Cele i wyniki projektu Tomasz Golec Kierownik Projektu DUO-BIO
Wystąpienie Informacje o projekcie Zapotrzebowanie Cele Koncepcja Problemy badawcze Konsorcjum Sposób realizacji Wyniki
Informacja o projekcie DUO-BIO Niskoemisyjne innowacyjne technologie rekonstrukcji Projekt dofinansowany przez NCBiR w ramach Programu Badań Stosowanych Wartość projektu 6 337 742,- zł dofinansowanie 5 079 651,- zł Realizacja od początku 2014 r. do końca 2016 r. Konsorcjum Instytut Energetyki - Lider Konsorcjum, Politechnika Śląska, Energoprojekt-Katowice S.A. RAFAKO S.A. Rada Naukowo-Techniczna, wiodący wykonawcy
Zapotrzebowanie Uwarunkowania polskiej energetyki Sytuacja wyeksploatowanych bloków 200 MW Nowe wymagania emisyjne i ograniczenie emisji CO2 Potrzeby Krajowego Systemu Energetycznego Zapotrzebowanie na moc w systemie Wymagana elastyczność Polskie innowacyjne rozwiązania jako element rozwoju gospodarki Pracowaliśmy nad wnioskiem w drugiej połowie 2012 Złożyliśmy wniosek projektowy w styczniu 2013 Realizowaliśmy projekt w latach 2014-2016 Teraz jesteśmy gotowi do wdrożenia wyzwania pozostają aktualne
Zapotrzebowanie Uwarunkowania polskiej energetyki Skala wyzwań modernizacyjno- inwestycyjnych Łączna moc bloków Rok uruchomienia bloków klasy 200 MW na węgiel kamienny 1982 MW Bloki uruchomione przed rokiem 1973 4456 MW Bloki uruchomione przed rokiem 1975 6674 MW Bloki uruchomione przed rokiem1978 8219 MW Bloki uruchomione przed rokiem 1980 4696 MW Sumaryczna moc bloków o czasie użytkowania > 220 000 h 1793 MW Sumaryczna moc bloków o czasie użytkowania > 240 000 h
Cele projektu Celem jest wypracowanie spójnego pakietu głównych produktów, które tworzą: Innowacyjna, integralna koncepcja głębokiej modernizacji krajowych elektrowni eksploatujących nieefektywne, wysokoemisyjne bloki klasy 200 MW opalane węglem kamiennym Kompletna dokumentacja innowacyjnej elektrowni referencyjnej, tj. projekt bazowy elektrowni DUO-BIO
Cele szczegółowe Zwiększenie sprawności netto oraz elastyczności i regulacyjności pracy elektrowni referencyjnej DUO-BIO, zwłaszcza w aspekcie jej współpracy z KSE (Krajowym Systemem Energetycznym) zasilanym w coraz większym stopniu z niestabilnych źródeł odnawialnych Istotne zmniejszenie emisji zanieczyszczeń w spalinach, w tym emisji CO 2 o ok. 20% w opcji "CC-Ready Wysoka czystość spalin Wyższa niż wymagana dyrektywami LCP i IED W czasie realizacji projektu pojawiły się konkluzje BAT
Cele szczegółowe Zamiana współspalania biomasy z węglem na spalanie biomasy w dedykowanych kotłach biomasowych, Minimalizacji kosztów inwestycyjnych poprzez maksymalne wykorzystanie istniejącej infrastruktury elektrowni, w tym istniejących instalacji do współspalania biomasy oraz mocy przyłączeniowych do KSE, Zwiększenia efektywności energetycznej urządzeń potrzeb własnych elektrowni
Koncepcja DUOBLOK Zastąpienie obecnych dwóch boków energetycznych o mocy elektrycznej rzędu 200 MW każdy, innowacyjną technologią DUOBLOK o mocy elektrycznej turbozespołu ok. 500 MW oraz dwóch sprzężonych wzajemnie kotłów BP-680 na parametry ultra-nadkrytyczne 600/610 o C, 28,5MPa Sprawność netto bloku 44% Korzyści środowiskowe (emisje, odpady, woda i inne), niższe jednostkowe koszty eksploatacyjne.
Koncepcja BIOBLOK Zastąpienie obecnych ciągów technologicznych współspalania biomasy dedykowanym blokiem energetycznym (BIOBLOK) przystosowanym do spalania zróżnicowanej biomasy rolnej w kotle pyłowym Moc BIOBLOKU 50 MW Kocioł z ciekłym odprowadzeniem żużla OB-180 Parametry pary 515 o C, 70 bar. Sprawność netto 31,5%.
Koncepcja Dobór gabarytów DUOBLOKU pod kątem maksymalnego wykorzystania istniejących obiektów kubaturowych oraz pomocniczych układów technologicznych elektrowni Istotnie skrócone czasy przygotowania i realizacji inwestycji Duża efektywność ekonomiczna z uwagi na wykorzystanie istniejącej infrastruktury technicznej (obiekty pomocnicze i kubaturowe, przyłącza, transport, składowiska i inne) Budowa instalacji oczyszczania spalin z DUOBLOKU oraz BIOBLOKU zapewniających wymaganą czystość spalin Wzajemna integracja i zbilansowanie DUOBLOKU oraz BIOBLOKU warunkach eksploatacji elektrowni referencyjnej, Regulacyjność w zakresie 20-100% mocy oraz wysoka elastyczność ruchowa wyższa przydatność systemowa. Poprawa efektywności energetycznej urządzeń potrzeb własnych
Problemy badawcze Zaproponowano rozwiązania bardzo nowatorskie. Brak pracującego obiektu referencyjnego, w którym byłby zainstalowany kocioł o parametrach ultra-nadkrytycznych o wydatku parowym odpowiadającym potrzebnym do wygenerowanie mocy elektrycznej brutto rzędu 250 MW. Brak jest technologii, które posiadają referencje w zakresie spalania w dużej skali 100% biomasy rolnej.
Problemy badawcze Konieczność rozwiązania szeregu problemów znacznie wykraczających poza rutynowe prace projektowe i wymagających wykonania prac badawczych. Zidentyfikowano problemy badawcze na dwóch poziomach: Poziom 1 to poziom poszczególnych technologii i ich integracji w ramach DUOBLOKU oraz BIOBLOKU. Poziom 2 to integracja wszystkich elementów w skali całej elektrowni.
Problemy badawcze DUOBLOK Kocioł węglowy Optymalizacja procesu spalania stabilność spalania przy szybkich zmianach obciążenia cieplnego kotła w zakresie 40-100% WMT maksymalne ograniczeniu emisji NOx metodami pierwotnymi zapewnieniu wymaganych nadkrytycznych parametrów pary przed turbiną Problem wymiany ciepła i pracy układu przepływowego kotła o parametrach ultra-nadkrytycznych w jednostce kotłowej o tak niskiej wydajności
Problemy badawcze DUOBLOK Kocioł węglowy Dobór i badania materiałów i technologii ich przetwarzania - m.in. gięcie, spawanie, obróbka cieplna Nowe materiały oraz lepszych własnościach wytrzymałościowych, mechanicznych i chemicznych, w tym materiały stosowane do produkcji ścian membranowych. Możliwości spawania ww. materiałów w kontekście minimalizacji występowania połączeń niejednorodnych Kluczowe znaczenie z punktu widzenia łączenia poszczególnych elementów kotła, szczególnie w warunkach montażowych
Problemy badawcze DUOBLOK Dopuszczalna dynamika odstawiania, rozruchu oraz zmian wydajności kotła w warunkach wzajemnej współpracy kotłów DUOBLOKU przy różnych sposobach sprzężenia kotłów Współpraca dwóch kotłów z turbiną w różnych konfiguracjach w zakresie obciążeń bloku od 20 do 100% - wpływ na dynamiczne warunki pracy turbiny Współpraca wszystkich elementów układu DUOBLOK (w tym IOS) w szerokim zakresie szybkich zmian obciążeń
Problemy badawcze BIOBLOK Kocioł biomasowy Przebieg procesu topienia popiołu z biomasy w warunkach przepływu dwufazowego ze spalaniem. Powstawania i redukcji NOx w warunkach wysokiej temperatury przy ciekłym odprowadzeniu żużla i niejednokrotnie wysokiej zawartości azotu w spalanej biomasie. Powstawanie atmosfer wybuchowych w mieszaninach gazowo-pyłowych z udziałem biomasy w warunkach podwyższonych temperatur.
Problemy badawcze BIOBLOK Kocioł biomasowy Weryfikacja koncepcji dwustopniowego spalania pyłu z biomasy rolnej z ciekłym odprowadzeniem żużla Dobór schematu wymiany ciepła - ilość ciągów, kolejność i usytuowanie powierzchni ogrzewalnych kotła Dobór konstrukcji kotła wykorzystującego dwustopniowe spalanie. Dobór materiałów w obrębie komory topienia popiołu oraz wpływ na powierzchnie ogrzewalne (korozja chlorowa) Współpraca wszystkich elementów układu BIOBLOKU (w tym IOS) w pełnym zakresie zmian obciążeń
Problemy badawcze IOS Instalacje Oczyszczania Spalin Dobór środków i instalacji do zapewnienia wymogów czyszczenia zgodnie konkluzjami BAT oraz przyszłymi wymogami znacznie głębszego czyszczenia dla opcji CC-Ready. Odrębne analizy IOS dla DUOBLOKU oraz BIOBLOKU ze względu na odmienny skład spalin. Maksymalne wykorzystanie istniejących instalacji oczyszczania spalin.
Problemy badawcze Poziom 2 Wzajemna współpraca wszystkich elementów układu DUOBLOKU i BIOBLOKU (może być ich kilka) w skali całej elektrowni w szerokim zakresie szybkich zmian obciążeń Możliwość poprawy efektywności energetycznej elektrowni poprzez optymalizację potrzeb własnych instalacji blokowych i gospodarek pomocniczych.
Konsorcjum Dobrane na zasadzie uzupełniających się kompetencji oraz wiedzy i doświadczenia wnoszonych do projektu. Energoprojekt-Katowice S.A. Idea DUOBLKU i projektu DUO-BIO Jedna z największych w Europie firm projektowo-inżynierskich. Ugruntowana pozycja lidera w sektorze energetyki.usługi inżynierskie dla przygotowania i realizacji dużych bloków energetycznych. Projektowanie i analizy techniczno-ekonomiczne: urządzenia i instalacje w kotłowni, maszynownia dobór turbozespołu układy wyprowadzenia mocy instalacje elektryczne i AKPiA brażowe systemy instalacji pomocniczych Modelowanie układów technologicznych DUOBLOK+ oraz innych układów w elektrowni przy pomocy programów THERMOFLOW, PDMS.
Konsorcjum RAFAKO S.A. Oczywisty projektant i dostawca kotła dla DUOBLOKU. Firma jest od początku istnienia związana z branżą energetyczną, na potrzeby której projektuje i produkuje kotły i urządzenia ochrony środowiska. RFAKO zaproponowało spalanie biomasy w wydzielonym BIOBLOKU aby uniknąć problemów związanych ze współspalaniem biomasy w nowych kotłach. Projektowanie kotła o parametrach nadkrytycznych Obliczenia cieplne kotła Model obliczeniowy systemu paleniskowego kotła węglowego Modelowanie stanów dynamicznych kotła Doświadczenia w zakresie odstawień, uruchomień i dynamiki pracy kotłów Projektowanie technologicznych urządzeń pomocniczych kotła Projektowanie urządzeń i instalacji w kotłowni Projektowanie instalacji oczyszczania spalin
Konsorcjum Instytut Energetyki Lider projektu, wiodący partner naukowy. Duże doświadczenie w prowadzeniu projektów badawczo wdrożeniowych w energetyce. Kompetencje w zakresie technologii oraz optymalizacji procesów spalania i współspalania biomasy w kotłach energetycznych Projektowanie i badania palników na rozdrobnioną biomasę Założenia niskoemisyjnych palników pyłowych dla kotła węglowego Model obliczeniowy systemu paleniskowego kotła biomasowego Modele osadzania i żużlowania Projektowanie instalacji przygotowania i podawania biomasy Projektowanie kotła biomasowego (wsparcie RAFAKO) Metodyka badań i wyznaczania własności biomasy: fizykochemiczne stałe kinetyczne, parametry określające skłonność do żużlowania.. Wykorzystanie bazy laboratoryjnej - procesy spalania biomasy i żużlowania, wybuchowość pyłu z biomasy
Konsorcjum Politechnika Śląska Instytut Maszyn i Urządzeń energetycznych Szeroki zakres badań naukowych dla energetyki w zakresie kotłów i turbin parowych. Współpraca z Rafako, m.in. w tematyce modelowania kotłów oraz badań materiałowych Model obliczeniowy systemu paleniskowego kotła węglowego Obliczenia turbiny parowej Modelowanie stanów dynamicznych kotła i turbiny parowej Badania materiałów kotłowych i ich połączeń Bilans chloru i badania korozji chlorowej Stanowiska badawcze do badań materiałowych i korozji
Sposób realizacji Z1 (EPK) Konfiguracja i analizy bilansowe elektrowni referencyjnej Z2 (IEn) Badania laboratoryjne biomasy Z6 (Rafako) Kocioł węglowy BP-680 Z3 (IEn) Badania numeryczne kotła biomasowego oraz żużlowania Z9 (IEn) Kocioł biomasowy OB.- Z7(Rafako) IOS DUOBLOK+ Z4 (PŚl) Badania elementów ciśnieniowych kotłów Z10 (Rafako) IOS BIOBLOK Z8 (EPK) Zintegrowany DUOBLOK+ Z5 (PŚl) Badania modelowe kotła węglowego BP-680 i DUOBLKOU+ Z11 (EPK) Zintegrowany BIOBLOK Z12(EPK) Koncepcja integralnej elektrowni z DUOBLOK+, BIOBLOK oraz IOS Z13 (EPK) Techniczne studium wykonalności integralnej elektrowni z DUOBLOK+, BIOBLOK oraz IOS
Wyniki Gotowa do wdrożenia koncepcja DUO-BIO Główne produkty projektu DUO-BIO to oryginalne innowacyjne rozwiązania konstrukcyjne doprowadzone do postaci projektów bazowych kocioł węglowy na parametry nadkrytyczne BP-680 pyłowy kocioł biomasowy OB-180E na zróżnicowaną biomasę BIOBLOK składający się z kotła OB-180 oraz turbiny parowej z generatorem 50 MW DUOBLOK500 składający się z dwóch kotłów BP-680 i turbiny z generatorem 500 MW projekt koncepcyjny zmodernizowanej elektrowni referencyjnej oraz jej model wyznaczanie podstawowych parametrów bloków, m.in. wydajność, parametry pary, gabaryty urządzeń i instalacji. studium wykonalności
Wyniki Oferta nowoczesnych układów DUOBIO, o wysokich parametrach pracy poparta wiarygodnością Konsorcjum jest konkurencyjna i na czasie. Wysoka sprawność, regulacyjność, elastyczność, niska emisyjność, efektywność kosztowa. Duży potencjał aplikacyjny wyników dla krajowych producentów energii elektrycznej. Tauron, PGE, ENERGA i ENEA oraz pośrednio PSE-Operator Potrzebne są pilne decyzje inwestycyjne. Potencjalny rozwój zaplecza dostawców maszyn i urządzeń oraz wyżej kwalifikowanych usług budowlano-remontowych w kraju. Opracowane rozwiązania można sprzedać także do innych krajów.
Wyniki Szereg wyników cząstkowych u partnerów projektu. Wykorzystanie możliwe nie tylko w DUO-BIO wyniki badań materiałowych bilans chloru i modelowanie korozji chlorowej modele obliczeniowe rozwiązanie komory topienia kotła - ciekłe odprowadzenie żużla umożliwia zeszkliwienie popiołów z różnych paliw i wytwarzanie produktów zamiast odpadów Publikacje, prezentacje na konferencjach, promocja projektu www.duo-bio.pl
Wyniki Referaty konferencji prezentują wiodące tematy projektu DUOBLOK 500 jako rozwiązanie dla rekonstrukcji bloków 200MW Kocioł BP-680 na parametry ultra nadkrytyczne Elastyczność DUOBLOKU 500 BIOBLOK i biomasowy kocioł pyłowy OB-180 Analiza ekonomiczna przedsięwzięcia Więcej wyników pokazano na plakatach Przewidzieliśmy dyskusję