Systemy ORC oparte na biogazie

Podobne dokumenty
UKŁAD GAZOWO/PAROWY ORC DLA BIOGAZOWNI ROLNICZEJ

ZAGADNIENIA KOGENERACJI ENERGII ELEKTRYCZNEJ I CIEPŁA

Kogeneracja w oparciu o źródła biomasy i biogazu

Sposoby wykorzystania biogazu i aspekty ekonomiczne

Siłownie kogeneracyjne energetyki rozproszonej skojarzone z układami produkcji paliw z biomasy

Laboratorium LAB2 MODUŁ DYNAMIKI MIKROTURBIN I MINISIŁOWNI KOGENERACYJNYCH

Urządzenia i instalacje energetyki cieplnej w IMP PAN. Piotr Lampart Ośrodek Energetyki Cieplnej IMP PAN Zakład Turbin

Seminarium Biomasa - Odpady - Energia 2011 Siłownie biomasowe Piotr Lampart Instytut Maszyn Przepływowych PAN, Gdańsk Gdańsk, marca 2011

Kocioł na biomasę z turbiną ORC

Opracowanie innowacyjnych technologii kogeneracji energii elektrycznej i cieplnej na źródłach biomasy i biogazu,

IV. PREFEROWANE TECHNOLOGIE GENERACJI ROZPROSZONEJ

UKŁADY KOGENERACYJNE. DOŚWIADCZENIA Z WDRAŻANIA I EKSPLOATACJI


Budowa układu wysokosprawnej kogeneracji w Opolu kontynuacją rozwoju kogeneracji w Grupie Kapitałowej ECO S.A. Poznań

Opracowanie zintegrowanych technologii wytwarzania paliw i energii z biomasy, odpadów rolniczych i innych

Zagospodarowanie energii odpadowej w energetyce na przykładzie współpracy bloku gazowo-parowego z obiegiem ORC.

Mała Energetyka Węglowa czyli polska narodowa specjalizacja technologiczna

Zagadnienia inŝynierskie i ekonomiczne związane z produkcją energii w układach kogeneracyjnych

ANALIZA UWARUNKOWAŃ TECHNICZNO-EKONOMICZNYCH BUDOWY GAZOWYCH UKŁADÓW KOGENERACYJNYCH MAŁEJ MOCY W POLSCE. Janusz SKOREK

Skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła w źródłach rozproszonych (J. Paska)

NUMER CHP-1 DATA Strona 1/5 TEMAT ZWIĘKSZENIE EFEKTYWNOŚCI GOSPODAROWANIA ENERGIĄ POPRZEZ ZASTOSOWANIE KOGENERACJI

Bałtyckie Forum Biogazu. Skojarzone systemy wytwarzania energii elektrycznej, ciepła, chłodu KOGENERACJA, TRIGENERACJA

Kogeneracja gazowa kontenerowa 2,8 MWe i 2,9 MWt w Hrubieszowie

KOGENERACJA W DUŻEJ I MAŁEJ SKALI

Poligeneracja wykorzystanie ciepła odpadowego

Technologie i zasoby energetyki lokalnej

Zwiększanie efektywności wytwarzania mediów energetycznych w przemyśle mleczarskim na przykładzie Mlekovity

Seminarium organizowane jest w ramach projektu Opolska Strefa Zeroemisyjna model synergii przedsiębiorstw (POKL /11) Projekt

klasyfikacja kotłów wg kryterium technologia spalania: - rusztowe, - pyłowe, - fluidalne, - paleniska specjalne cyklonowe

Specjalista w chłodnictwie, wentylacji i trójgeneracji Na rynku od 1989 roku.

Elektrociepłownie w Polsce statystyka i przykłady. Wykład 3

Kogeneracja w oparciu o gaz ziemny oraz biogaz

Spis treści. PRZEDMOWA.. 11 WYKAZ WAśNIEJSZYCH OZNACZEŃ.. 13

Kogeneracja na biomasę

Energetyka konwencjonalna

Rys. 1. Obieg cieplny Diesla na wykresach T-s i p-v: Q 1 ciepło doprowadzone; Q 2 ciepło odprowadzone

OBLICZENIA SILNIKA TURBINOWEGO ODRZUTOWEGO (rzeczywistego) PRACA W WARUNKACH STATYCZNYCH. Opracował. Dr inż. Robert Jakubowski

WSPÓŁPRACA UKŁADU SKOJARZONEGO Z TURBINĄ GAZOWĄ Z SYSTEMEM ELEKTROENERGETYCZNYM I SYSTEMEM CIEPŁOWNICZYM MIASTA OPOLA

Modernizacje energetyczne w przedsiębiorstwach ze zwrotem nakładów inwestycyjnych z oszczędności energii

Wpływ sposobu ogrzewania na efektywność energetyczną budynku

Wykorzystanie ciepła odpadowego dla redukcji zużycia energii i emisji

Ekonomiczno-techniczne aspekty wykorzystania gazu w energetyce

TWEE, sem. 2. Wykład 6

Ekonomiczno-techniczne aspekty wykorzystania gazu w energetyce

INNOWACYJNE METODY MODERNIZACJI KOTŁOWNI PRZEMYSŁOWYCH KOGENERACJA I TRIGENERACJA.

WYSOKOTEMPERATUROWE ZGAZOWANIE BIOMASY. INSTYTUT BADAWCZO-WDROŻENIOWY MASZYN Sp. z o.o.

Innowacyjny układ trójgeneracji gazowej dla zespołu biurowo-usługowo-mieszkalnego przy ulicy Kruczkowskiego 2 w Warszawie GAZTERM 2014

INSTYTUT MASZYN PRZEPŁYWOWYCH im. Roberta Szewalskiego POLSKIEJ AKADEMII NAUK Gdańsk ul. J. Fiszera 14

Techniczno-ekonomiczne aspekty modernizacji źródła ciepła z zastosowaniem kogeneracji węglowej i gazowej w ECO SA Opole.

Konstrukcja pompy ciepła powietrze/woda typu Split. Dr hab. Paweł Obstawski

Doświadczenia audytora efektywności energetycznej w procesach optymalizacji gospodarki energetycznej w przedsiębiorstwach

Urządzenia wytwórcze ( Podstawowe urządzenia bloku.

Wykorzystanie biogazu w systemach kogeneracyjnych

Odzysk i wykorzystanie ciepła w energetyce zawodowej. Michał Pilch Mariusz Stachurski

Instalacje OZE dla klastrów energii.

PL B1. INSTYTUT MASZYN PRZEPŁYWOWYCH IM. ROBERTA SZEWALSKIEGO POLSKIEJ AKADEMII NAUK, Gdańsk, PL BUP 20/14

WYSOKOSPRAWNA KOGENERACJA GAZOWA

OBLICZENIA SILNIKA TURBINOWEGO ODRZUTOWEGO (SILNIK IDEALNY) PRACA W WARUNKACH STATYCZNYCH

Jerzy Żurawski Wrocław, ul. Pełczyńska 11, tel ,

2

układ bezstopniowej regulacji prędkości obrotowej wentylatora

Inwestycje w ochronę środowiska w TAURON Wytwarzanie. tauron.pl

Cieplne Maszyny Przepływowe. Temat 1 Wstęp. Część I Podstawy teorii Cieplnych Maszyn Przepływowych.

Dr inż. Andrzej Tatarek. Siłownie cieplne

PLAN WYNIKOWY MASZYNOZNAWSTWO OGÓLNE

Obiegi gazowe w maszynach cieplnych

Układ siłowni z organicznymi czynnikami roboczymi i sposób zwiększania wykorzystania energii nośnika ciepła zasilającego siłownię jednobiegową

PROJEKT INDYWIDUALNY MAGISTERSKI rok akad. 2018/2019. kierunek studiów energetyka

Efektywność energetyczna w przedsiębiorstwie

Rodzaj nadawanych uprawnień: obsługa, konserwacja, remont, montaż, kontrolnopomiarowe.

Przegląd biomasowej techniki grzewczej. Bogumił Ogrodnik Viessmann sp. z o.o. ul.karkonoska Wrocław oib@viessmann.

PL B1. Układ do zasilania silnika elektrycznego w pojazdach i urządzeniach z napędem hybrydowym spalinowo-elektrycznym

ENERGETYCZNE WYKORZYSTANIE GAZU W ELEKTROCIEPŁOWNI GORZÓW

Kongres Innowacji Polskich KRAKÓW

doc. dr hab. inż. Piotr Lampart Materiały na stronę internetową projektu Bioenergy Promotion

Doświadczenie PGE GiEK S.A. Elektrociepłownia Kielce ze spalania biomasy w kotle OS-20

Kierownik: Prof. dr hab. inż. Andrzej Mianowski

12.1. Proste obiegi cieplne (Excel - Solver) Proste obiegi cieplne (MathCad) Proste obiegi cieplne (MathCad) Proste obiegi cieplne

Pompy ciepła

Laboratorium LAB3. Moduł pomp ciepła, kolektorów słonecznych i hybrydowych układów grzewczych

BIOGAZOWE I GAZOWE AGREGATY KOGENERACYJNE PRODUKCJI HORUS ENERGIA

Amoniakalne urządzenia chłodnicze Tom I

Element budowy bezpieczeństwa energetycznego Elbląga i rozwoju rozproszonej Kogeneracji na ziemi elbląskiej

Analiza zastosowania alternatywnych/odnawialnych źródeł energii

GEA rozwiązania dla sektora rybnego

VIESMANN VITOCAL 200-S Pompa ciepła powietrze/woda, wersja Split 3,0 do 10,6 kw

BEZTLENOWE OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW Z ZAKŁADU PRZETWÓRSTWA ZIEMNIAKÓW Z WYKORZYSTANIEM POWSTAJĄCEGO BIOGAZU DO PRODUKCJI PRĄDU, CIEPŁA I PARY

Układ trójgeneracjigazowej dla zespołu biurowo-usługowo-mieszkalnego przy ulicy Kruczkowskiego 2 w Warszawie. Baltic Business Forum 2011

EKSPERYMENTALNE OKREŚLENIE WPŁYWU DOBORU CZYNNIKA CHŁODNICZEGO NA MOC CIEPLNĄ CHŁODZIARKI SPRĘŻARKOWEJ**

REWERSYJNE, POWIETRZNE I GRUNTOWE / WODNE POMPY CIEPŁA MAŁEJ I ŚREDNIEJ MOCY

Prezentacja ZE PAK SA

Rozdział 9 Żeliwne kotły grzewcze z palnikiem wentylatorowym średniej i dużej mocy

KOMFORT GRZANIA I CHŁODZENIA

Czynniki alternatywne - przyszłość chłodnictwa? Dr hab. inż. Artur Rusowicz Instytut Techniki Cieplnej Politechnika Warszawska

POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY PROJEKT DYPLOMOWY INŻYNIERSKI

Energetyczne rolnictwo i Mikrokogeneracja - kierunek dla Pomorza? Jan Kiciński Instytut Maszyn Przepływowych PAN Bałtycki Klaster Ekoenergetyczny

Wyznaczanie sprawności diabatycznych instalacji CAES

POMPA CIEPŁA DO CIEPŁEJ WODY UŻYTKOWEJ Z 250 l ZASOBNIKIEM C.W.U. I DWIEMA WĘŻOWNICAMI

1. MPX 24 COMPACT - OPIS PRZYŁĄCZY, WYMIARY URZĄDZENIA

All on board MONOBLOKOWE CENTRALE KLIMATYZACYJNE

Transkrypt:

V BAŁTYCKIE FORUM BIOGAZU Systemy ORC oparte na biogazie P. Lampart, M. Szymaniak, S. Bykuć, P. Klonowicz Ł.Jędrzejewski, Ł. Witanowski, J. Surwiło, D. Stępniak, T. Suchocki Instytut Maszyn Przepływowych PAN Gdańsk, 16-17 czerwca 2015

BIOGAZOWNIE Źródło: BV Host MOŻLIWOŚCI ZINTEGROWANE UKŁADY PRODUKCJI ENERGII ELEKTRYCZNEJ I CIEPLNEJ, KOGENERACJA W MIEJSCU ZAPOTRZEBOWANIA NA CIEPŁO, OCZYSZCZANIE BIOGAZU I ZATŁACZANIE DO SIECI BIOGAZOWEJ

KOGENERACJA W BIOGAZOWNI Zalety silnika: Schemat obiegu kogeneracyjnego tłokowego silnika spalinowego wysoka sprawność produkcji energii elektrycznej w szerokim mocy, w tym także podczas pracy w obszarze obciążeń częściowych, możliwość szybkiego uruchomienia i uzyskania obciążenia nominalnego, możliwość pracy w miejscach oddalonych od linii przesyłowych i w charakterze zasilania awaryjnego, duża różnorodność stosowanych paliw, stosunkowo niskie nakłady inwestycyjne.

KOGENERACJA W OPARCIU O SILNIKI SPALINOWE Zasilanie silnika ZI biogazem i syngazem - Opracowanie map zapłonu silnika ZI przy zasilaniu biogazem i syngazem - Badania sprawności energetycznej i emisyjności przy zasilaniu biogazem i syngazem - Badania numeryczne procesów spalania Instalacja mieszania gazów technicznyc Zmienność stopnia otwarcia przepustnic w zależności od trybu pracy przy różnych rodzajach paliwa zasilającego Instalacja silników spalinowych

Kogeneracja w oparciu o mikroturbiny gazowe Zalety / wady układów z turbiną gazową: - długi czas eksploatacji, - nie wymagają częstych usług dla podtrzymania eksploatacji, - możliwość szybkiego uruchomienia do uzyskania obciążenia nominalnego, - sprawność o kilka punktów procentowych niższa niż dla silników spalinowych, - wysokie koszty inwestycyjne Źródło: Capstone

Stanowsko badawcze z mikroturbiną biogazową TURBEC T100 Schemat Turbec T100; 1- generator, 2 wlot powietrza, 3 komora spalania, 4 rurociąg łączący kompresor z rekuperatorem, 5 kompresor, 6 turbina, 7 rekuperator, 8 spaliny, 9 wymiennik ciepła spaliny/woda, 10 wylot spalin, 11 wylot wody

Stanowsko badawcze z mikroturbiną biogazową TURBEC T100 Turbina biogazowa Turbec T100 Kompresor biogazowy ADICOMP Schemat instalacji biogazowej zasilającej turbinę Turbec T100. 1-2-linia gazowa GZ50 zasilająca inne instalacje, 3-4 - butle gazowe dwutlenek węgla, azot, 5-8,11,13-14,16,18,23,26,32-33,37 zawory reczne, ZSZ, elektrozawory, 9-10,15,19 filtry gazów, 20-21,28-29 - zbiorniki buforowe, 22,24-25,31 przepływomierze gazu, 17 podgrzewacz gazu, 30 mieszalnik biogazowy, 27 stacja niskiego ciśnienia GZ50, 34- sprężarka biogazu ADICOMP, 35 zawór iglicowy, 36 Turbec T100.

Badania eksperymentalne Turbec T100 Zawart ość N 2 [%] Wartość opałowa [MJ/m 3 ] 0 36,36 5 34,542 10 32,724 15 30,906 20 29,088 25 27,27 30 25,452 35 23,634 40 21,816 Wykres sprawności w funkcji mocy turbozespołu Wykres współczynnika nadmiaru powietrza w funkcji mocy turbozespołu gdzie: - sprawność elektryczna turbozespołu [%], - moc elektryczna turbozespołu [W], strumień masy paliwa [kg/s], - wartość opałowa paliwa [J/kg].

Badania eksperymentalne Turbec T100 CO ppm NO ppm Biogaz CH4- N2 Biogaz CH4- CO2

ORC (ORGANIC RANKINE CYCLE) Schemat siłowni ORC Podstawowy układ generacji mocy; Wykorzystanie ciepła wysoko i niskotemperaturowego Nadbudowa układu podstawowego; Wykorzystanie ciepła odpadowego Podkrytyczny obieg ORC z czynnikiem suchym i mokrym

CZYNNIKI ROBOCZE UKŁADU ORC Czynnik powinien być tani, łatwo dostępny, łatwy w transporcie Nietoksyczny; wskazane, aby posiadał woń Czynnik powinien wykazywać stabilność chemiczną w pełnym zakresie temperatur pracy Niekorodujący i kompatybilny z elementami konstrukcyjnym Czynnik powinien mieć wysoką wartość współczynnika przejmowania ciepła Lepkość powinna być mała, aby nie powodować dodatkowych spadków ciśnienia w układzie Temperatura punktu potrójnego czynnika powinna być odpowiednio mniejsza do spodziewanej minimalnej temperatury w obiegu natomiast temperatura krytyczna powinna być odpowiednio wyższa do najwyższej temperatury czynnika w obiegu (przy założeniu, że rozważany jest obieg podkrytyczny) Jest wskazane, aby czynnik był pozbawiony wybuchowości, był niepalny, o zerowej wartości ODP i niskiej wartości GWP, zaś instalacja pracująca z tym czynnikiem powinna charakteryzować się jak najniższą wartością wskaźnika TEWI (czyli urządzenie pracujące z tym czynnikiem powinna cechować wysoka efektywność energetyczna) Sprawności i moc siłowni ORC z naturalnymi czynnikami suchymi i mokrymi (temperatura pary na wlocie do turbiny T 1 =90 C, Q=1 MW) A. Borsukiewicz-Gozdur

Nadbudowa układu podstawowego generacji energii elektrycznej w biogazowni układem ORC i wykorzystanie dostępnego ciepła odpadowego Podstawową jednostką jest silnik spalinowy gazowy. Drugim układem generacyjnym jest układ parowy ORC. Poprzez termoolejowy kocioł odzysknicowy układ ORC wykorzystuje ciepło spalin z silnika. Z kolei ciepło z układu chłodzenia silnika wykorzystywane jest na potrzeby ciepłownicze. Czynnikiem pośrednim transportującym ciepło spalin do układu ORC jest olej termalny wysokotemperaturowy Veco 5HT. Czynnikiem roboczym w instalacji ORC jest SES36. Układ parowo/gazowy posiada wysoką sprawność produkcji energii elektrycznej na poziomie ok. 50% oraz wysoką sprawność kogeneracyjną na poziomie ok. 70%.

układ gazowo/parowy w IMPPAN wariant 1 Spaliny: temperatura wlot/wylot 480 o C/120 o C, maksymalna moc cieplna 300 kw, Obieg oleju termalnego: pętla temperaturowa 190ºC/110ºC (parametry maksymalne) Obieg czynnika roboczego (SES36): maksymalne ciśnienie, temperatura 16 bar, 150 ºC, ciśnienie i temperatura w kondensatorze 1.5 bar, 60ºC, przepływ maksymalny 1,16 kg/s, moc elektryczna maksymalna 40kW, moc cieplna w skraplaczu maksymalna 220kW.

układ gazowo/parowy w IMPPAN wariant 2 Zestawienie mocy dla analizowaych nwariantów Wriant I Wariant II Wariant III Moc elektryczna 698 kw 693 kw 688 kw Moc cieplna użytkowa 1175 kw 1184 kw 1188 kw Wskaźnik kogeneracji 0,594 0,585 0,579 Wskaźnik nadwyżki mocy elektrycznej 1,074 1,066 1,058 Sprawność układu ORC 17%

Układ kogeneracyjny gazowo/parowy ORC Główne elementy instalacji pilotażowej: - silnik spalinowy o mocy elektrycznej 0.38 MWe, - układ oleju termalnego jako układ odbierający ciepło spalin, - układ siłowni ORC o mocy elektrycznej 0.03 MWe), przyłączenie do sieci energetycznej i ciepłowniczej

Układ kogeneracyjny gazowo/parowy ORC Silnik spalinowy 400 kwe - silnik 12 cylindrowy na gazie ziemnym ma 400kW. - wymiennik spalin 110/70 - moc elektryczna max 420kW - moc cieplna ze spalin 288kW - moc cieplna z bloku silnika, z oleju - 236kW - Sprawność przy gazie ziemnym - 40% el, 49% term Wymiennik do odzysku ciepła spalin 250 kwc

Układ kogeneracyjny gazowo/parowy ORC ORC - Nominalne parametry pracy Moc elektryczna netto: 32 kwe Moc elektryczna brutto: 40 kwe Sprawność elektryczna netto: 13% Sprawność całkowita 95% Źródło ciepła Medium: olej termalny, Veco 5HT Moc cieplna: 315 kwc temperatury dolot/wylot: 170 C/110 C Źródło chłodu 40% glikol Moc chłodnicza wymagana: 265 kwc temperatury dolot/wylot: 35 C/55 C Innowacyjność Nadbudowa silnika instalacją ORC Wysoka sprawność produkcji energii elektrycznej Nowa konstrukcja turbiny promieniowo-osiowej ORC Wysoki potencjał rynkowy Układ ORC (SES36)

Turbina 40 kwe na czynnik roboczy SES36 wydatek masowy 1,162 kg/s, spadek ciśnienia z 14.64 do 2.20 bara, prędkość obrotowa 15000 obr/min. Geometria turbiny oraz wektory pola prędkości w kierownicy i wirniku w połowie szerokości kanału. Ekspander silnik pneumatyczny z wirującymi tłokami, w kapsule hermetycznej, obroty: 3000 rpm, łożyska: kulkowe z membraną ciśnieniową, smarowane wtryskiem oleju w obszarze czynnika roboczego.

PODSUMOWANIE Wysokosprawna kogeneracja energii elektrycznej i ciepła jest uwarunkowana realnym zapotrzebowaniem na ciepło. Nadbudowa układu podstawowego generacji energii elektrycznej w biogazowni układem ORC i wykorzystanie dostępnego ciepła odpadowego pozwala na podniesienie sprawności produkcji energii elektrycznej o kolejne 10%.

SIŁOWNIA ORC 100 kw w IMP PAN Kocioł podgrzewający olej termalny źródło ciepła układu ORC Fotografia układu strumienicowego produkcji chłodu Układ ORC na Hali A Obieg oleju termalnego Therminol66: -pętla wysokotemperaturowa 310 o C/250 o C Obieg czynnika roboczego MDM -turbina od 12 bar/285 o C do 0.17 bar/230 o C -rekuperator para czynnika 230/120 o C, ciecz 90/190 o C - parownik - 285 o C - kondensator - 90 o C - woda ciepła - 85 o C/65 o C,

Turbogeneratory ORC - 100KWe Innowacyjność turbogenerator klasyczny, hybrydowe łożyska smarowane olejem, turbina osiowa wielostopniowa, 9 000 obr/min częściowe zasilanie turbogenerator hermetyczny, hybrydowe łożyska smarowane czynnikiem, magnetyczne łożysko oporowe turbina promieniowa 20 000 obr/min turbina osiowa wielostopniowa turbina promieniowa jednostopniowa

TURBINA PROMIENIOWA ORC 100 kw Turbogenerator hermetyczny Rozkład ciśnienia statycznego i liczby Macha Obliczenia wytrzymałościowe stalowego wirnika turbiny promieniowej z bandażowanymi i wolnonośnymi łopatkami

BADANIA WIELODYSKOWEJ MIKROTURBINY CIEPLNEJ TESLI Fragment obszaru obliczeniowego modelu turbiny Tesli Model 3D mikroturbiny Tesli Sprawność izentropowa modelu: 20-40% Linie prądu oraz kontury prędkości