dr. Balikó Sándor:
ENERGIAGAZDÁLKODÁS 9 Fejlesztések 9.
Főbb irányok • Technológia váltás g beruházással (p (pl. • Veszteségcsökkentések alternatív tüzelőanyag rendszer (hő és • Veszteség hasznosítás (hőnyomásveszteségre) • Tárolók telepítése S ká Szokásos célfüggvény élfü é :
a megtérülési idő → min
Biztonsági követelmények
• • • •
Az eredeti technológia üzemét nem szabad veszélyeztetni pl tartalékhűtő a kompresszor hűtésére pl. kerülő kémény a füstgázhőh hasznosításánál ítá á ál lefúvató, túlfolyó, szükségkondenzátor stb.
A hőhasznosítás módjai • külső felhasználó • technológián belül (rekuperáció) • a hőtermelő rendszerben
Külső hőhasznosítás primer energia
Hőtermelő hasznosítható veszteséghő
TECHNOLÓGIA
Hőhasznosító t h ló i technológia
•A második technológia függőségbe kerül! •A második technológia g alacsonyabb y hőmérséklet- (nyomás-) szintű
Hőmérséklet korlát t
t hbe , t hk i adott : Wh,h max t hbe adott :
Wm
tmax
Wh adott :
Wm (t mbe − ∆t − t hbe ) = t hki − t hbe
t h ,max = t mki − ∆t
Qh ,max = Wh (t h max − t hbe ) th,ki
Qh
Wh
veszteséghő th,be h be
Qmax
Kondenzálódó gázok 82 72 a
o
Hő őmérsékle et, C
62 52
b
42 32
melegáram
22 c 12 0
20
40
60
Hőmennyiség, GJ/nap
80
100
Sorbakapcsolt hőhasznosítás (gázmotor) Füstgáz Fü t á hőhasznosító
Előremenő víz
Földgáz
GÁZMOTOR
Hűtővíz hőcserélő
G 85OC Visszatérő víz
H Hőmérsé éklet Visszaatérő hőmérrséklet
Hűtővíz hőcserélő
Füstgáz hőhasznosító
Hűtővíz hőmérséklet
Füstgáz hőmérséklet Előremenő hőmérséklet
85OC 53,4%
46,6% Hőteljesítmény
Fűtési teljesítmény = 100%
I. KAZÁN
Nyárri átköttés
Előremenő víz
II. KAZÁN
TC Visszatérő víz
GÁZMOTOR
III KAZÁN
Gázmotoros hőszivattyú
hideg
Kondenzátor
Hűtővíz hőh hőhasznosító íó
GM
HŐSZIVATTYÚ
GÁZMOTOR
Qbe
Kompresszor Elpárologtató l l
füstgáz Füstgáz hőhasznosító meleg
t GÁZMOTOR
ts
∆t te tk
tv HŐSZIVATTYÚ
Q
Hűtővíz hőhasznosító QGM
Qössz
Füstgáz hőhasznosító Q
Optimális hőhasznosító hőcserélő* hőcserélő • • • •
Beruházási költség, K1 g K2 Üzemeltetési költség, Haszon, H Célfüggvény: C=H-K1-K2
∆piVi C = aQW1Φ∆Tmaxτ − β (aF F + b ) − aEτ ∑ i =11 1000η szi 2
*dr Harmata András: Hőhasznosítás =MK, Bp. 1985.
Dimenzió nélküli alakban:
βaF F βb aE C0 = Φ − − − aQτW1∆Tmax aQτW1∆Tmax aQW1∆Tmax Állandőkat elhagyva, W1=W2 esetre:
M1 Φ C0 = Φ − k∆Tmax 1 − Φ ahol aF M1 = β aQτ
∆piVi ∑ i =1 1000η szi 2
1 00 1,00 0,90
M 1 /(k ∪ T max )=0,01
0 80 0,80 0,70 0,05
C0
0,60 0,1
0,50 0,40
0,2
0,30 0,20
0,4
0,10
0,6
0,00 0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
∪
0,6
0,7
0,8
0,9
1
Rekuperáció Technológia h ló
Összköltség
t
∆t Qhh
EnergiaE költség
Beruházási költség
fűtés Q
optimum
∆t
R k Rekuperáció á ió gazdaságossága d á á SSzennyvíz í hőhasznosító
t
55oC
dt t2be
30oC W1=0,8W2 12oC Qh
t2ki t1be 5oC
Q0
Q
t1ki Qh/Q0
o
5 C o 12 C o
55 C o 30 C o
17 C 24,19 %
350,00
30,00
300,00
25,00
250,00
20,00
200,00
15 00 15,00
150 00 150,00
10,00
100,00
5,00
50,00
0 00 0,00
0 00 0,00 1
3
5
7
Minimális hőmérsékletkülönbség, g,
9 o
C
F/F F5 , %
Hasznossított hő H ő, %
35,00
Szellőzés-légfűtés t
elszívott levegő 40oC 22oC friss levegő Qtr
-13oC
Qhh
fűtés Q
Füstgáz hőhasznosítás qv η = 1− H Qh Qbe = η +ε Qh ∆B = B0 − B = H ∆B ε = B η +ε
∆qv 1 ε= = V fg c pfg (t fg − t ki ) H H Qh = állandó ⎛1 1 ⎞ ⎜⎜ − ⎝η η + ε ⎠ Kazán
Füstgáz hőhasznosítók
Közvetítőközeges hőcserélők a füstgáz hőhasznosításban
A füstgáz hőhasznosító kapcsolása (rendszeren belül)
Hőmérséklet korlátok kazánoknál t
Magas visszatérő hőmérséklet
t
Magas gőznyomás
t
Pinch point
Q
Q
Kevés hőfelvevő közeg és/vagy alacsony l fg. f hőmérséklet
Q
Füstgáz hőhasznosítás füstgáz
füstgáz
füstgáz tápvízp előmelegítő (ECO)
p1
fűtés
Q
a.) HMV termelés
t Q
HMV
p2
b.) gőzkazán
Q
t
levegőelőmelegítő t
c.) kétfokozatú gőz
t
Többfokozatú gőztermelés
539OC 509OC
75bar 290OC
45,2kg/s
19,1bar
178OC
210OC 30OC 54,36kg/s 114 34 MW 114,34
44 91 MW 44,91 Q
159 25 MW 159,25
Gázturbinából 539OC 405k 405kg/s / 75bar 509OC 45,2kg/s
Gőzturbina
T 19,1bar 210OC 9,16kg/s
G 1bar
i-C4 turbina
95OC
T
G
34OC Léghűtő k d át kondenzátor 90OC Ipari p ggőz 30 t/h 14 bar 195OC
A lelúgozás hőtartalmának hasznosítása
Sarjúgőz hasznosítás
N Nyomáscsökkentés á ökk té hasznosítása h ítá ((földgázvezeték g hálózatok összekapcsolása) p )
Gőzhálózatok
TÁROLÁS
A hő tárolásának indokaa • • • • •
Egyenetlen forrás (pl. napenergia) Egyenetlen fogyasztás (pl (pl. HMV) Mindkettő egyenetlen Csúcsok csökkentése Kapacitások csökkenthetők (Berendezés ára kisebb) • Időbeli eltérések kiegyenlíthetők (pl. hulladékhő hasznosítás))
Ö Összefüggések fü é k n
dM qi = ∑ dτ i =1 Folytonos:
τ
n
M (τ ) = M 0 + ∫ ∑ qi dτ 0 i =1
Diszkrét
M
(n ) =
M
0
+
n
∑
Tároló mérete
M max ≥ max{M (τ )} − min i {M (τ )}
i=1
q
i
(0
< τ < T
)
12
2
13
4
14
2
17
2
18
6
19
6
20
4
21
2
A többi időszakban nincs fogyasztás.
Töltés: 2 m 3 /h Tá lók Tárolókapacitás: á 14 m 3
Óra
∆M = Töltés − Elvétel
23
6
A tároló szintje
21
8
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
19
8
17
7
15
4
13
6
Példa
11
2
9
5
7
m3
5
óra
3
Fogyasztás
1
Időszak
Töltési sebesség növelése 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Óra
23 3
21 1
19 9
17 7
15 5
13 3
11 1
9
7
5
3
1
Töltés: 3 m 3 /h á olókapacitás: 12 m 3 Tárolókapacitás:
Gazdaságosság g g számítása Melegvíz igény Hőigény
400 liter/nap 75240 kJ/nap 100 literes bojler csúcsidőben
Veszteség, % Vill. energia g igény, g y kWh Áramdíj, Ft/kWh ÁFÁval Éves költságg (365 ( nap), p) ezer Ft Megtakarítás, ezer Ft/év
10 23.22 22.5 190.71
500 literes bojler csócsidőn kívül 12 23.75 16 138.70 52.01
A tároló b há á i beruházási költsége
Bt
Bt = ctelj Pt + ctár Et
lendkerék szivattyús tár. tár
bt = ctelj + kctár Et k= Pt
gázturbina k
Pt – a tároló (általában kisütési) teljesítménye, kW Et – a tároló kapacitása, kWh k – kisütési óraszám, h
0,96
hatásfok f
nagy be berendezés ende és fogyasztása
0,94
0,92 Hatásfok
80,00
0,90
0,88
75,00
0,86
0,84 0,5
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
0,95
1
Fogyas sztás, kW
Terhelés
70 00 70,00
gyakoriság 65,00
Terhelés h l
60,00
kis berendezés fogyasztása
55,00
50,00 50
52
54
56
58
60 Terhelés, kW
62
64
66
68
70
Klímagép tüzivíz tározóval Hûtõgép
Fogyasztók
Tüzovíz tározó
A tárolás veszteségei • Falazati veszteség • Keveredés a hideg és meleg határfelületen • Párolgás • Nyomás- ill. hőmérsékletveszteségek (potenciálveszteség) • stb.
HMV termelés HMV Hőcserélő Tároló
S i tt ú Szivattyú
hid í hidegvíz
Hőtárolás atmoszférikus tárolóban Töltési hpmérséklet Töltési visszatérő
Tárolási hümérséklet
∆t
Kisütési h hőmérséklet kl
Előremenő hőmérséklet Visszatérő hőmérséklet
Tároló kapacitás Töltés
Q = Vρ∆t
Kisütés
Gőztárolás Ruths tároló Tőltés
Elvétel
Regenerátorok ((Tárolás szilárd anyagban) y g )
Rejtett hő tárolása
Klíma helyett hidegtároló 29
Külső hő é ékl t hőmérséklet Szellőző levegő hőmérséklete
25
Hőmérséklet, Hő
O
C
27
23 21 19 Hőtároló hőmérséklete
17 15 1
3
5
7
9
11
13 Óra
15
17
19
21
23
Hőtároló eutektikumok
Jelölés
Olvadási Sű rű ség hőmérséklet O
E21 A28 E30
C 21 28 30
3
kg/m 1480 789 1304
Olvadási hő kJ/kg 150 245 201
MJ/m 222 193 262
3
További lehetőségek • Hűtőgépek éjszakai járatása • Szilárd tüzelésű kazánok hőleadásának szabályozása • Napenergia tárolása • Ipari veszteséghők gyűjtése és hasznosítása • tűzoltó védőfelszerelés, • stb...
-vége-
