Tomasz Kamiński
Pracownia Technologiczna
Zagadnienia in\
ynierskie i ekonomiczne
związane z produkcją energii
w układach kogeneracyjnych
Prezentacja wykonana m.in. na podstawie materiałów przekazanych przez prof. J.Skorka
Wrocław, 19.01.2011 r.
Politechnika Wrocławska
Dane na dzień: 31.05.2010 r.
Zdolność do
wytwarzania
y
ródło energii
i przetwarzania
To znaczy energia
To znaczy energia
E=mc2
E=mc2
Zdolność Dopasowany do
transportu posiadanych
jest wszędzie
jest wszędzie
mo\
liwości
odbiornik
POTRZEBY
energii
Generacja, Kogeneracja (CHP), Trigeneracja  po co?
Generacja, Kogeneracja (CHP), TrigeneracjaDane na dzień: 31.05.2010 r.
 po co?
INSTALACJA
PALIWO
produkcja energii ENERGIA
nośnik energii pierwotnej
bezpośredniej
Nieodnawialne:
Rozdzielona produkcja:
" węgiel kamienny i brunatny
surowy i przetworzony;
" siłownie
" ropa naftowa i produkty;
" elektrownie;
" gaz ziemny;
" ciepłownie;
" paliwa jądrowe.
" kotłownie.
Odnawialne:
Skojarzona produkcja:
" Energia wodna
" Energia wiatru
" elektrociepłownie
" Energia słońca
(kogenercja)
" Biomasa, biogazy, biodiesel
" trigeneracja
" Energia geotermalna
Kogeneracja (CHP), Trigeneracja - definicje
Kogeneracja (CHP), Trigeneracja - definicje
Dane na dzień: 31.05.2010 r.
Kogeneracja (CHP)  jest to proces technologiczny jednoczesnego
Kogeneracja (CHP)  jest to proces technologiczny jednoczesnego
wytwarzania energii elektrycznej i u\
ytkowej energii cieplnej
wytwarzania energii elektrycznej i u\
ytkowej energii cieplnej
(Combined Heat and Power) z tego samego z
ródła energii pierwotnej.
(Combined Heat and Power) z tego samego z
ródła energii pierwotnej.
Skojarzona produkcja nośników energii.
Skojarzona produkcja nośników energii.
Trójgeneracja (trigeneracja)  jest to proces technologiczny jednoczesnego
Trójgeneracja (trigeneracja)  jest to proces technologiczny jednoczesnego
wytwarzania energii elektrycznej, u\
ytkowej energii cieplnej
wytwarzania energii elektrycznej, u\
ytkowej energii cieplnej
oraz chłodu u\
ytkowego z tego samego z
ródła energii pierwotnej.
oraz chłodu u\
ytkowego z tego samego z
ródła energii pierwotnej.
Paliwa  podział i wartości opałowe
Paliwa  podział i wartości opałowe
Dane na dzień: 31.05.2010 r.
Instalacja  Generacja  elektrownia konwencjonalna
Instalacja  Generacja  elektrownia konwencjonalna
para
t = 500�C
K TP energia elektryczna
~G
paliwo spaliny
Instalacja  Kogeneracja  elektrociepłownia
Instalacja  Kogeneracja  elektrociepłownia
para
t = 500�C
K TP energia elektryczna
~G
paliwo spaliny
ciepło
Instalacja  Kogeneracja  blok gazowo-parowy
Instalacja  Kogeneracja  blok gazowo-parowy
Dane na dzień: 31.05.2010 r.
Turbina gazowa  zasada działania
Turbina gazowa  zasada działania
paliwo
KS
t =~400�C t = ~1200�C
G
energia
elektryczna
spaliny ~ 500�C
powietrze ~20�C
Instalacja  Kogeneracja  blok gazowo-parowy
Instalacja  Kogeneracja  blok gazowo-parowy
Dane na dzień: 31.05.2010 r.
komin
ODG
LP
HRSG
HP
~G
TP
paliwo
spaliny
KS
Q
energia
~G
elektryczna
kondensat
powietrze
obieg otwarty obieg zamknięty
Parametry układów CHP opartych o turbiny gazowe
Parametry układów CHP opartych o turbiny gazowe
Moc Moc Sprawność Sprawność Temp. spalin z Nel/Q
elektr. cieplna elektryczna cieplna TG
kW kW % nominalna* �C
Producent Model
%
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 100�C
Instalacja  Kogeneracja  silnik gazowy
Instalacja  Kogeneracja  silnik gazowy
komin
t = 500�C
Odbiór energii ze
spalin
t = 90�C
~G
gaz
Odbiór
ciepła
Chłodnica
Chłodnica oleju t = 50�C
płaszcza
wodnego
Parametry układów CHP opartych o silniki gazowe tłokowe
Parametry układów CHP opartych o silniki gazowe tłokowe
Dane na dzień: 31.05.2010 r.
Moc Moc Sprawność Sprawność Sprawność Nel/Q
elektr. cieplna elektryczna cieplna całkowita
Producent Model
kW kW % nominalna* nominalna
% %
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
4008
Perkins 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
W�rtsil�
W50DF 15700 15800 45,6 46,4 92 0,99
(gaz + olej)
*
UWAGA Spaliny wychłodzone do 120�C
Emisyjność układów kogeneracyjnych  silnik gazowy
Dane na dzień: 31.05.2010 r.
Charakterystyka techniczna podstawowych rozwiązań CHP
Dane na dzień: 31.05.2010 r.
Sprawność Sprawność
Wskaz
nik
Zakres elektryczna całkowita
skojarzenia
Typ urządzenia Paliwo Nośnik ciepła
mocy, kW �el,CHP EUF
�
� �
�
�
�
�
�
% %
Para lub gorąca
Turbina parowa dowolne > 250 7  20 75  84 0.1  0.33
woda
olej, gaz
0.4 - 0.8
Turbina gazowa, ziemny i para lub gorąca
> 350 15  40 65  85 (ok. 0.2 z
układ prosty inne woda
dopalaniem)
gazowe
Turbina gazowa w jak dla para o średnich
układzie turbiny > 7300 35  55 73  85 do 1.45 parametrach,
kombinowanym gazowej gorąca woda
gaz gorąca woda,
Silnik tłokowy ziemny i rzadziej para o
5 - 6500 25  40 70  90 0.5 - 1.0
gazowy inne niskich
gazowe parametrach
gaz gorąca woda (do
Mikroturbina 25 - 450 25  30 75  85 0.5  0.65
ziemny 90�C)
Kogeneracja  wymagania
Kogeneracja  wymagania
Dane na dzień: 31.05.2010 r.
" Mała szkodliwość dla środowiska (niskie emisje gazów, pyłów,
ścieków, hałasu, niskie zu\
ycie wody  niskie koszty korzystania ze
środowiska),
" zmniejszając zu\
ycie nieodnawialnych z
ródeł energii - paliw
kopalnych,
" wykorzystanie energii ze z
ródeł odnawialnych (system
 zielonych certyfikatów),
" stosowanie technologii kogeneracyjnych (system  czerwonych i
 \
ółtych świadectw pochodzenia),
" wysoka sprawność przetwarzania energii (maksymalne
wykorzystanie energii chemicznej paliw) -kogeneracja wysokosprawna,
" Bezpieczeństwo energetyczne  energetyka rozproszona,
dywersyfikacja paliw,
" Opłacalność ekonomiczna inwestycji (analizy opłacalności).
Kogeneracja  aspekty prawne i środowiskowe
Kogeneracja  aspekty prawne i środowiskowe
Dane na dzień: 31.05.2010 r.
1. Ustawa z dnia 10 kwietnia 1997 Prawo energetyczne, z
póz
niejszymi zmianami według stanu na dzień 1 stycznia 2008
2. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 26 września 2007 w
sprawie sposobu obliczania danych podanych we wniosku o
wydanie świadectwa pochodzenia z kogeneracji oraz
szczegółowego zakresu obowiązku uzyskania i przedstawienia do
umorzenia tych świadectw, uzyskania opłaty zastępczej i
obowiązku potwierdzania danych dotyczących ilości energii
elektrycznej wytworzonej w wysokosprawnej kogeneracji. (Dz.U.
nr 185 z 2007 poz. 1314).
Kogeneracja  system świadectw energetycznych
Kogeneracja  system świadectw energetycznych
Dane na dzień: 31.05.2010 r.
UWAGA Prawo wprowadza obowiązek uzyskania i przedstawienia do umorzenia
świadectw pochodzenia z kogeneracji lub uiszczenia opłaty zastępczej. Obowiązek
ten uznaje się za spełniony, je\
eli za dany rok kalendarzowy udział ilościowy sumy
energii elektrycznej wynikającej z uzyskanych i umorzonych świadectw
pochodzenia z kogeneracji w wykonanej rocznej sprzeda\
y energii elektrycznej
przez dane przedsiębiorstwo energetyczne odbiorcom końcowym, wynosi nie mniej
ni\
:
a) Dla jednostek wysokosprawnej kogeneracji gazowej (art. 9l ust. 1 pkt 1 ustawy
Prawo energetyczne)   \
ółte świadectwa 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 świadectwa pochodzenia:
- 20,6% w 2009 r.,
- 21,3% w 2010 r.,
- 22,2% w 2011 r.,
- 23,2% w 2012 r.
Kogeneracja  system świadectw energetycznych
Kogeneracja  system świadectw energetycznych
Dane na dzień: 31.05.2010 r.
Producenci energii elektrycznej w kogeneracji mogą sprzedawać przysługujące
im jednostki świadectw pochodzenia na Towarowej Giełdzie Energii. Ceny rynkowe
tych świadectw w kwietniu 2009 kształtowały się na następującym poziomie:
- świadectwa  \
ółte : około 122 zł/MWhel,
- świadectwa  czerwone : około 17 zł/MWhel.
Kogeneracja  Case Study  zało\
enia energetyczne
Kogeneracja  Case Study  zało\
enia energetyczne
Dane na dzień: 31.05.2010 r.
Podstawowe zało\
enia energetyczne Jednostki Wartość Uwagi
Roczny czas pracy h 8208 342 dni/r
Roczne zapotrzebowanie ciepła w parze MWh 80000
Roczne zapotrzebowanie ciepła w spalinach MWh 48000
Roczne zapotrzebowanie en. elektrycznej MWh 64000
Średnie zapotrzebowanie na moc w parze MW 9,75
Średnie zapotrzebowanie na moc w spalinach MW 5,85
Średnie zapotrzebowanie na moc elektryczną MW 7,80
Wartość opałowa gazu ziemnego MJ/m3 35
Temp. pary technologicznej �C 230
Ciśnienie pary technologicznej bar 20
Kogeneracja  Case Study - schemat
Kogeneracja  Case Study - schemat
Dane na dzień: 31.05.2010 r.
Kogeneracja  Case Study  dane urządzeń
Kogeneracja  Case Study  dane urządzeń
Dane na dzień: 31.05.2010 r.
Kocioł odzysknicowy HRSG
Strumień pary (średnioroczny) kg/s 3,42
Strumień pary (średnioroczny) t/h 12,32
Moc cieplna w parze średnia MW 19,75
Temp. spalin wylotowych z HRSG �C 316
Moc cieplna w spalinach wylotowych z HRSG MW 13,9
Zu\
ycie/produkcja nośników energii MWh/rok 91683
Produkcja en. elektrycznej
Wskaz
nik potrzeb własnych bloku CHP % 7
En. elektryczna na sprzeda\
MWh/rok 85266
Produkcja ciepła w parze MWh/rok 80000 345600
Produkcja ciepła w spalinach MWh/rok 48000 172800
Zu\
ycie gazu m3/rok 29970926
Zu\
ycie gazu m3/h 3651
Maksymalne zu\
ycie gazu m3/h 4217
Sprawność całkowita EC (średnioroczna) % 75,4%
Kogeneracja  Case Study  szacunki sprzeda\
y
Kogeneracja  Case Study  szacunki sprzeda\
y
Dane na dzień: 31.05.2010 r.
Sprzeda\

Sprzeda\
ciepła do ZPK (para+spaliny) MWh/rok 128000
Sprzeda\
energii elektrycznej do ZPK MWh/rok 64000
Sprzeda\
energii elektrycznej do sieci MWh/rok 21266
Ilość uzyskanych świadectw pochodzenia ("\
ółtych") MWh/rok 91683
Ilość świadectw pochodzenia do umorzenia (2012) MWh/rok 2520
Ilość świadectw netto (do sprzeda\
y na TGE) 2012 MWh/rok 89163
Ilość "zielonych" świadectw pochodzenia koniecznych do MWh/rok 7488
kupienia na TGE
Kogeneracja  Case Study  omówienie podstawowych
Kogeneracja  Case Study  omówienie podstawowych
Dane na dzień: 31.05.2010 r.
zagadnień analizy ekonomicznej  metoda NPV
zagadnień analizy ekonomicznej  metoda NPV
Kogeneracja  Case Study  wyniki analizy NPV
Kogeneracja  Case Study  wyniki analizy NPV
Dane na dzień: 31.05.2010 r.
NPV [zł]
Cena sprzeda\
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\
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!