KOMBINOVANÁ VÝROBA TEPLA a ELEKTRINY Z BIOMASY
Kombinovaná výroba z biomasy Pri kombinovanej výrobe elektriny a tepla z biomasy je možné využiť niektorú z nasledujúcich možností: • Spaľovaním biomasy v parnom kotly ohrievať vodu a získanú vodnú paru následne využívať v parnej turbíne
• Spaľovaním biomasy ohrievať organické látky a získané pary následne využívať na pohon turbíny (organický Rankinov cyklus) • Splynovaním alebo pyrolýzou získať drevoplyn, ktorý je možné ďalej využiť v plynových turbínach alebo motoroch • Spaľovaním vyrobeného bioplynu v Stirlingových motoroch
Formy biomasy vhodné na spaľovanie • Pri kombinovanej výrobe elektrickej energie a tepla, ktorá je založená na spaľovaní biomasy, je možné v spaľovacích zariadeniach spaľovať drevnú biomasu vo forme polien, štiepky, ale i peliet, brikiet, rastlinnú biomasu (balíky slamy obilnín, olejnín a energetických rastlín) a bioplyn, získaný anaeróbnym vyhnívaním kalov v čistiarňach odpadových vôd alebo v poľnohospodárskych bioplynových staniciach, spracovávajúcich najmä exkrementy hospodárskych zvierat.
Alternatívne spôsoby kogenerácie Porovnávaná technológia Parná turbína
Elektrický výkon [kW]
Elektrická účinnosť [%]
Celková účinnosť [%]
> 150
8 - 18
82
Parný piestový motor
20 - 1200
8 - 20
78
Parný skrutkovicový motor
25 - 2000
10 - 20
82
ORC proces
200 - 2000
10 - 15
85
Stirlingov motor
10 - 150
8 - 28
65 - 85
Plynová turbína
200 - 1500
14 - 21
75 - 80
Horúcovzdušná turbína
200 - 2000
13 - 24
65 - 70
Splynovanie s pevnou vrstvou
10 - 2000
15 - 30
75
Splynovanie s fluidnou vrstvou
> 2000
20 - 25
75 - 80
ORC cyklus • Najviac v praxi je využívaná kombinovaná výroba elektrickej energie a tepla pomocou parnej turbíny a to aj pri nevyužívaní biomasy. Tieto zariadenia sú využívané predovšetkým vo veľkých elektrárňach a teplárňach s výkonom nad 5 MWe. • Výhodné riešenie pre výkony v oblasti od 50 kW do 2,5 MW je využitie technologického zariadenia využívajúce organický Rankinov cyklus. • Vzhľadom k tomu, že naša spoločnosť v súčasnej dobe realizuje výstavbu biomasového zdroja v rumunskom meste Resita, dovolil som si bližšie sa venovať v tejto časti ORC cyklu, ktorý je v našom záujme realizovať v druhej etape výstavby biomasového zdroja v spomínanom meste.
Principiálne prerozdelenie využitia energie
Všeobecná charakteristika •
•
•
Princíp je založený na uzatvorenom parnom Rankinovom cykle, kde je však miesto vody použité ako médium organická látka, ktorá sa odparuje pri nízkych teplotách a tlakoch Výstupom procesu je elektrická energia a teplo. Od obvyklého procesu s parnou turbínou sa líši tým, že na pohon turbíny sa nevyužíva para, ale organické uhľovodíky, ktoré vykazujú v Rankinovom diagrame oveľa lepšie vlastnosti. Ako zdroj tepla pre odparenie týchto organických uhľovodíkov sa používa termoolej ohrievaný na teplotu cca 300 oC v kotle na biomasu. Vo výparníku sa odparuje organická pracovná látka (silikónový olej) privádzaním tepla z termooleja. Pary pracovnej látky sa potom rozpínajú až do vákua, v pomalobežnej dvojstupňovej turbíne a po ochladení v predohrievači (alebo regenerátore) sa dostanú nakoniec do kondenzátora. Tu sa kondenzačné teplo odovzdá do vody diaľkového vykurovania. Cirkulácia ORC sa uzavrie po zvýšení tlaku, predohriatí a opätovnom privedení pracovného média do výparníka.
Výhody ORC v porovnaní s parnou turbínou: • • • • • • • • • • • •
Systém je schopný využívať energiu s relatívne nízkou teplotou Vysoká účinnosť turbíny, najmä pri čiastočnom zaťažení Nízke otáčky turbíny umožňujú priamy pohon generátora Zanedbateľná erózia turbínových lopatiek / neprítomnosť kvapiek pracovného média / Nízke mechanické namáhanie častí turbíny v dôsledku nízkej obvodovej rýchlosti Možnosť akejkoľvek regulácie výkonu sústrojenstva v celom výkonovom rozsahu Celý cyklus pracuje s teplotou max. 300 oC a tlakom do 10 barov – vyššia životnosť zariadenia Kotle majú dvojnásobnú životnosť tlakových dielov – nízky tlak, teplota a chemické vlastnosti oleja Nenáročnosť na obsluhu zariadenia – bezobslužná prevádzka Minimálne nároky na stavbu a požadovaný priestor Odpadá akákoľvek chemická úprava jednotlivých médií Vysoká pracovná spoľahlivosť pri nízkych prevádzkových nákladoch.
Ročná potreba tepla centrálnej sústavy v Resite
MWh/deň
Ročná potreba tepla 1 000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 1
22
43
64
85 106 127 148 169 190 211 232 253 274 295 316 337 358 deň
Výroba tepla z biomasy Podiel výroby z biomasy 1 000
MWh/deň
800 zvyšné teplo CZT
600
K2 biomasa 400
K1 biomasa
200 0 1
32
63 94 125 156 187 218 249 280 311 342 deň
Pôvodný kotol doplnený o ORC cyklus Podiel výroby tepla a elektrickej energie 1 000 MWh/deň
800
zvyšné teplo (CZT) K2 biomasa K1 (ORC) elektrina K1 (ORC) teplo
600 400 200 0 1
29 57 85 113 141 169 197 225 253 281 309 337 365 deň
Bilancie Mesto Resita ( Rumunsko ) Celková ročná potreba tepla (priemer za posledné tri roky )
Celková ročná výroba tepla K 1 (biomasový kotol KOLBACH K8 - 7000)
135 891 MWh
52 961 MWh
PREROZDELENIE VÝROBY s ORC CYKLOM Celková ročná výroba tepla K 1 (biomasový kotol KOLBACH K8 - 7000)
41 839 MWh
(doplnený o ORC cyklus)
Výroba elektrickej energie pomocou ORC turbíny T 1100
9 533 MWh
Kontaktné údaje Menert spol. s.r.o. Ing. Miroslav Wöllner Generálny riaditeľ
Office: Hlboká 3, 927 01 Šaľa Tel: +421 31 771 46 48 Fax: +421 31 770 57 95 Mob.: +421 905 70 25 24
e-mail:
[email protected] http:// www.menert.sk
Koniec prezentácie
ĎAKUJEME ZA POZORNOSŤ
