VOTE - využitie odpadového tepla na KS01 Veľké Kapušany

VOTE - využitie odpadového tepla na KS01 Veľké Kapušany

M. Heško, R. Ňukovič Nitra

Obsah

 Prečo využívať odpadové teplo na kompresorových staniciach?

 Predstavenie projektu VOTE „Využitie odpadového tepla na KS01“  Metodika výberu najvhodnejšieho riešenia  Aktuálny stav projektu a finálne riešenie  Zhrnutie

2

Prečo využívať odpadové teplo na kompresorových staniciach?  Závislosť Európy na cudzích zdrojoch primárnej energie a rastúci dopyt po elektrickej energii sú hlavnými hybnými silami pre využívanie netradičných druhotných zdrojov energie, medzi ktoré určite patrí:  vysoko potenciálne odpadové teplo spalín zo spaľovacích turbín poháňajúcich kompresory ZP  Kompresorové stanice slúžiace na prepravu zemného plynu majú veľký potenciál využívať odpadové teplo a tým:  zvyšovať celkovú účinnosť prepravy zemného plynu  znižovať nepriaznivé vplyvy na životné prostredie.  Eustream sa začal zaoberať problematikou využitia odpadového tepla hlavne preto, že aj napriek vysokej účinnosti plynových spaľovacích turbín (max. 40%)  až 60% energie paliva je nevyužitá a odchádza spalinami do ovzdušia  vysokopotenciálne odpadové teplo na teplotnej úrovni 450 – 500°C.

3

Prečo využívať odpadové teplo na kompresorových staniciach? Len málo prípadov využitia odpadového tepla na priame vykurovanie (napr. skleníky), pohon kompresorov, príp. na výrobu elektrickej energie: Kompresorová stanica Weitendorf (2011)  výroba elektriky - 19MWe, (3x Nuovo Pignone Gasturbine Type PGT 25 DLE, 3 x 23 MW),  dodávka tepla - 11 MWt Kompresorová stanica Ruswil Švajčiarsko (Transitgas AG) (2001)  výroba elektriky - 20MWe, vykurovanie skleníkov Kompresorová stanica Mallnow (Wingas) (2008) aj Weithaus  využitie odpadového tepla na pohon kompresora. Dôvody nízkeho využitia tohto potenciálu  preprava plynu je pomerne premenlivá.  produkcia odpadového tepla sa teda tiež mení, čo spôsobuje problematickú ekonomickú návratnosť projektov.

4

Projekt VOTE „Využitie odpadového tepla na KS01“ Cieľom projektu VOTE je využitie energetického potenciálu spalín z existujúcich 5 plynových spaľovacích turbín  troch RR RB211, každá o výkone 27MW  dvoch GE PGT 25+DLE, každá o výkone 31MW) na výrobu elektrickej energie a dodávku tepla pre KS a skleníky

5

Metodika výberu najvhodnejšieho riešenia Pri výbere KS a plynových spaľovacích turbín pre využite odpadového tepla je potrebné zobrať do úvahy:  prepravu ZP cez KS  fyzikálno – chemické zloženie a teplotu ZP  tlakové pomery pri preprave ZP  výkonové charakteristiky turbogenerátorov so spaľovacou turbínou  dispečerský systém - prednostné využívanie strojov s vyššou termickou účinnosťou, ako aj určenie flotily strojov na prepravu ZP na KS vo Veľkých Kapušanoch.

VOTE - najvhodnejšia KS01  nepretržitá prevádzka  vhodné rozmiestenie strojov v rámci KS (stroje sú situované v rade, v tesnej blízkosti): 2x GE PGT 25+ DLE (31MW); 3x Rolls Royce RB211 (27MW).

6

Metodika výberu najvhodnejšieho riešenia Určenie počtu spaľovacích turbín Pre využitie odpad. tepla je potrebné posúdiť nasledovné kritéria: 

štatistika prevádzky plynových spaľovacích turbín (priemerné ročne prevádzkové hodiny)



diagram zaťaženia KS a plynových spaľovacích turbín



a predpoklad prepravy zemného plynu na ďalšie roky

VOTE  5 plynových spaľovacích turbín s piatimi spalinovými kotlami (HRSG).  v prevádzke budú vždy len 3 min. 2 kotle (záloha)  vysokú flexibilitu prevádzkovania prepravnej sústavy bez výrazných obmedzení spôsobených využitím odpadového tepla. 7

Metodika výberu najvhodnejšieho riešenia Dva varianty využitia odpadového tepla: 

výroba mechanickej práce na pohon plynového kompresora  analýza dopadu na prevádzku KS - zmeny v dispečerskom riadení; čas potrebný na teplý/studený štart; vplyv havarijného výpadku spaľovacích turbín; paralelná spolupráca existujúcej flotily spaľovacích turbín s novým plynovým kompresorom



výroba elektrickej energie

VOTE - výroba elektrickej energie. 

výroba kompresnej práce je riziková z hľadiska tzv. domino-efektu - havarijný výpadok jednej spaľovacej turbíny môže spôsobiť postupné výpadky ďalších kompresorov.



paralelná spolupráca kompresorov - problematická vzhľadom na vzájomné ovplyvňovanie (výkon na parnej turbíne závisí od aktuálneho výkonu pripojených spaľovacích turbín) a vzhľadom na obmedzený regulačný rozsah kompresora pripojeného na parnú turbínu.



menšie riziko z pohľadu výrobu el. energie

8

Metodika výberu najvhodnejšieho riešenia Možné technické riešenia pri výrobe elektrickej energie: Z pohľadu návrhu celkovej štruktúry projektu je potrebné preveriť dostupnosť a vhodnosť použitia existujúcej infraštruktúry v mieste implementácie: 

vyvedenie elektrického výkonu z pohľadu elektrických parametrov sústavy (kapacita, napäťová úroveň ...)



dostupnosť vodných zdrojov na priemyselné účely (výroba pary, chladenie)

VOTE 

dostupnosť 110kV distribučnej sústavy - vyvedenie elektrického výkonu z generátora cez existujúcu rozvodňu 110kV.



nedostatok povrchovej vody (rieka), ale dostatok podzemnej vody - chladenia emisnej pary - vzduchový kondenzátor.

9

Metodika výberu najvhodnejšieho riešenia Možné technické riešenia pri výrobe elektrickej energie: 

ORC Organický Rankinov cyklus - teplo odovzdané do termo-oleja a ďalej do organického média, - nižšie investičné náklady, ideálne pre nízko potenciálové teplo, pre aplikácie s nízkou dostupnosťou vody, riziko - vysoko horľavé teplonosné médium, nižšia účinnosť.



Clausius-Rankinov cyklus - teplo odovzdané do vodnej pary - vysoká flexibilita, vyššia účinnosť, osvedčená technológia

VOTE – využíva Clausius-Rankinov cyklus z pohľadu vyššej účinnosti a flexibility

1

Metodika výberu najvhodnejšieho riešenia Premenlivá preprava - premenlivá výroba elektrickej energie 

potlačenie vplyvu výkyvov prietoku plynu v prepravnej sieti na výrobu elektrickej energie:

Technické opatrenia: 

obmedzenie počtu pripojených spaľovacích turbín – výstupný výkon určený na základe minimálnej očakávanej prepravy,



využitie prikurovania (prídavný plynový horák) – pre stabilizáciu výstupného elektrického výkonu.

Zmluvné podmienky: 

základný elektrický výkon – dodávka elektriny na minimálnej garantovanej úrovni,



zostávajúca vyrobená elektrina bude dodávaná na základe nominácií v deň D -1 podľa odhadu na základe plánovanej prepravy plynu. Odchýlky sú vyrovnávané: rozúčtovaním (možný negatívny aj pozitívny dopad), obchodníkom (zohľadnené v cene elektriny), intra-day trhom

VOTE - dodatočné prikurovanie, technicky jednoduché riešenie s pomerne nízkymi investičnými nákladmi. 11

Metodika výberu najvhodnejšieho riešenia Multikriteriálna analýza: Optimálne finálne riešenie (zohľadnenie ekonomických a technických kritérií nájdenie rovnováhy) multikriteriálna analýza:  Vplyv na spoľahlivosť prepravne siete  vplyv na prevádzku GT  vplyv na prevádzku plynových kompresorov  IRR – vnútorné výnosové percento  Bezpečnostné riziká  spalinovody - potrubné systémy  využitie pary  využitie termooleja (vysoko horľavá látka)  Spoľahlivosť inštalovaného zariadenia  kotle HRSG  expanzná turbína s generátorom  potrubné systémy  Investičné náklady  Nárok na nové priestory VOTE - zvolený variant parného cyklu so 4 kotlami pripojených na 5 spaľovacích turbín. 12

Metodika výberu najvhodnejšieho riešenia Eustream sa rozhodol na základe analýz realizovať projekt VOTE, ktorý je momentálne implementovaný na kompresorovej stanici vo Veľkých Kapušanoch KS01. Cieľ projektu - využitie energetického potenciálu spalín z existujúcich 5 plynových spaľovacích turbín 3 x RR RB211 (27MW) a 2 x GE PGT 25+DLE (31MW)  predpoklad nepretržitej prevádzky 3 turbín (2 záloha). Elektrická energia bude vyrábaná klasickým parným Clausius - Rankinovým cyklom so spalinovými kotlami s dvojtlakovým parným systémom a prídavnými stabilizačnými horákmi.

13

Aktuálny stav projektu a finálne riešenie, Zhrnutie Projekt je v súčasnosti vo fáze prípravy základného inžinieringu, stavebného povolenia, ako aj prípravy tendrovej dokumentácie pre výber Zhotoviteľa. Výsledky základného inžinieringu poukazujú na minimálne zmeny voči technickému riešeniu analyzovanému v rámci štúdie uskutočniteľnosti:  inštalácie prikurovania za účelom stabilizácie výstupného elektrického výkonu.  Technicky a ekonomicky vhodnejšie sa ukázalo riešenie s inštaláciou piatich kotlov na odpadové teplo (namiesto 4 kotlov + spalinovod) pripojených na 5 spaľovacích turbín a to hlavne z nasledovných dôvodov:  vysoko riziková a nákladná inštalácia nad existujúcim potrubným dvorom  inštalácia nad bezpečnostnými zónami odfukov  zhoršenie údržby potrubného dvora GT  vyššia tlaková strata, vyššie straty sálania tepla do okolia

Realizáciou VOTE sa zvýši účinnosť plynových spaľovacích turbín z priemernej hodnoty 35% (max. 40%) na takmer 57,3% kombinovaného cyklu. Za rok sa vyrobí 200 GWh elektrickej energie a 33 GWh tepla bez nárokov na cudzí zdroj primárnej energie (úspora fosílnych palív), čo je samozrejme nezanedbateľný prínos pre životné prostredie. 14

Ďakujem za pozornosť

15