządkowane wykresy obciążeń latach 1995-2000 MW 270 250 230 210 190 170 150 130 110 90 70 50 30 1998 1999 1995 1996 1997 10 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 h
ZASADY OPTYMALIZACJI ŹRÓDŁA SKOJARZONEGO GAZOWEGO DLA POTRZEB CIEPŁOWNICTWA
Przykład obliczeń optymalizacyjnych z wykorzystaniem przedstawionego algorytmu optymalizacyjnego KW0 KW1 KW2 KW3 KW1 KW2 KW0 KW1 KW2 KW2 KW1 KW3 KW2 KO KW1 KW1 KW3 KW2 KO** KW1
Wybrane wyniki optymalizacji: NPV = f (N el el ) Dla różnych cen zakupu gazu ziemnego Dla różnych cen zakupu miału węglowego 60 60 40 40 20 20 NPV, mln zł 0-20 -40 NPV, mln zł 0-20 -40-60 -80-100 (-40%) (-20%) warunki bazowe (20%) (40%) 0 5 10 15 20 25 30 Moc elektryczna układu N el, MW -60-80 -100 260 zł/t (40%) 223 zł/t (20%) warunki bazowe 149 zł/t (-20%) 112 zł/t (-40%) 0 5 10 15 20 25 30 Moc elektryczna układu N el, MW Cena bazowa: (E1) k f_gz50 = 0,625 zł/m 3 n (E2) k f_gz50 = 0,603 zł/m 3 n (E3) k f_gz50 = 0,598 zł/m 3 n Cena bazowa: k f_w = 186 zł/tonę
Wybrane wyniki optymalizacji: NPV = f (N el el ) Dla różnych cen sprzedaży energii elektrycznej Dla różnych cen zakupu energii elektrycznej 60 60 40 40 20 20 NPV, mln zł 0-20 -40-60 -80 c 189 zł/kwh (40%) 162 zł/kwh (20%) warunki bazowe 108 zł/kwh (-20%) NPV, mln zł 0-20 -40-60 -80 294 zł/kwh (40%) 252 zł/kwh (20%) warunki bazowe 168 zł/kwh (-20%) -100 81 zł/kwh (-40%) 0 5 10 15 20 25 30 Moc elektryczna układu N el, MW -100 126 zł/kwh (-40%) 0 5 10 15 20 25 30 Moc elektryczna układu N el, MW Cena bazowa: c el = 135 zł/mwh el Cena bazowa: k el = 210 zł/mwh el
Źródło skojarzone oparte o turbinę gazową charakteryzuje się: stosunkowo dużą niezawodnością dużą elastycznością zmienną sprawnością zależną od ciśnienia atmosferycznego, temperatury zewnętrznej, obciążenia i zabrudzenia łopatek koniecznością wykonywania przeglądów i prac kresowych KOSZTY STAŁE ZMIENNE koszty inwestycji prace serwisowe koszty osobowe.opłaty stałe paliwowe koszty paliwa
Minimalizacja kosztów stałych optymalny dobór mocy układu skojarzonego zamówienie odpowiedniej ilości gazu wynegocjowanie dobrych warunków kontraktu serwisowego Koszty zmienne mają znaczenie przy obliczaniu kryterium sprzedaży Opłata zmienna za gaz Cena zakupu energii elektrycznej z systemu elektroenergetycznego
Sposób produkcji ciepła w okresie letnim W systemie opolskim istniały następujące możliwości akumulacji energii cieplnej: praca ze zmienną temperaturą zasilania +10 o C, -5 o C w stosunku do temperatury normatywnej montaż nowego zasobnika ciepła wraz z kompletnym wyposażeniem wykorzystanie możliwości akumulacji ciepła w zasobnikach (istnieje około 160 węzłów z zasobnikami ciepłej wody użytkowej) adaptowanie odcinka rurociągu o dużej średnicy do pełnienia roli zasobnika ciepła i doposażenie go w niezbędną armaturę
Sposób współpracy elektrociepłowni z systemem ciepłowniczym w sezonie letnim W elektrociepłowni sprawdziła się najprostsza z metod akumulacji, a mianowicie praca ze zmienną temperaturą zasilania. Podczas mniejszego zapotrzebowania na ciepło energia jest akumulowana w sieci (wzrost temperatury czynnika grzewczego). Wykorzystywana jest ona w sposób probablistyczny. Wielkością limitującą jest minimalne temp. czynnika konieczna do podgrzania ciepłej wody użytkowej do temp. 55 o C.
Wykres temperatury i przepływu wody sieciowej (lipiec - wtorek) 100 o [ C] 20/07/99 - wtorek 20/07/99 - wtorek MOC KOTŁA HRB 14 MW MOC KOTŁA HRB = 14 MW [t/h] [t/h] 1000 90 900 80 70 60 50 70 70 76,2 530 530 76,2 720 71 71 720 75,6 75,6 540 540 750 67 70 70 630 630 800 700 600 500 40 480 480 400 30 300 20 200 10 100 0 0 0.00 4.00 8.00 12.00 16.00 20.00 24.00 [h]
Wykres temperatury i przepływu wody sieciowej (wrzesień - czwartek) 100 o [ C] 09/09/99 --czwartek czwartek MOC KOTŁA HRB = 14,3 MW MOC KOTŁA HRB = 14,3 MW [t/h] 1000 90 890 890 900 80 70 60 50 40 71 71 74,6 530 530 500 500 790 790 68,8 600 600 72,9 72,9 70 70 640 640 64 64 720 720 67,7 800 700 600 500 400 30 300 20 200 10 100 0 0 0.00 4.00 8.00 12.00 16.00 20.00 24.00 [h]
Udział energii cieplnej produkowanej w skojarzeniu do energii cieplnej ogółem w 2000 roku 100 90 80 70 % 60 50 40 30 wartość średnia 24% 20 10 0 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII miesiąc
Wskaźniki emisji zanieczyszczeń na 1 GJ energii cieplnej produkowanej w ciepłowni centralnej w 2000 roku kg/g J 700 600 SO 2 500 400 300 200 100 NO 2 pył CO 0 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Wnioski i efekty zainstalowania układu skojarzonego Moc turbiny została dobrana optymalnie Zapewnione są odpowiednie parametry wody sieciowej w okresie letnim Moc elektryczna generatora pokrywa w 100% zapotrzebowanie na energię elektryczną Elektrociepłowni ECO S.A. a nadwyżki są sprzedawane Oszczędności związane z energią elektryczną: obniżenie kosztu zużywanej przez nas energii elektrycznej o 30% zmniejszenie kosztów produkcji ciepłej wody w sezonie letnim o 20% Zmniejszenie do minimum emisji zanieczyszczeń do atmosfery
Wysokość emisji SO 2 i NO 2 w sezonach letnich w ciepłowni centralnej w Opolu tony 140 120 100 80 60 40 20 0 92 93 94 95 96 97 98 99 dwutlenek siarki dwutlenek azotu