Zagadnienia in

ż

ynierskie i ekonomiczne

zwi

ą

zane z produkcj

ą

energii

w układach kogeneracyjnych

Wrocław, 19.01.2011 r.
Politechnika Wrocławska

Tomasz Kami

ń

ski

Pracownia Technologiczna

Prezentacja wykonana m.in. na podstawie materia

ł

ów przekazanych przez prof. J.Skorka

POTRZEBY

Dane na dzie

ń

: 31.05.2010 r.

E=mc

E=mc

2

2

To znaczy

To znaczy

energia

energia

jest wsz

jest wsz

ę

ę

dzie

dzie

Ź

ródło energii

Zdolno

ść

do

wytwarzania

i przetwarzania

Zdolno

ść

transportu

Dopasowany do

posiadanych

mo

ż

liwo

ś

ci

odbiornik

energii

Nieodnawialne:

•w

ę

giel kamienny i brunatny

surowy i przetworzony;
•ropa naftowa i produkty;
•gaz ziemny;
•paliwa j

ą

drowe.

Odnawialne:

•Energia wodna
•Energia wiatru
•Energia sło

ń

ca

•Biomasa, biogazy, biodiesel
•Energia geotermalna

Generacja,

Generacja,

Kogeneracja (CHP),

Kogeneracja (CHP),

Trigeneracja

Trigeneracja

–

–

po co?

po co?

Dane na dzie

ń

: 31.05.2010 r.

PALIWO

no

ś

nik energii pierwotnej

ENERGIA

Rozdzielona produkcja:

•siłownie
•elektrownie;
•ciepłownie;
•kotłownie.

Skojarzona produkcja:

•elektrociepłownie
(kogenercja)
•trigeneracja

INSTALACJA

produkcja energii

bezpo

ś

redniej

Kogeneracja (CHP), Trigeneracja

Kogeneracja (CHP), Trigeneracja

-

-

definicje

definicje

Dane na dzie

ń

: 31.05.2010 r.

Kogeneracja (CHP)

Kogeneracja (CHP)

–

–

jest to proces technologiczny jednoczesnego

jest to proces technologiczny jednoczesnego

wytwarzania energii elektrycznej i u

wytwarzania energii elektrycznej i u

ż

ż

ytkowej energii cieplnej

ytkowej energii cieplnej

(Combined Heat and Power)

(Combined Heat and Power)

z tego samego

z tego samego

ź

ź

r

r

ó

ó

d

d

ł

ł

a energii pierwotnej.

a energii pierwotnej.

Skojarzona produkcja no

Skojarzona produkcja no

ś

ś

nik

nik

ó

ó

w energii.

w energii.

Tr

Tr

ó

ó

jgeneracja (trigeneracja)

jgeneracja (trigeneracja)

–

–

jest to proces technologiczny jednoczesnego

jest to proces technologiczny jednoczesnego

wytwarzania energii elektrycznej, u

wytwarzania energii elektrycznej, u

ż

ż

ytkowej energii cieplnej

ytkowej energii cieplnej

oraz ch

oraz ch

ł

ł

odu u

odu u

ż

ż

ytkowego

ytkowego

z tego samego

z tego samego

ź

ź

r

r

ó

ó

d

d

ł

ł

a energii pierwotnej.

a energii pierwotnej.

Paliwa

Paliwa

–

–

podzia

podzia

ł

ł

i warto

i warto

ś

ś

ci opa

ci opa

ł

ł

owe

owe

Dane na dzie

ń

: 31.05.2010 r.

Instalacja

Instalacja

–

–

Generacja

Generacja

–

–

elektrownia konwencjonalna

elektrownia konwencjonalna

K

t = 500

°

C

paliwo

~G

energia elektryczna

TP

para

spaliny

Instalacja

Instalacja

–

–

Kogeneracja

Kogeneracja

–

–

elektrociep

elektrociep

ł

ł

ownia

ownia

K

para

t = 500

°

C

ciepło

~G

energia elektryczna

TP

paliwo

spaliny

Instalacja

Instalacja

–

–

Kogeneracja

Kogeneracja

–

–

blok gazowo

blok gazowo

-

-

parowy

parowy

Turbina gazowa

Turbina gazowa

–

–

zasada dzia

zasada dzia

ł

ł

ania

ania

Dane na dzie

ń

: 31.05.2010 r.

energia

elektryczna

paliwo

t =~400

°

C

G

KS

t = ~1200

°

C

powietrze ~20

°

C

spaliny ~ 500

°

C

Dane na dzie

ń

: 31.05.2010 r.

Instalacja

Instalacja

–

–

Kogeneracja

Kogeneracja

–

–

blok gazowo

blok gazowo

-

-

parowy

parowy

~G

energia
elektryczna

KS

powietrze

paliwo

spaliny

obieg otwarty

obieg zamkni

ę

ty

TP

~G

Q

kondensat

HRSG

ODG

LP

komin

HP

Parametry uk

Parametry uk

ł

ł

ad

ad

ó

ó

w CHP opartych o turbiny gazowe

w CHP opartych o turbiny gazowe

Producent

Model

Moc

elektr.

kW

Moc

cieplna

kW

Sprawno

ść

elektryczna

%

Sprawno

ść

cieplna

nominalna

*

%

Temp. spalin z

TG

ºC

N

el

/Q

Solar

Saturn 20

1205

2850

24,7

58,4

500

0,42

Solar

Centaur 50

4350

8330

29,2

56,0

489

0,52

Alstom

Tornado

6750

12190

33,0

59,6

477

0,55

Alstom

Cyclone

12900

21030

33,9

55,2

570

0,61

GE

PGT20

17460

26484

36,2

54,9

475

0,66

GE

PGT20

22420

33089

36,3

53,6

525

0,68

GE

LM6000

42700

56862

41,0

54,6

500

0,75

GE

MS9001E

126100

209247

33,8

56,1

543

0,60

* UWAGA Spaliny wychłodzone do 100ºC

Instalacja

Instalacja

–

–

Kogeneracja

Kogeneracja

–

–

silnik gazowy

silnik gazowy

~G

Chłodnica
płaszcza
wodnego

Chłodnica oleju

Odbiór energii ze

spalin

komin

t = 500

°

C

t = 90

°

C

Odbiór
ciepła

t = 50

°

C

gaz

Dane na dzie

ń

: 31.05.2010 r.

Parametry uk

Parametry uk

ł

ł

ad

ad

ó

ó

w CHP opartych o silniki gazowe t

w CHP opartych o silniki gazowe t

ł

ł

okowe

okowe

Producent

Model

Moc

elektr.

kW

Moc

cieplna

kW

Sprawno

ść

elektryczna

%

Sprawno

ść

cieplna

nominalna

*

%

Sprawno

ść

ca

ł

kowita

nominalna

%

N

el

/Q

Caterpillar

G3408

245

407

34,5

57,5

92

0,6

Jenbacher

JMS 208 GS

294

395

37,5

50,5

88

0,74

Caterpillar

G3412

350

530

36,2

54,8

91

0,66

Perkins

4008

415

597

35,5

50,5

86

0,69

Jenbacher

JMS 320GS

1100

1240

39,8

46,2

86

0,89

Jenbacher

JMS 620 GS

3040

3080

42,3

42,7

85

0,99

Deutz A.G.

TBK 632V16

3170

3770

40,3

47,7

88

0,84

Wärtsilä
(gaz + olej)

W50DF

15700

15800

45,6

46,4

92

0,99

*

UWAGA Spaliny wych

ł

odzone do 120ºC

Dane na dzie

ń

: 31.05.2010 r.

Emisyjno

ść

układów kogeneracyjnych – silnik gazowy

Dane na dzie

ń

: 31.05.2010 r.

Charakterystyka techniczna podstawowych rozwi

ą

za

ń

CHP

Typ urządzenia

Paliwo

Zakres

mocy, kW

Sprawność

elektryczna

ηηηη

el,CHP



%

Sprawność

całkowita

EUF

%

Wskaźnik

skojarzenia

σσσσ

Nośnik ciepła

Turbina parowa

dowolne

> 250

7 – 20

75 – 84

0.1 – 0.33

Para lub gor

ą

ca

woda

Turbina gazowa,
układ prosty

olej, gaz
ziemny i
inne
gazowe

> 350

15 – 40

65 – 85

0.4 - 0.8

(ok. 0.2 z

dopalaniem)

para lub gor

ą

ca

woda

Turbina gazowa w
układzie
kombinowanym

jak dla
turbiny
gazowej

> 7300

35 –55

73 –85

do 1.45

para o

ś

rednich

parametrach,
gor

ą

ca woda

Silnik tłokowy
gazowy

gaz
ziemny i
inne
gazowe

5 - 6500

25 – 40

70 – 90

0.5 - 1.0

gor

ą

ca woda,

rzadziej para o
niskich
parametrach

Mikroturbina

gaz
ziemny

25 - 450

25 –30

75 – 85

0.5 – 0.65

gor

ą

ca woda (do

90ºC)

Dane na dzie

ń

: 31.05.2010 r.

Kogeneracja

Kogeneracja

–

–

wymagania

wymagania

•

Mała szkodliwo

ść

dla

ś

rodowiska (niskie emisje gazów, pyłów,

ś

cieków, hałasu, niskie zu

ż

ycie wody – niskie koszty korzystania ze

ś

rodowiska),

•

zmniejszaj

ą

c zu

ż

ycie nieodnawialnych

ź

ródeł energii - paliw

kopalnych,

•

wykorzystanie

energii

ze

ź

ródeł

odnawialnych

(system

„zielonych” certyfikatów),

•

stosowanie technologii kogeneracyjnych (system „czerwonych” i

„

ż

ółtych”

ś

wiadectw pochodzenia),

•

wysoka

sprawno

ść

przetwarzania

energii

(maksymalne

wykorzystanie energii chemicznej paliw) -kogeneracja wysokosprawna,

•

Bezpiecze

ń

stwo

energetyczne

–

energetyka

rozproszona,

dywersyfikacja paliw,

•

Opłacalno

ść

ekonomiczna inwestycji (analizy opłacalno

ś

ci).

Dane na dzie

ń

: 31.05.2010 r.

Kogeneracja

Kogeneracja

–

–

aspekty prawne i

aspekty prawne i

ś

ś

rodowiskowe

rodowiskowe

1. Ustawa z dnia 10 kwietnia 1997 Prawo energetyczne, z

pó

ź

niejszymi zmianami według stanu na dzie

ń

1 stycznia 2008

2. Rozporz

ą

dzenie Ministra Gospodarki z dnia 26 wrze

ś

nia 2007 w

sprawie sposobu obliczania danych podanych we wniosku o
wydanie

ś

wiadectwa

pochodzenia

z

kogeneracji

oraz

szczegółowego zakresu obowi

ą

zku uzyskania i przedstawienia do

umorzenia tych

ś

wiadectw, uzyskania opłaty zast

ę

pczej i

obowi

ą

zku potwierdzania danych dotycz

ą

cych ilo

ś

ci energii

elektrycznej wytworzonej w wysokosprawnej kogeneracji. (Dz.U.
nr 185 z 2007 poz. 1314).

Dane na dzie

ń

: 31.05.2010 r.

Kogeneracja

Kogeneracja

–

–

system

system

ś

ś

wiadectw energetycznych

wiadectw energetycznych

UWAGA

Prawo wprowadza obowi

ą

zek uzyskania i przedstawienia do umorzenia

ś

wiadectw pochodzenia z kogeneracji lub uiszczenia opłaty zast

ę

pczej. Obowi

ą

zek

ten uznaje si

ę

za spełniony, je

ż

eli za dany rok kalendarzowy udział ilo

ś

ciowy sumy

energii elektrycznej wynikaj

ą

cej z uzyskanych i umorzonych

ś

wiadectw

pochodzenia z kogeneracji w wykonanej rocznej sprzeda

ż

y energii elektrycznej

przez dane przedsi

ę

biorstwo energetyczne odbiorcom ko

ń

cowym, wynosi nie mniej

ni

ż

:

a) Dla jednostek wysokosprawnej kogeneracji gazowej (art. 9l ust. 1 pkt 1 ustawy

Prawo energetyczne) – „

ż

ółte”

ś

wiadectwa pochodzenia:

-

2,9% w 2009 r.,

-

3,1% w 2010 r.,

-

3,3% w 2011 r.,

-

3,5% w 2012 r.

b) Dla jednostek wysokosprawnej kogeneracji (art. 9l ust. 1 pkt 1 ustawy Prawo

energetyczne) – „czerwone”

ś

wiadectwa pochodzenia:

-

20,6% w 2009 r.,

-

21,3% w 2010 r.,

-

22,2% w 2011 r.,

-

23,2% w 2012 r.

Dane na dzie

ń

: 31.05.2010 r.

Kogeneracja

Kogeneracja

–

–

system

system

ś

ś

wiadectw energetycznych

wiadectw energetycznych

Producenci energii elektrycznej w kogeneracji mog

ą

sprzedawa

ć

przysługuj

ą

ce

im jednostki

ś

wiadectw pochodzenia na Towarowej Giełdzie Energii. Ceny rynkowe

tych

ś

wiadectw w kwietniu 2009 kształtowały si

ę

na nast

ę

puj

ą

cym poziomie:

-

ś

wiadectwa „

ż

ółte”: około 122 zł/MWh

el

,

-

ś

wiadectwa „czerwone”: około 17 zł/MWh

el

.

Dane na dzie

ń

: 31.05.2010 r.

Kogeneracja

Kogeneracja

–

–

Case Study

Case Study

–

–

za

za

ł

ł

o

o

ż

ż

enia energetyczne

enia energetyczne

Podstawowe za

ł

o

ż

enia energetyczne

Jednostki

Warto

ść

Uwagi

Roczny czas pracy

h

8208

342 dni/r

Roczne zapotrzebowanie ciep

ł

a w parze

MWh

80000

Roczne zapotrzebowanie ciep

ł

a w spalinach

MWh

48000

Roczne zapotrzebowanie en. elektrycznej

MWh

64000

Ś

rednie zapotrzebowanie na moc w parze

MW

9,75

Ś

rednie zapotrzebowanie na moc w spalinach

MW

5,85

Ś

rednie zapotrzebowanie na moc elektryczn

ą

MW

7,80

Warto

ść

opa

ł

owa gazu ziemnego

MJ/m3

35

Temp. pary technologicznej

ºC

230

Ci

ś

nienie pary technologicznej

bar

20

Dane na dzie

ń

: 31.05.2010 r.

Kogeneracja

Kogeneracja

–

–

Case Study

Case Study

-

-

schemat

schemat

Dane na dzie

ń

: 31.05.2010 r.

Kogeneracja

Kogeneracja

–

–

Case Study

Case Study

–

–

dane urz

dane urz

ą

ą

dze

dze

ń

ń

Kocio

ł

odzysknicowy HRSG

Strumie

ń

pary (

ś

rednioroczny)

kg/s

3,42

Strumie

ń

pary (

ś

rednioroczny)

t/h

12,32

Moc cieplna w parze

ś

rednia

MW

19,75

Temp. spalin wylotowych z HRSG

ºC

316

Moc cieplna w spalinach wylotowych z HRSG

MW

13,9

Zu

ż

ycie/produkcja no

ś

ników energii

Produkcja en. elektrycznej

MWh/rok

91683

Wska

ź

nik potrzeb w

ł

asnych bloku CHP

%

7

En. elektryczna na sprzeda

ż

MWh/rok

85266

Produkcja ciep

ł

a w parze

MWh/rok

80000

345600

Produkcja ciep

ł

a w spalinach

MWh/rok

48000

172800

Zu

ż

ycie gazu

m3/rok

29970926

Zu

ż

ycie gazu

m3/h

3651

Maksymalne zu

ż

ycie gazu

m3/h

4217

Sprawno

ść

ca

ł

kowita EC (

ś

rednioroczna)

%

75,4%

Dane na dzie

ń

: 31.05.2010 r.

Kogeneracja

Kogeneracja

–

–

Case Study

Case Study

–

–

szacunki sprzeda

szacunki sprzeda

ż

ż

y

y

Sprzeda

ż

Sprzeda

ż

ciep

ł

a do ZPK (para+spaliny)

MWh/rok

128000

Sprzeda

ż

energii elektrycznej do ZPK

MWh/rok

64000

Sprzeda

ż

energii elektrycznej do sieci

MWh/rok

21266

Ilo

ść

uzyskanych

ś

wiadectw pochodzenia ("

ż

ó

ł

tych")

MWh/rok

91683

Ilo

ść ś

wiadectw pochodzenia do umorzenia (2012)

MWh/rok

2520

Ilo

ść ś

wiadectw netto (do sprzeda

ż

y na TGE) 2012

MWh/rok

89163

Ilo

ść

"zielonych"

ś

wiadectw pochodzenia koniecznych do

kupienia na TGE

MWh/rok

7488

Dane na dzie

ń

: 31.05.2010 r.

Kogeneracja

Kogeneracja

–

–

Case Study

Case Study

–

–

om

om

ó

ó

wienie podstawowych

wienie podstawowych

zagadnie

zagadnie

ń

ń

analizy ekonomicznej

analizy ekonomicznej

–

–

metoda NPV

metoda NPV

Dane na dzie

ń

: 31.05.2010 r.

Kogeneracja

Kogeneracja

–

–

Case Study

Case Study

–

–

wyniki analizy NPV

wyniki analizy NPV

NPV [zł]

Cena sprzeda

ż

y pradu, zł/MWh

Cena
ciepła
zł/GJ

280

370

420

32

4 700 764 30 799 232 59 933 847

36

18 176 777 47 894 688 78 599 232

42

33 043 248 64 862 220 95 264 617

DPB [lat]

Cena sprzeda

ż

y pradu, zł/MWh

Cena
ciepła
zł/GJ

280

370

420

32

15,9

9

6,5

36

11

7

6

42

8,9

6,2

5,5

Zapraszamy do współpracy!