TEHETSÉGES
HALLGATÓK AZ ENERGETIKÁBAN
AZ ESZK ELŐADÁS-ESTJE
Szilárd biomassza energetikai hasznosíthatóságának vizsgálata a Tiszai Erőmű telephelyén Egri Tamás
Gépészkari alelnök
[email protected]
2014. ÁPRILIS 17.
Bevezető o Alternatív gazdasági modell iránti igény
o EU: Megújuló Energia Útiterv 2020 o 20%-os megújuló részarány o 20%-os energiahatékonyság-növelés o 20%-os ÜHG kibocsátás-csökkentés
o Magyarország: Megújuló Energia Hasznosítási Cselekvési Terv o fosszilis energiahordozó importfüggőség csökkentése o CO2 emisszió-csökkentés (kvóták) o biomassza: megújulókban vett részarány jelenleg 80%
o Biomassza, a vidékfejlesztés eszköze o hosszú távon, fenntarthatóan o új munkahelyek, plusz jövedelemforrás o lokális hasznosítás (kapcsolt termeléssel)
2014. április 17.
Tehetséges hallgatók az energetikában
2
A Tiszai Erőmű biomassza potenciálja Potenciál [t/a]
Forrás
Erdészeti
Fűtőérték [GJ/t]
Energia [GJ/a]
230 881
12,6
2 881 881
Szőlővenyige
8 586
12,0
103 032
Gyümölcsfanyesedék
16 218
10,5
170 289
Összesen (𝑬𝒃𝒊𝒐 )
3 155 202
o Faipari hulladékok kérdése o Energiaültetvényekkel nem kalkulálok o Mezőgazdasági potenciált mellőzöm o Kinyerhető hőteljesítmény: 𝑄𝑏𝑒,𝑏𝑖𝑜 =
𝐸𝑏𝑖𝑜 = 175,3 [MW] 𝜏𝑐𝑠
o Csúcskihasználási óraszám: 5000 h/év 2014. április 17.
Tehetséges hallgatók az energetikában
3
A Tiszai Erőmű o 4 db 225 MW-os Láng BBC turbina
o Gőzparaméterek: 164 bar/545 °C/545 °C
2014. április 17.
Tehetséges hallgatók az energetikában
4
Biomassza kazán megvalósíthatósága o Eredeti hősémához illesztés: 50 MW részterhelésig
o Ekkor csak szakaszos üzem o Hatásfok romlás: leginkább a turbina miatt o Vizsgálat eszköze: CycleTempo modell o Feltétel: eredeti gőzparaméterek biztosítottak
𝑄𝑏𝑒,50 =
50 [MW] = 𝟏𝟒𝟑, 𝟏𝟒 [MW] 𝜂𝑒,50,𝑏𝑖𝑜
o A forrás mennyisége éppen elegendő a részterheléses üzem ellátására, azonban ellátásbiztonsági szempontból indokolt a több energiahordozóban való gondolkodás
2014. április 17.
Tehetséges hallgatók az energetikában
5
Szén és biomassza együtt-tüzelés o Kazán kiválasztása: buborékoló fluidágyas o Biomassza minősége széles tartományban o Szemcseméret nagy (>40mm)
o Kisebb teljesítménytartomány o Költséghatékony
o Babcock&Wilcox katalógus: 164 bar/538°C biztosítható o Referencia: finn Rauhalahti erőmű: 136 bar/533°C (87 MWe)
o Számítási módszer: 65 és 100 MW villamos kapacitás között 𝑄𝑏𝑒,𝑠𝑧é𝑛,𝑖 [MW] = 𝑄𝑏𝑒,𝑖 − 𝑄𝑏𝑒,𝑏𝑖𝑜 𝑚𝑠𝑧é𝑛,𝑖 𝑚𝑠𝑧é𝑛,𝑖,é𝑣 2014. április 17.
kg 𝑄𝑏𝑒,𝑠𝑧é𝑛,𝑖 = s 𝐻𝑖,𝑠𝑧é𝑛
𝐻𝑖,𝑠𝑧é𝑛 =14,65 MJ/kg
t = 𝑚𝑠𝑧é𝑛,𝑖 ∙ 𝜏𝑐𝑠 év
Tehetséges hallgatók az energetikában
6
Szén és biomassza együtt-tüzelés Bevezetendő hőteljesítmény [MW]
Biomassza által bevitt hőteljesítmény [MW]
Szénből fedezendő hőteljesítmény [MW]
Szén tömegáram [kg/s]
Szén évente [t/a]
65
193,86
175,3
18,56
1,27
35 950
70
208,09
175,3
32,79
2,24
63 518
75
222,29
175,3
46,99
3,21
91 033
80
236,55
175,3
61,25
4,18
118 657
85
250,74
175,3
75,44
5,15
146 150
90
264,94
175,3
89,64
6,12
173 665
95
279,08
175,3
103,78
7,08
201 066
100
293,34
175,3
118,04
8,06
228 689
Villamos telj. [MW]
2014. április 17.
Tehetséges hallgatók az energetikában
7
Környezetvédelmi vonatkozások o Szénmonoxid képződés o kordában tartható: tüzelésszabályozás, jó keveredés, megfelelő tűztér Kibocsátási kialakítás Légszennyező anyag határérték o Nitrogén-oxidok képződése [mg/Nm3] o oka: főként a magas lánghőmérséklet Szilárd anyag 150 o megoldás: több fokozatú égés, füstgáz-recirkuláció, megfelelő égők o fluidkazánnál kedvező adatok CO 250
o ElégetlenNO szerves vegyületek
200 o kiküszöbölhető: fluidkazánnál jó kiégés, nagy felületen, megfelelő tartózkodási SO2 ésidővel SO3 1000 x
o Kénoxidok Elégetlen szerves
50 o biomassza esetén elhanyagolható lenne szénvegyületek o szén miatt (főként a borsodi) szükséges a kezelés o fluidágyas kazánnál a tűztérben végrehajtható mészkő befecskendezéssel
2014. április 17.
Tehetséges hallgatók az energetikában
8
Környezetvédelmi vonatkozások oSzállópernye leválasztás o berendezés: elektrosztatikus porleválasztó o sztöchiometriai számítás: o légfeleslegtényező: 1,35 o bekötési tényező (természetes leválasztódás): 0,05 o tüzelőanyagok elemi összetétele BIOMASSZA Elem C – karbon H – hidrogén S – kén O – oxigén
SZÉN
Súlyszázalék [%] 32 4 0,025 27
N – nitrogén
0,26
n – nedvesség h – hamu
35 0,9
2014. április 17.
Elem C – karbon H – hidrogén
Súlyszázalék [%] 46 3,3
S – kén
3
O – oxigén
12
N – nitrogén n – nedvesség h - hamu
0,6
Tehetséges hallgatók az energetikában
25 10 9
Környezetvédelmi vonatkozások Füstgáz térfogatáram
110 100
Eredő
90
Biomasszából
80
Szénből
70
Füstgázáram 60 [Nm3/s] 50 40
30 20 10 0
65
70
75
80
85
90
95
100
Villamos kapacitás [MW] 2014. április 17.
Tehetséges hallgatók az energetikában
10
Környezetvédelmi vonatkozások Leválasztandó pernyetartalom és leválasztási fok 10 000
0,985
9 000
0,98
Leválasztandó pernye
8 000
0,975
7 000
0,97
Leválasztási fok
Pernyetartalom 6 000 [mg/Nm3] 5 000
0,965 Leválasztási fok [-] 0,96
4 000
0,955
3 000
0,95
2 000
0,945 65
2014. április 17.
70
75 80 85 90 95 Villamos kapacitás [MW] Tehetséges hallgatók az energetikában
100 11
Gazdasági értékelés o Egységköltség számítás o állandó egységköltség: Rövidítés
Elnevezés
Érték
Ft 𝛼interkaláris + 𝛼𝑒 ∙ 𝑎0 ∙ 𝑟𝑇𝑀𝐾 ∙ 𝑟Ü𝑇 1,040 𝑙 ∙ 𝑖 + 𝛼 𝑇𝑀𝐾tényező = 𝜏𝑐𝑠 ∙ 𝜈𝑉𝐻 ∙ (1 − 𝜀) 𝛼𝑙 [1/a] kWh leírási költségtényező 0,123 i
𝑘á
𝛼𝑇𝑀𝐾 [1/a] karbantartási költségtényező o változó egységköltség: 𝛼𝑒 [1/a] 𝑟𝑇𝑀𝐾
egyéb költségtényező Ft 𝑝ü
0,01
kWh 𝜂𝑒 karbantartási tartaléktényező
1,07
𝑘𝑣
=
𝑟Ü𝑇egységköltség:üzemi tartaléktényező o eredő ε önfogyasztási tényező 𝜏𝑐𝑠 [h/a] 𝜈𝑉𝐻
2014. április 17.
0,04
𝑘 = 𝑘á + 𝑘𝑣
1,05 0,1
csúcskihasználási óraszám
5000
változó hiánytényező
0,97
Tehetséges hallgatók az energetikában
12
Gazdasági értékelés Beruházási költségek
30 000 27 500 25 000
Kazán
22 500
EPL
20 000
Eredő
17 500 [millió Ft] 15 000 12 500 10 000
7 500 5 000 2 500 0 65
2014. április 17.
70
75 80 85 90 Villamos kapacitás [MW]
Tehetséges hallgatók az energetikában
95
100
13
Gazdasági értékelés Tüzelőanyag hőár 1 400
0,45
1 360
0,4
1 320
0,35
1 280
0,3
1 240 Hőár [Ft/GJ] 1 200
0,25
1 160
0,15
1 120
0,1
1 080
0,05
1 040
0
0,2
65 2014. április 17.
70
75 80 85 90 95 Villamos kapcitás [MW]
Tehetséges hallgatók az energetikában
Eredő hőár Szén hőarány Hőarány [-]
100 14
Gazdasági értékelés Egységköltségek
30
állandó változó
25
Eredő
20 [Ft/kWh] 15 10 5 65 2014. április 17.
70
75 80 85 90 Villamos kapacitás [MW]
Tehetséges hallgatók az energetikában
95
100 15
Összefoglalás o Meglévő blokkátállítása 100%-ban biomassza-tüzelésre nem indokolt sem műszakilag, sem költséghatékonyság szempontjából o Gazdasági okokból is érdemes a nagyobb teljesítménytartományokban gondolkodni o Ekkor a keletkező hamut is kezelni kell tudni o Az egységköltségek jóval magasabbak a versenyképes piaci árnál o Támogatás feltétlen szükséges
o Kapcsolt energiatermelés lenne ideális: erre azonban nem ígérkezik lehetőség a Tiszai Erőmű esetén o CO2 emisszió kérdése
2014. április 17.
Tehetséges hallgatók az energetikában
16
TEHETSÉGES
HALLGATÓK AZ ENERGETIKÁBAN
AZ ESZK ELŐADÁS-ESTJE
Köszönöm a figyelmet! Egri Tamás
Gépészkari alelnök
[email protected]
2014. ÁPRILIS 17.
