Transcript Spaľovacia turbína s regeneráciou tepla

KOMBINOVANÁ VÝROBA
ELEKTRINY A TEPLA
„KVET“
doc. Ing. František Urban, CSc., Ing. Ľubor Kučák, CSc.
Ing. Peter Fodor
CONECO – RACIOENERGIA 2011
Teplárenské združenie na Slovensku
Odborný seminár
ÚSPORA ENERGIE KOMBINOVANOU VÝROBOU
ELEKTRINY A TEPLA
Bratislava 30. marec 2011
ÚVOD
Zbierka zákonov č. 309 / 2009
o podpore obnoviteľných zdrojov energie a vysoko účinnej
kombinovanej výroby a o zmene a doplnení niektorých zákonov
Smernica Európskeho parlamentu a Rady 2004/8/ES
zo dňa 11. februára 2004
o podpore kogenerácie založenej na dopyte po využiteľnom teple
na vnútornom trhu s energiou a ktorou sa mení a dopĺňa smernica
92/42/EHS
2
ZÁKLADNÉ POJMY
Termická účinnosť teplárne
TE 
AQ
Q
p
TE
Teplárenský súčiniteľ
t 
Qkog
Q
Teplárenský modul
A
e
Q
3
ÚVOD
Kombinovaná výroba elektriny, tepla (chladu), mechanickej energie
Technológie kombinovanej výroby:
1. spaľovacia turbína s kombinovaným cyklom,
2. protitlaková parná turbína,
3. kondenzačná parná turbína s odberom pary,
4. spaľovacia turbína s regeneráciou tepla,
5. spaľovací motor,
6. mikroturbína,
7. Stirlingov motor,
8. palivový článok,
9. Rankinove organické cykly,
10. iný typ technológie.
4
TECHNOLÓGIE KOMBINOVANEJ VÝROBY
QF
QD
ESV
ESV
QD
CHÚV
Parná tepláreň s protitlakovou a kondenzačnou odberovou turbínou
5
TECHNOLÓGIE KOMBINOVANEJ VÝROBY
QF
QF
ESV
QD
Kondenzačná elektráreň s odberom tepla
QD
6
TECHNOLÓGIE KOMBINOVANEJ VÝROBY
Spaľovacia turbína s kombinovaným cyklom
(tepláreň s paroplynovým cyklom)
Spaľovacia turbína s regeneráciou tepla
7
TECHNOLÓGIE KOMBINOVANEJ VÝROBY
zemný plyn
vzduch
~
Spaľovací
motor
chladiaci okruh
Tepláreň so spaľovacím motorom (kogeneračná jednotka)
8
ROČNÝ DIAGRAM TRVANIA POTREBY TEPLA V SCZT
100
90
80
P q SCZT (%)
70
60
50
40
30
20
10
0
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
deň
9
SEPS
Týždenné maximá zaťaženia elektrizačnej sústavy SR
10
ZÁVER
11
SEPS
Podiel zdrojov na výrobe elektriny v SR v roku 2010
12
VÝSLEDKY ANALÝZY
•
Pq (MW)
0
90
120
180
240
Pq / Pe
0,00
6,82
5,94
6,82
5,94
 c (%)
32,0
37,6
39,3
43,2
46,5
13
POROVNANIE TEPELNÝCH ZDROJOV
Z TERMODYNAMICKÉHO HĽADISKA
elektrický
výkon
22 %
teplo
v palive
100 %
tepelný
výkon
58 %
odpadné
teplo
20 %
Senkeyov diagram dodávky tepla a elektriny
z teplárne s protitlakovou parnou turbínou
14
POROVNANIE TEPELNÝCH ZDROJOV
Z TERMODYNAMICKÉHO HĽADISKA
elektrický
výkon
45 %
tepelný výkon
na prahu zdroja
118 %
teplo
v palive
204 %
dodaný
tepelný
výkon
100 %
tepelné straty
v rozvodoch
18 %
odpadné
teplo
41 %
Senkeyov diagram dodávky tepla a elektriny
z teplárne s protitlakovou parnou turbínou
15
POROVNANIE TEPELNÝCH ZDROJOV
Z TERMODYNAMICKÉHO HĽADISKA
tepelný
výkon
90 %
( 100 % )
teplo
v palive
100 %
( 111 % )
odpadné
teplo
10 %
( 11 % )
Senkeyov diagram dodávky tepla z domovej kotolne
16
POROVNANIE TEPELNÝCH ZDROJOV
Z TERMODYNAMICKÉHO HĽADISKA
elektrický
výkon
45 %
teplo
v palive
128 %
odpadné
teplo
83 %
Senkeyov diagram dodávky elektriny z referenčnej elektrárne
17
s účinnosťou 35 %
POROVNANIE TEPELNÝCH ZDROJOV
Z TERMODYNAMICKÉHO HĽADISKA
Tepelný zdroj
Celková
účinnosť
tepelného
zdroja
(%)
elektrické vykurovanie 35
výhrevňa
85
bloková
výhrevňa 100
s
kondenzačnými
kotlami
decentralizované
90
vykurovanie
tepláreň
80
s protitlakovou parnou
turbínou
kondenzačná
50
elektráreň s odberom
tepla
bloková
tepláreň 85
s
kogeneračnými
jednotkami
paroplynový cyklus
90
Tepelné straty Dodaný
Tepelný výkon Elekrický
v rozvodoch tepelný výkon na
prahu výkon
(%)
(%)
zdroja
tepelného
(%)
zdroja
(%)
Výkon dodaný Výkon dodaný Redukovaný
palivom
v palivom
v výkon dodaný
tepelnom
referenčnej
palivom
zdroji
elektrárni
v
tepelnom
(%)
(%)
zdroji
na
dodávku
100
%
tepelného
výkonu (%)
286
0
286
139
0
139
111
0
111
0
18
11
100
100
100
100
118
111
0
0
0
0
100
100
0
111
0
111
18
100
118
45
204
128
76
21
100
121
225
691
642
49
11
100
111
60
201
171
30
18
100
118
118
262
337
-75
18
-50
-100
paroplynový cyklus
bloková tepláreň s
kogeneračnými
jednotkami
kondenzačná
elektráreň s odberom
tepla
tepláreň s protitlakovou
parnou turbínou
decentralizované
vykurovanie
bloková výhrevňa s
kondenzačnými kotlami
bloková výhrevňa s
tepelnými čerpadlami
výhrevňa
elektrické vykurovanie
(% tepla v palive / 100 % dodaného tepla)
POROVNANIE TEPELNÝCH ZDROJOV
Z TERMODYNAMICKÉHO HĽADISKA
300
250
200
150
100
50
0
19
DELENIE NÁKLADOV NA TEPLO A ELEKTRINU
Podielov tepla v palive na výrobu tepla a elektrickej energie
q
e
p,q
p,e
p
p



.

.
Q
QTE QTE i QTE i QTE
p
TE
q
i
e
i
  1
Delenie spoločných nákladov na palivo
q
i
e
i
n  n  n   .n   .n
p
p ,q
p ,e
p
p
20
DELENIE NÁKLADOV NA TEPLO A ELEKTRINU
8,8M
Pa 535°C
K
3
H
K
1H
K
2H
1,3M
Pa 250°C
5
K
4 K
K
6
0,12M
Pa
doplňovanie
Tepelná schéma teplárne s protitlakovou parnou turbínou
21
DELENIE NÁKLADOV NA TEPLO A ELEKTRINU
120
Priemerný denný výkon (MW)
100
80
60
40
20
0
1
31
61
91
121
151
181
211
241
271
301
331
361
deň
Pq
P q HK
P q kog
1 476 428
499 904
976 524
Kogeneračná
výroba el.
energie
86 466
117,5
73,4
79,7
25,3
spolu
Teplo (GJ/r) / el. energia (MWh/r)
Max. ročná potreba / max. výkon
(MW)
Ročný teplárenský súčiniteľ αt
Teplárenský modul e
Účinnosť teplárne (%)
Pe
0,661
0,211
89,4
Horúcovodné Kogeneračná
kotly
výroba tepla
0,319
22
DELENIE NÁKLADOV NA TEPLO A ELEKTRINU
1,0
0,9
0,180
0,249
0,306
0,387
0,8
0,488
0,570
beta q + beta e
0,7
0,711
0,6
0,5
0,4
0,820
0,751
0,694
0,613
0,3
0,512
0,430
0,2
0,289
0,1
0,0
energetická, ERÚ energetická, ERÚ
ČR
ČR, kog
energetická
termodynamická
exergetická
rovnakých
účinkov
rovnakých
účinkov, kog
metóda delenia
beta q
beta e
Koeficienty delenia nákladov na teplo βq a elektrinu βe
tepláreň s protitlakovou parnou turbínou
23
VYSOKO ÚČINNÁ KOGENERÁCIA
ÚSPORA PRIMÁRNEJ ENERGIE
Úspora primárnej energie najmenej 10 %
v porovnaní so samostatnou výrobou tepla a elektriny
Referenčné hodnoty účinností:
- rovnaké palivo
- najlepšia dostupná a ekonomicky zdôvodnená technológia
samostatnej výroby tepla a elektriny
v roku postavenia kogeneračnej jednotky
24
ZÁVER
KVET
• úspora primárnych zdrojov energie,
•referenčné hodnoty účinností samostatnej výroby
tepla a elektriny,
• delenie nákladov na teplo a elektrinu,
• cena tepla,
• cena elektriny,
• cena zemného plynu,
• optimalizácia návrhu a prevádzky teplárne.
25
ĎAKUJEM ZA POZORNOSŤ
26