Nowoczesna produkcja ciepła w kogeneracji Opracował: Józef Cieśla PGNiG Termika Energetyka Przemysłowa
Wprowadzenie Wytwarzanie podstawowych nośników energii takich jak ciepło i energia elektryczna może być realizowane w dwóch oddzielnych układach takich jak ciepłownie oraz elektrownie (energetyka rozdzielona) lub także w układach skojarzonych jakimi są elektrociepłownie. Skojarzona gospodarka cieplno-energetyczna jest często nazywana Kogeneracją. Kogeneracja to termin określający jednoczesną produkcję ciepła użytecznego/chłodu i pracy mechanicznej lub energii elektrycznej. Układy kogeneracyjne często nazywane są układami CHP (ang. Combined Heat and Power) z tego powodu że najczęściej są wykorzystywane do produkcji ciepła oraz energii elektrycznej. Istotą stosowania układów skojarzonych jest oszczędność zużycia energii chemicznej paliwa w stosunku do produkcji tych samych nośników energii w układach rozdzielonych. Za zasadnością stosowania układów CHP przemawiają zatem efekty ekologiczne oraz ekonomiczne takie jak: 1. Redukcja wyprowadzonych do powietrza zanieczyszczeń wywołanych emisją SO2, NOx, CO2. 2. Korzyści wynikające z oszczędności paliwa w stosunku do produkcji w procesach rozdzielonych. 3. Zyski ze sprzedaży świadectw pochodzenia dla wysokosprawnej Kogeneracji. 4. Możliwość wykorzystania energii dla potrzeb własnych. 5. Możliwość korekcji współczynnika mocy za pomocą generatora. W prezentacji zostanie szczegółowo opisany układ złożony z silnika zasilanego gazem ziemnym wysokometanowym połączonym z generatorem synchronicznym o mocy elektrycznej 2 MW umiejscowionego w Ciepłowni Miejskiej w Wodzisławiu Śl. Układ pracuje od września 2014r. Do dnia dzisiejszego przepracował ponad 24 000 motogodzin.
Wodzisław Śląski miasto w południowej części Polski liczące około 49 000 mieszkańców. 90 % budynków w centrum jest podłączonych do sieci ciepłowniczej PGNiG Termika Energetyka Przemysłowa. Mamy tam około 190 IWC oraz 12 GWC pozostałe są własnością odbiorców.
1. Silnik Typ silnika MTU 20V4000L33 Ilość cylindrów / układ 20 / widlasty Średnica/skok tłoków 170 / 210 mm Pojemność skokowa 95,3 l Prędkość obrotowa 1500 obr / min Stopień sprężania 12,8:1 Średnie ciśnienie 18,5 bar Moc mechaniczna (bez przeciążenia) 2051 kw Zużycie paliwa nominalne 497 mn3/h Zużycie oleju 0,33 g / kwh 2. Spalanie i emisje Rodzaj paliwa Gaz ziemny Liczba metanowa MZ 80 Minimalna wartość opałowa (LHV) Hu = 8,0 kwh/m3n NOx <500 mg/mn 3. Prądnica Stamford typ: LV 804 T Praca w trybie równoległym do sieci Napięcie prądnicy 400 V Moc elektryczna prądnicy 2000 kw
Silnik gazowy: Zakład Cieplny Wodzisław Śl. 2015 m-c styczeń luty marzec kwiecień maj czerwiec lipiec sierpień wrzesień październ ik listopad grudzień ilość gazu m 3 335450 294067 294067 316117 114041 137789 166668 149172 180169 38211 222659 211437 Wartość opałowa mj/m 3 36 36 36,5 36 36 36 36 36 36 36 36 36 Energia chemiczna GJ 12076,2 10586,41 10733,45 11380,21 4105,476 4960,404 6000,048 5370,192 6486,084 1375,596 8015,724 7611,732 88701,53 Ciepło z silnika w GJ 5726 4966 5732 5414 2017 2511 3079 2811 3283 748 3896 3726,5 43909,5 Energia elektryczna w MWh 1405,1 1231,67 1407,25 1329,82 487,07 518,37 635,8 576,41 704,01 152,87 895,52 864,99 10208,88 Sprawność układu 89,30% 88,79% 100,60% 89,64% 91,84% 88,24% 89,46% 90,99% 89,69% 94,38% 88,82% 89,87% 90,97% σ=ee/e t 0,88 0,89 0,88 0,88 0,87 0,74 0,74 0,74 0,77 0,74 0,83 0,84 0,82 Energia el. Sprzedana MWh 1056,46 906,14 1093,04 1125,39 433,72 473,05 582,85 529,52 631,80 117,98 730,44 631,92 8312,31 En. El w GJ 5058,36 4434,012 5066,1 4787,352 1753,452 1866,132 2288,88 2075,076 2534,436 550,332 3223,872 3113,964 36751,97 Potrzeby własne MWh 348,638 355,021 335,875 229,120 155,828 84,153 61,253 59,466 87,964 230,501 247,502 333,263 2528,584 Zakup energii el. MWh 19,847 29,49 21,662 24,696 102,477 38,828 8,29 12,574 15,751 195,609 82,423 130,191 681,838
Wykresy produkcji ciepła i energii elektrycznej Produkcja ciepła Produkcja energii elektrycznej 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Energia elektryczna 2015 1 2 3 4 681,838 2528,584 10208,88 8312,31
Silnik gazowy: Zakład Cieplny Wodzisław Śl. 2016 m-c styczeń luty marzec kwiecień maj czerwiec lipiec sierpień wrzesień październi k listopad grudzień ilość gazu m 3 327421 298488 327640 274074 293083 158032 184861 164715 176588 308383 202205 301580 Wartość opałowa mj/m 3 36 36 36,5 36 36 36 36 36 36 36 36 36 Energia chemiczna GJ 11787,16 10745,57 11958,86 9866,664 10550,99 5689,152 6654,996 5929,74 6357,168 11101,79 7279,38 10856,88 108778,3 Ciepło z silnika w GJ 5746,6 5311,5 5797 4890 5340,7 3003,3 3408,9 3017,1 3280,7 5340,5 3529 5284,6 53949,9 Energia elektryczna w MWh 1356,544 1233,026 1352,813 1132,016 1199,788 611,476 732,146 652,976 694,074 1263,829 838,831 1244,85 12312,37 Sprawność układu 90,18% 90,74% 89,20% 90,86% 91,55% 91,48% 90,83% 90,52% 90,91% 89,09% 89,96% 89,95% 90,44% σ=ee/e t 0,85 0,84 0,84 0,83 0,81 0,73 0,77 0,78 0,76 0,85 0,86 0,85 0,81 Energia el. Sprzedana MWh 970,666 947,721 1029,286 931,829 1046,569 555,918 679,478 607,331 604,308 1006,455 636,400 856,154 9872,115 En. El w GJ 4883,558 4438,894 4870,127 4075,258 4319,237 2201,314 2635,726 2350,714 2498,666 4549,784 3019,792 4481,46 44324,53 Potrzeby własne MWh 431,262 322,042 357,251 248,161 170,465 65,533 62,927 61,394 98,291 265,972 308,423 415,560 2807,281 Zakup energii el. MWh 45,384 36,737 33,724 47,974 17,246 9,975 10,259 15,749 8,525 8,598 105,992 26,864 367,027
Wykresy produkcji ciepła i energii elektrycznej w 2016r Produkcja ciepła Produkcja energii elektrycznej 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Energia elektryczna 2016 Potrzeby własne ; 2807,281; 11% Zakup 367,027; 1% Produkcja ; 12312,369; 49% Sprzedaż ; 9872,115; 39%
Silnik gazowy: Oddział Wodzisław Śląski 2017r. m-c styczeń luty marzec kwiecień maj czerwiec lipiec sierpień wrzesień październik Razem ilość gazu m 3 311637 287335 327311 275919,00 298054,00 84287,00 187410,00 177672,00 245063,00 328832,00 2523520,00 Wartość opałowa mj/m 3 36 36 36 36 36 36 36 36 36 36 36 Energia chemiczna GJ 11218,93 10344,06 11783,2 9933,08 10729,94 3034,33 6746,76 6396,19 8822,27 11837,95 90846,72 Ciepło z silnika w GJ 5486 4977,2 5744,61 4852,19 5342,81 1522,00 3408,80 3214,79 4283,71 5702,20 44534,31 Energia elektryczna w MWh 1294,458 1175,114 1336,321 1134,61 1232,77 331,91 742,40 690,31 970,58 1339,76 10248,23 Sprawność układu 90,44% 89,01% 89,58% 89,97% 91,15% 89,54% 90,14% 89,11% 88,16% 88,91% 89,60% σ=ee/e t 0,85 0,85 0,84 0,84 0,83 0,79 0,78 0,77 0,82 0,85 0,82 Energia el. Sprzedana MWh 885,079 834,987 1050,443 898,16 1060,16 305,25 684,54 634,97 843,45 1105,27 8302,31 En. El w GJ 4660,049 4230,41 4810,756 4084,60 4437,96 1194,87 2672,63 2485,13 3494,09 4823,14 36893,63 Potrzeby własne MWh 471,145 369,989 305,848 269,46 177,65 100,53 70,04 69,44 137,71 237,09 2208,90 Zakup energii el. MWh 61,77 29,86 19,97 33,00 5,05 73,88 12,19 14,10 10,57 2,60 262,99
Energia w GJ Produkcja ciepła i energii elektrycznej w kogeneracji w 2017 roku 7000 Ciepło Energia elektryczna 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Miesiąc
Energia elektryczna 2017 Potrzeby Ciepłowni Zakup Produkcja Sprzedaż
Podsumowanie Stosując układy kogeneracyjne: 1. Ograniczamy zużycie paliw pierwotnych 2. Ograniczamy także zanieczyszczenia emitowane do środowiska 3. Korzystamy z zysków ze sprzedaży świadectw pochodzenia dla wysokosprawnej kogeneracji 4. Mamy możliwość korzystania z energii dla potrzeb własnych. 5. Możemy poprawiać sobie współczynnik mocy ustawiając odpowiednio generator
6. Układy musza być dociążone odpowiednią mocą, ponieważ kosztowne przeglądy czy remonty wykonuje się po motogodzinach pracy a nie po ilości MWh. 7. W przypadku zasilania energią elektryczną własnych urządzeń trzeba dokładnie przeanalizować moc umowną zamówioną u naszego operatora. 8. Eksploatacja polega na skrupulatnym dotrzymywaniu terminów analiz i wymian oleju, przeglądów serwisowych i remontów.
Dziękuję za uwagę