LNG - to bezbarwny płyn składający się głównie z metanu (co najmniej 75 %), domieszek innych węglowodorów i azotu (maks. 5 %). Gęstość LNG wynosi: 430 - 470 kg/m3. Temperatura parowania: - 166 oC. Handel LNG odbywa się w ramach tzw. „projektów LNG” zwanych też „łańcuchami LNG”. Pojęcie „łańcuch LNG” to zespół działań jaki musi być podjęty w celu dostarczenia gazu od producenta (dostawcy) do odbiorcy z uwzględnieniem transportu LNG drogą morską. Generalnie łańcuch LNG powstaje, gdy transport gazu drogą lądową jest niemożliwy lub nieopłacalny. Transport LNG staje się opłacalny, gdy przekroczona zostaje graniczna długość hipotetycznego gazociągu relacji dostawca - odbiorca, określana w przybliżeniu na : - 3 tysiące kilometrów przy gazociągu podmorskim -5 tysięcy kilometrów przy gazociągu naziemnym (lądowym). Łańcuch dostaw LNG drogą morską: źródło gazu, instalacja skraplania, terminal nadawczy (zbiornik magazynowy LNG), transport morski metanowcem LNG, terminal odbiorczy, regazyfikacja, system przesyłowy. Rynek LNG: LNG wykorzystywany jest głównie w celach: pokrycia szczytowych zapotrzebowań na gaz, w sieciach rozdzielczych małych osiedli, zaopatrywanie w gaz odbiorców nieprzyłączonych do sieci przesyłowej, w przemyśle rafineryjno - petrochemicznym, jako paliwo silnikowe w samochodach, do zasilania ogniw paliwowych wytwarzających energie elektryczną lub ciepło. Transport gazu w postaci sprężonej CNG: (CNG - Compressed Natural Gas). CNG to gaz ziemny sprężony do ciśnienia 20- 25Mpa, Ważną cechą CNG jest fakt, iż gaz podczas całego procesu sprężania, transportu i rozprężania pozostaje w postaci gazowej. Łańcuch morskiego transportu sprężonego gazu ziemnego: źródło gazu, proces sprężania, załadunek na statek, transport morski statkami CNG, rozprężanie, rozładunek statku CNG do podziemnych magazynów gazu lub bezpośrednio do sieci przesyłowej. Pierwszy statek CNG. Lata 60. XX wieku: Gaz magazynowany był w butlach połączonych w baterie, pod ciśnieniem 80 bar i w temperaturze -60°C, w części magazynowej statku. Projekt nie znalazł szerszego zastosowania i nie został skomercjalizowany. Ciężar oraz koszty stalowych kontenerów spełniających ówczesne wymagania. Obecnie rozwiązania technologiczne statków CNG: gaz magazynowany jest w pionowych stalowych cylindrach i transportowany w temperaturze otoczenia pod ciśnieniem 250 barów, gaz magazynowany jest w ciśnieniowym zbiorniku kompozytowym, gaz magazynowany w stalowych poziomych rurach, w których gaz transportowany jest w temperaturze otoczenia pod ciśnieniem 200-250 barów, transport gazu w modułach (GTM - Gas Transport Modules) oraz wzmocniony kompozytowy statek ciśnieniowy (Composite Reinforced Pressure Vessel), gazowiec wykorzystujący stalowe pionowe rury, w których gaz transportowany jest w temperaturze -20°C pod ci śnieniem 130 barów gazowce CNG wykorzystujące stalowe zwoje, w których gaz transportowany jest w temperaturze otoczenia pod ciśnieniem 275 barów. Technologia Cosselle: W rozwiązaniu tym wykorzystane są rury wykonane ze stali wysoko wytrzymałościowej o średnicy DN 150 i grubości ścianki około 6 - 7mm, o łącznej długości 17 km. Każdy taki moduł ma wysokość 15 -20 m, średnicę od 2,5 do 4,5 m i waży do 500 ton. Rozwiązanie takie jest bardzo elastyczne, ponieważ umożliwia transport zarówno małych jak i dużych ilości gazu. Statek CNG firmy Cosselle o wymiarach 260 m długości, 41 m szerokości może pomieścić do 200 takich modułów. Załadunek/Rozładunek CNG: off -shore - załadunek poza lądem, przy wykorzystaniu gazociągu podmorskiego, bezpośrednio z morza. Funkcje magazynów gazu: Strategiczna rezerwa na wypadek przerwania dostaw (dotyczy zwłaszcza krajów silnie uzależnionych od importu). Sezonowe równoważenie obciążenia w celu zaspokojenia szczytowego popytu (gaz jest zatłaczany do magazynów od kwietnia do października, a zwykle odbierany od listopada do marca). Umożliwienie prowadzenia racjonalnego i ekonomicznego wydobycia gazu ziemnego. Umożliwienie bilansowania dobowego. Arbitraż cen gazu, czyli handlowa optymalizacja wahań cen gazu. Ogólna optymalizacja funkcjonowania całego systemu, w tym ułatwienia dla transakcji wymiennych gazu typu „swap”. Podtrzymanie przesyłu poprzez niwelowanie lokalnych ograniczeń przepustowości systemu lub krytycznych dopuszczalnych wielkości ciśnień. Spośród państw UE tylko w przypadku trzech (Holandia, Dania i Wielka Brytania) udział własnego wydobycia gazu ziemnego zaspokaja więcej niż 50% zapotrzebowania na ten surowiec. Pozostałe są bardzo silnie uzależnione od dostaw zewnętrznych. Rodzaje magazynów gazu 1. W częściowo wyeksploatowanych złożach ropy naftowej i gazu ziemnego - Pierwszy magazyn tego typu został zbudowany w 1916 roku w stanie Nowy Jork w USA. 2. W strukturach zawodnionych - Magazyny w warstwach wodonośnych zostały zastosowane po raz pierwszy w 1946 r. w Stanie Kentucky (USA). Większość z magazynów tego typu eksploatowanych jest w Stanach Zjednoczonych, Francji oraz na terenach byłego Związku Radzieckiego. 3. W kawernach solnych - Magazyn tego typu zastosowano po raz pierwszy w 1961 roku w USA w Stanie Michigan. Zalety magazynów w wyeksploatowanych złożach: Zazwyczaj mają połączenia z głównymi gazociągami. Na złożu istnieją już odwierty, które można wykorzystać oraz infrastruktura naziemna, co znacznie obniża koszty budowy magazynu. Geologia złoża jest dobrze znana. Złoże to pułapka geologiczna, co minimalizuje ryzyko niekontrolowanego wydostawania się gazu z magazynu. Niewydobyty gaz rodzimy może zostać wykorzystany do utworzenia poduszki gazowej, co zmniejsza nakłady inwestycyjne. Wady magazynów w wyeksploatowanych złożach: Zazwyczaj tego typu magazyny są zdolne do wykonywania tylko jednego cyku napełniania i odbioru w ciągu roku. Otwory i infrastruktura naziemna takich złóż jest zazwyczaj stosunkowo stara i wymaga kosztownych rekonstrukcji i remontów. Magazyny w strukturach zawodnionych. Istnieje wiele podziemnych magazynów gazu zlokalizowanych w strukturach zawodnionych. Mogą one być wykorzystane na podziemne magazyny, gdy warstwa wodonośna przykryta jest nieprzepuszczalną warstwą skał i tworzy pułapkę geologiczną. Geologia struktur zawodnionych zbliżona jest do geologii częściowo wyeksploatowanych złóż węglowodorów, ale budowa w nich podziemnych magazynów gazu wymaga z reguły utworzenia większej poduszki gazowej oraz dokładniejszego monitorowania procesów zatłaczania i odbioru gazu z magazynu. Nie istnieje również infrastruktura techniczna, taka jak odwierty, rurociągi, instalacje osuszające, sprężarki itp. Magazyny w strukturach zawodnionych: W porównaniu z magazynami w wyeksploatowanych złożach, magazyny w warstwach wodonośnych mogą wymagać sprężarek o większej mocy i bardziej wydajnych urządzeń osuszających. Z drugiej strony, dzięki obecności wody, w takim magazynie panuje wyższe ciśnienie co skutkuje możliwością uzyskiwania wyższych mocy odbioru gazu z magazynu. Ma to szczególną wagę w przypadku potrzeby nagłego dostarczania dużych ilości gazu do systemu gazowniczego. Zalety magazynów w warstwach wodonośnych: Zazwyczaj znajdują się blisko końcowych odbiorców. Stosunkowo wysoka moc odbioru. Większa niż w przypadku magazynów w wyeksploatowanych złożach zdolność do wykonywania wielu cykli w sezonie. Wady magazynów w warstwach wodonośnych: Wysoki stopień ryzyka geologicznego. Tego typu struktura nie więziła w przeszłości węglowodorów, w związku z tym istnieje niepewność odnośnie szczelności takiego magazynu. Większe koszty operacyjne, związane z wydobyciem wody. Konieczność utworzenia dużej poduszki gazowej. Kawerny solne. Magazyny zlokalizowane w kawernach solnych charakteryzują się bardzo wysokimi wartościami mocy zatłaczania i odbioru gazu w stosunku do pojemności czynnych. Zajmują mniejszą powierzchnię niż pozostałe rodzaje magazynów. Wynika z tego łatwiejsze monitorowanie i obsługa magazynu. Również czas budowy jest krótszy. Budowa kawern solnych jest jednak bardziej kosztowna niż w przypadku wyeksploatowanych złóż węglowodorów czy warstw wodonośnych. Z drugiej strony magazyny tego typu mogą wykonywać wiele cykli zatłaczania i odbioru w ciągu roku, co pozwala na znaczne zmniejszenie kosztów w przeliczeniu na jednostkę zmagazynowanego gazu. Pomimo tego, iż magazyny tego typu są najdroższe w budowie i utrzymaniu, to stanowią bardzo dobre zabezpieczenie w przypadku gwałtownego wzrostu zapotrzebowania na gaz ziemny. Są również bardziej przydatne w regulowaniu krótkotrwałych wahań popytu. Zalety magazynów w kawernach solnych: Niewielki stosunek gazu buforowego do całkowitej pojemności magazynu. Bardzo duża moc zatłaczania i odbioru (o wiele większa niż w przypadku magazynów w wyeksploatowanych złożach i warstwach wodonośnych). Zdolność do wykonywania wielu cykli napełniania i odbioru w ciągu roku, co pozwala na równoważenie mniejszych wahań popytu i podaży gazu zimnego (np. dobowych). Niskie ryzyko nieszczelności magazynu. Wady magazynów w kawernach solnych to: Wysokie nakłady inwestycyjne konieczne przy budowie tego typu magazynów. Wysokie koszty operacyjne. Ograniczone możliwości zagospodarownia lub zrzutu solanki powstającej w czasie ługowania kawern. Utrata pojemności czynnej w wyniku konwergencji. Stacja gazowa jest to zespół urządzeń technologicznych wraz z ewentualnymi budynkami i instalacjami pomocniczymi, służących do rozdziału, redukcji ciśnienia oraz pomiaru ilości przepływającego gazu. Stacja gazowa może spełniać jedno, dwa lub wszystkie z ww. zadań jednocześnie. Funkcje: rozdział gazu na poszczególne kierunki zasilania z jednego lub kilku gazociągów wlotowych. zapewnienie ciągłości i niezawodności pracy poprzez wprowadzenie ciągów rezerwowych (co najmniej jeden na każdy kierunek zasilania). kontrola pracy stacji przy pomocy aparatury kontrolno-pomiarowej. pomiar i rozliczenie ilości przepływającego gazu za pomocą urządzeń pomiarowych. filtracja gazu na filtrach, w celu zapobieżenia uszkodzeniom oraz nadmiernemu i przedwczesnemu zużyciu urządzeń stacji. zapewnienie możliwości napraw i demontażu poszczególnych urządzeń stacji przez ich odcięcie armaturą zaporową, ewentualne nawanianie gazu na poszczególne kierunki zasilania poprzez zastosowanie odpowiednich urządzeń nawaniających. umożliwienie oczyszczania lub inspekcji gazociągów przy pomocy tłoków poprzez zainstalowanie odpowiednich śluz do zapuszczania i odbioru tłoka. Zadania stacji: podgrzewanie gazu przed redukcją jego ciśnienia za pomocą podgrzewaczy. redukcja ciśnienia gazu za pomocą reduktorów. filtracja gazu w filtrach. zabezpieczenie przed nadmiernym spadkiem lub wzrostem ciśnienia gazu poprzez zastosowanie zaworów szybkozamykających oraz zaworów wydmuchowych. zapewnienie możliwości napraw i demontażu armatury przez ich odcięcie armaturą zaporową. zapewnienie ciągłości pracy stacji poprzez ewentualne wprowadzenie ciągu rezerwowego. kontrola pracy stacji za pomocą aparatury kontrolno-pomiarowej. pomiar strumienia i ilości przepływającego gazu za pomocą gazomierzy. Podstawowe układy technologiczne stacji: Układy filtracyjne . składajace sie najczesciej z zespołu filtrów lub filtroseparatorów. Układy pomiarowe . w zależności od konfiguracji stacji montowane są na gazociagach dolotowych do stacji i wylotowych ze stacji. Układy regulujące . mają za zadanie ustalenie odpowiedniego przepływu gazu na poszczególne kierunki oraz ograniczyć ciśnienie wylotowe do dopuszczalnego maksymalnego ciśnienia roboczego danego gazociągu wylotowego. Układy zabezpieczające . których zadaniem jest zabezpieczenie prawidłowego pracy stacji, tzn.: zabezpieczenie przed wzrostem ciśnienia powyżej dopuszczalnego, zabezpieczenie przed przeciążeniem gazomierzy i filtrów gazu, zabezpieczenie przed skokowym wzrostem przepływu przy przełączaniu kierunków zasilania o różnym ciśnieniu dolotowym. Wyposażenie stacji: przewody gazowe i armatura zaporowa, odwadniacze, urządzenia do nawaniania gazu, podgrzewacze gazu, filtry od oczyszczania gazu z zanieczyszczeń mechanicznych, urządzenia zabezpieczające, aparatura kontrolno-pomiarowa do pomiaru objętości, ciśnienia i temperatury przepływającego gazu, urządzenia telemechaniki, inne urządzenia i instalacje pomocnicze w zależnosci od specyfiki stacji. Urządzenia zabezpieczjące przed nadmiernym wzrostem ciśnienia: W przypadku gdy MOPwej przekracza MIPwyj, powinny być stosowane urządzenia zabezpieczjące, niedopuszczające do nadmiernego wzrostu ciśnienia wyjściowego stacji. MOP - maksymalne ciśnienie, przy którym sieć gazowa może pracować w sposób ciągły w normalnych warunkach roboczych (przy braku zakłóceń przepływu i braku zakłóceń w pracy urządzeń) . MIP - maksymalne ciśnienie, na jakie sieć gazowa może być narażona w ciągu krótkiego okresu czasu, ograniczone przez urządzenia zabezpieczające. Urządzenia zabezpieczjące przed nadmiernym wzrostem ciśnienia: . Zawory szybkozamykające. Reduktory monitorujące. Wydmuchowe zawory upustowe. Podstawowy układ zabezpieczeń 1989-1995 Trzystopniowy system składający się z zaworu szybkozamykającego i dwóch wydmuchowych zaworów bezpieczeństwa: 1. Wydmuchowy zawór bezpieczeństwa I stopnia. 2. Zawór szybkozamykający. 3. Wydmuchowy zawór bezpieczeństwa II stopnia. Przepustowość wydmuchowych zaworów bezpieczeństwa pierwszego stopnia, zainstalowanych w trzystopniowym systemie zabezpieczeń, i wydmuchowych zaworów bezpieczeństwa, umieszczonych w jednostopniowym systemie zabezpieczeń powinna wynosić 5-25% maksymalnej przepustowości reduktora. Przepustowość wydmuchowych zaworów bezpieczeństwa drugiego stopnia, zainstalowanych w trzystopniowym systemie zabezpieczeń, i wydmuchowych zaworów bezpieczeństwa, umieszczonych w jednostopniowym systemie zabezpieczeń powinna wynosić 100% maksymalnej przepustowości reduktora. Wydmuchowe zawory upustowe. Stosowanie wydmuchowych zaworów upustowych w układach regulacji ciśnienia dopuszcza się w przypadku gdy: stacja zasila instalację odbiorczą o przerywanym poborze gazu (częste zerowe pobory gazu). układ zabezpieczjący wyposażony jest w dwa zawory szybkozamykające,. orurowanie jest odcinane na wejściu i wyjściu, gdzie na skutek wzrostu temperatury mogło by wzrosnąć ciśnienie gazu ponad dopuszczalny poziom. Przepustowość zaworu nie powinna przekraczać 2% przepustowości ciągu redukcyjnego. Podstawowe uklady skojarzone: wykorzystujace paliwa gazowe, uklady CHP z gazowymi silnikami spalinowymi, uklady CHP z turbinami i mikroturbinami gazowymi, elektrocieplownie gazowo-parowe, elektrocieplownie gazowo-parowe dwupaliwowe (np. weglowo-gazowe), uklady CHP z ogniwami paliwowymi oraz ukladyhybrydowe z ogniwami paliwowymi i turbinami gazowymi lub mikroturbinami gazowymi. Glówne przyczyny deficytu mocy elektrowni, Ograniczenia technologiczne przy produkcji w elektrocieplowniach (w okresie letnim), Ograniczenia spowodowane temperatura wody chlodzacej w niektórych elektrowniach (w okresie letnim), Ograniczenia z powodu braku przepustowosci sieci przesylowej przy wysokich temperaturach (w okresie letnim), Niski wskaznik wykorzystania silowni wiatrowych w warunkach polskich (niedostepnosc 75%).Elementy typowego ukladu kogeneracyjnego CHP: silnik tlokowy lub turbina gazowa, generator, system wymienników ciepla lub kociol odzyskowy, system automatycznego sterowania (nawet zdalnego), system filtrów powietrza i uklad odprowadzenia spalin (z tlumikiem halasu), chlodziarka absorpcyjna (w ukladach klimatyzacyjnych lub chlodniczych). Zalety gazowych ukladów kogeneracyjnych malej mocy: optymalne dopasowanie ukladu do potrzeb indywidualnego odbiorcy, wysokie sprawnosci energetyczne urzadzen i bardzo
male wskazniki emisji, postep techniczny w budowie turbin gazowych oraz tlokowych silników spalinowych zasilanych gazem, wzrastajaca podaz urzadzen na rynku, mozliwosc spalania gazów niskometanowych, male rozmiary elektrocieplowni i praktycznie bezobslugowa eksploatacja, konkurencja na rynku paliw i energii oraz rozwój lokalnych rynków nosników energii, odpowiednia polityka energetyczna zachecajaca do inwestowania w uklady kogeneracyjne, korzystne wskazniki ekonomiczne dla inwestycji, a przede wszystkim krótkie okresy zwrotu nakladów (nawet ponizej 3 lat). Dobór ukladów CHP Tryby pracy ukladu kogeneracyjnego: praca zorientowana na pokrycie zapotrzebowania na cieplo, praca zorientowana na pokrycie zapotrzebowania na energie elektryczna, praca modulu bez skojarzenia, uklad nie pracuje, praca w trybie ekonomicznym. Wskaznik oplacalnosci ukladu kogeneracyjnego Wartosc biezaca netto jest funkcja: rodzaju, mocy i liczby urzadzen wchodzacych w sklad ukladu (silniki tlokowe, turbiny gazowe, kotly odzyskowe, sprezarkowe lub absorpcyjne urzadzenia chlodnicze, zasobniki ciepla itd.), charakterystyk technicznych urzadzen (ze wzgledu na obciazenie oraz parametry otoczenia), trybu pracy urzadzen, rodzaju dopasowania pracy ukladu kogeneracyjnego do ksztaltu taryf nosników energii (energia elektryczna, cieplo, gaz ziemny systemowy). Podstawowe uwarunkowania oplacalnosci ukladów kogeneracyjnych, cena paliwa gazowego (drozszy gaz ziemny sieciowy lub tansze nietypowe paliwa, jak biogazy, gaz z odmetanowania kopaln itp.), cena sprzedazy energii elektrycznej (wysoka w przypadku unikniecia zakupu lub nizsza w przypadku sprzedazy do sieci), stopien wykorzystania mocy cieplnej (w zaleznosci od dopasowania mocy ukladu do krzywych zapotrzebowania). Uklady kogeneracyjne i potencjalnie mozliwe do uzyskania wskazniki oplacalnosci Uklady kogeneracyjne o bardzo wysokich wskaznikach oplacalnosci: elektrocieplownie zasilane nietypowymi paliwami
Gazowymi, Uklady kogeneracyjne o wysokich lub srednich
wskaznikach oplacalnosci: elektrocieplownie przemyslowe zasilane gazem systemowym. zawodowe komunalne elektrocieplownie zasilane gazem ziemnym pozasystemowym, elektrocieplownie przemyslowe lub komunalne o bardzo duzym stopniu wykorzystania mocy cieplnej Uklady kogeneracyjne o niskich wskaznikach oplacalnosci: zawodowe komunalne elektrocieplownie zasilane gazem ziemnym systemowym. Historia turbin gazowych: 1939 - pierwsza stacjonarna technicznie dojrzala turbina gazowa Brown-Bovery Co., Baden, Szwajcaria, 1945 - uchomienie produkcji stacjonarnych turbin gazowych (MF Oerlikon, Szwajcaria). 1947/1948 - pierwsza duza silownia szczytowa (prod. Sulzer) w Beznau, Szwajcaria. Turbiny gazowe stosowane w ukladach CHP: podzial a) uklady proste: z turbinami stacjonarnymi (przemyslowymi), z turbinami lotniczopochodnymi (aeroderivative gas turbines), b) uklady zlozone: z turbinami z regeneracja ciepla, z mikroturbinami, z turbinami z wtryskiem pary (tzw. Uklad Chenga) i wody (HAT, Wet Compression). Co to jest turbina gazowa? Wysokobrotowy silnik cieplny (3 000 - 30 000 obr/min), W zastosowaniach przemyslowych jako naped mechaniczny (pompy, sprezarki) lub naped generatora pradu elektrycznego, W zastosowaniach mobilnych jako naped samolotów, statków, Zakres mocy pomiedzy 100kW a 350MW Sprawnosc w zakresie od 25% do 40% Wysoka moc jednostkowa (lekka maszyna) Duze spektrum paliw plynnych i gazowych mozliwych do zastosowania Wysoka niezawodnosc - mozliwa praca ciagla przez okres jednego roku z prawdopodobienstwem awarii < 1% Dodatkowko dla mocy powyzej 500 kW, Niskie koszty jesnostkowe instalacji w odniesieniu do 1kW mocy, Niskie koszty serwisowania. Straty cisnienia na dolocie (filtr, tlumik halasu, kanal dolotowy), Straty cisnienia w kanale spalinowym (tlumik halasu, przewód spalinowy, komin), Straty cisnienia w komorze spalania, Emisje gazu i powietrza z nieszczelnosci, Straty ciepla z w obudowach i kanalach spalonowych, Nieizentropowe sprezanie w sprezarce
osiowej, Nieizentropowe rozprezanie w stopniach turbiny, Wewnetrzne chlodzenie powietrzem strumieniem obchodzacym stopnie turbiny, Straty mechaniczne (lozyska, pompy wentylacja, itp.), Straty przy konwersji mocy mechanicznej na wale turbiny na moc elektryczna na zaciskach generatora (przekladnia, sprawnosc generatora. Róznice pomiedzy turbinami przemyslowymi i lotniczopochodnymi Przemyslowe: Podstawowe kryteria projektowe podobne do turbin paroaych: ciezka i trwala konstrukcja, komponenty o dlugiej zywotnosci, dlugie okresy miedzyprzegladowe (> 1 roku), niskie koszty serwisowania, Zaprojektowane do pracy w ukladach kombonowanych, wiec wysoka T4 i niski stosunek sprezania P2/P1. Moga byc jednowalowe do napedu generatorów pradu elektrycznego (stala predkosc) lub dwuwalowe do napedu sprezarek lub pomp (zmienna predkosc) Lotniczopochodne: Pochodza od silników lotniczych, dlatego: posiadaja lekka konstrukcje, z wysokim stosunkiem mocy do wagi, wykorzystuja najbardziej zaawansowane materialy, czesciej poddawane sa przegladom, poniewaz ich elementy pracuja przy parametrach bliskich wartosciom granicznym wynikajacym z wytrzymalosci materialów (wyzsze koszty napraw). Zaprojektowane aby maksymalizowac spranosc, pracuja tylko w ukladach prostych, poniewaz charakteryzuja sie wysokim stosunkiem sprezania P2/P1 i niska temperatura spalin (za turbina) T4 (przeciwnie do wymagan ukladów kogeneracyjnych). Sa zawsze konstrukcji dwuwalowej z „generatorem gazu” i “turbina mocy” ze zmienna predkoscia obrotowa. Wspólpracuja zwykle jako naped urzadzen mechanicznych. Obieg kombinowany: Kombinacja turbiny parowej i gazowej: Konfiguracja umozliwiajaca odzyskanie ciepla spalin (wykorzystanie entalpii spalin) o wysokiej temperaturze (> 500°C) i wysokim strumieniu energii (> 10kg/kW), spaliny z turbiny sa przeslane do kotla odzyskowego, który produkuje pare ( 1kg/s. z kazdych 8÷10 kg/sec spalin). Turbina parowa ma moc okolo 50% mocy turbiny gazowej. Produkcja pary nie powoduje wzrostu zuzycia gazu, poniewaz spalanie odbywa sie tylko w turbinie gazowej. W rezultacie sprawnosc obiegu kombinowanego jest okolo 1,5 wieksza od sprawnosci turbiny gazowej w ukladzie prostym i okolo 1,2 wieksza od sprawnosci odpowiadajacej jej silowni parowej. Problematyka CNG do silników spalinowych 1. Historia sprężonego gazu ziemnego (CNG) jako paliwa 2. CNG jako ekologiczne paliwo zastępcze dla pojazdów 3. CNG na świecie 4. CNG w Polsce 5. Pojazdy napędzane CNG: autobusy, samochody ciężarowe, samochody osobowe 6. Techniczne aspekty napędu na CNG: silniki, instalacje, zbiorniki, kwestie bezpieczeństwa 7. Stacje tankowania CNG 8. Ekonomiczne aspekty wykorzystania CNG do napędu pojazdów. CNG jako ekologiczne paliwo dla pojazdów Zastosowanie gazu ziemnego jako paliwa dla pojazdów umożliwia redukcję gazów cieplarnianych o 20-25% lub więcej w porównaniu do najlepszych aktualnie dostępnych paliw benzynowych. Redukcja zanieczyszczeń w spalinach: zawartość tzw. cząstek stałych (sadzy) o 99% (ON);. tlenki azotu (NOx) o 50.80% (benzyna) 80.90% (ON);. tlenek węgla (CO) o 60.80% (benzyna) 70.90% (ON);. Dwutlenek węgla (CO2) o 20% (benzyna). Węglowodory niemetanowe (NMHC) o 90%(benzyna), 60% (ON). Przy gazie ziemnym, z powodu mniejszej zawartości atomów węgla w stosunku do atomów wodoru, emisje CO2 są około 20-25% mniejsze niż przy benzynie. Mimo 21 krotnie większego potencjału efektu cieplarnianego (GWP*) metanu od potencjału CO2, udział NGV w przyczynianiu się do tzw. efektu cieplarnianego jest niższy niż pojazdów napędzanych benzyną, ponieważ wielkość emisji metanu z NGV jest rzędu 1/500 wielkości emisji CO2. Wskaźnik GWP (Global Warming Potential) jest miarą w jakim stopniu określona masa gazu cieplarnianego hamuje promieniowanie ciepła w zakresie podczerwieni (w praktyce określa w jakim stopniu gaz przyczynia się do tzw. efektu cieplarnianego). Porównanie benzyny z gazem ziemnym jako paliwem dla pojazdów metodą Well-to-Wheel (z uwzględnieniem emisji pośrednich) pokazuje przewagę tego ostatniego. Łączne emisje są na poziomie nowoczesnych technologii silników wysokoprężnych - Common rail III generacji (np. silnik Toyoty D-4D Clean Power, poj 2 l moc 180KM, który będzie produkowany w Wałbrzychu). Szacuje się, że w przyszłości (do 2010 i później) technologia NGV zwiększy swoją przewagę w stosunku do technologii silnika wysokoprężnego pod względem
emisyjności gazów cieplarnianych o 16%.Gaz ziemny wysokometanowy w pojazdach NGV: powinien być głęboko osuszony w celu zapobiegania tworzeniu się hydratów i nie powinien zawierać cząstek stałych pozwala na równomierne i bez stukowe spalanie, ponieważ jego liczba oktanowa jest bardzo wysoka i wynosi 130. jako paliwo spełnia wymagania norm Euro 2 do 5 w zakresie poziomów zanieczyszczeń dopuszczalnych w Europie. Pojazdy zasilane CNG wydzielają: o 80% mniej węglowodorów, które decydują o powstawaniu smogu, o 70% mniej tlenków węgla i azotu oraz praktycznie 0% siarki i sadzy. Gaz ziemny (metan) zawiera mniej związków węgla niż jakiekolwiek paliwa kopalne, stąd emisja CO, jak i CO2 jest mniejsza dla technologii CNG niż np. dla benzyny. CNG na świecie Funkcjonuje ponad 4500 stacji zasilania. CNG w Polsce: Aktualnie w Polsce jest eksploatowanych około 1000 pojazdów. Są w tej liczbie autobusy, samochody osobowe, lekkie samochody dostawcze, pojazdy techniczne oraz wózki widłowe. Na terenie kraju działa 10 ogólnodostępnych i 22 wewnętrzne stacje tankowania CNG.Pojazdy napędzane CNG Rozwiązania techniczne dla CNG: 1. Bi-Fuel (Bipower) . silnik pojazdu dostosowany do paliwa w postaci CNG oraz benzyny 2. Dual-Fuel . mieszanka oleju napędowego i gazu ziemnego podawana do silnika wysokoprężnego 3. LNG. Pojazdy napędzane CNG. Samochody zasilane sprężonym gazem ziemnym są obecnie produkowane na świecie przez wiele koncernów samochodowych, takich jak Fiat, Ford, Honda, Mercedes, GM, Volkswagen, Volvo. Prawie wszyscy producenci autobusów mają w swojej ofercie jednostki zasilane tym paliwem. Wieloletnie doświadczenia sprawiły, że układy zasilania alternatywnego są tak samo niezawodne jak układy zasilane tradycyjnymi paliwami płynnymi. Techniczne aspekty napędu na CNG - instalacje: Instalacja gazowa na CNG do samochodu różni się od tej na LPG. Zasadnicza różnica instalacji CNG polega na tym, że wszystkie elementy przez które przepływa gaz przewidziane są na wysokie ciśnienie (200 bar, por. LPG odpowiednio 3-15 bar), przewody muszą być polimerowe albo stalowe. Wtryskiwacze gazu pracują przy wyższym ciśnieniu, a użyte reduktory (w układach wtrysku gazu) są w większości dwustopniowe. Techniczne aspekty napędu na CNG - instalacje Cztery generacje instalacji CNG (tożsame z instalacjami LPG). I generacja: instalacja mieszalnikowa ze stałą dawką paliwa gazowego. II generacja: instalacja mieszalnikowa z dawką kontrolowaną przez komputer z instalacji CNG/LPG (Euro 1 / 2). III generacja: wielopunktowy wtrysk paliwa gazowego (Euro 2 / 3). IV generacja: sekwencyjny, wielopunktowy wtrysk paliwa gazowego (Euro 3 / 4). V generacja (dot. LPG) bezpośredni wtrysk paliwa gazowego w fazie ciekłej. Techniczne aspekty napędu na CNG - zbiorniki. W obecnie produkowanych samochodach osobowych i dostawczych, zbiorniki CNG są fabrycznie umieszczone pod podłogą. Umieszczenie pod podłogą zbiorników nie zmniejsza przestrzeni bagażowej.. Wybór podłogi jako miejsce montażu zbiornika zwiększa również bezpieczeństwo pasażerów.. Przy ewentualnym rozszczelnieniu zbiornika gazu umieszczonego w bagażniku istnieje prawdopodobieństwo jego migracji do przedziału pasażerskiego. . Umieszczenie butli pod podłogą wykonaną z jednego arkusza blachy prawie całkowicie uniemożliwia przeniknięcie gazu jw. . Umieszczenie butli pod podłogą ułatwia ich demontaż w celu przeprowadzenia okresowego przeglądu zbiornika, gdyż demontaż butli umocowanej pod podłogą możliwy jest tylko od dołu pojazdu dzięki użyciu podnośnika, bądź najazdu i może być dokonany mimo umieszczonego w samochodzie ładunku, bez konieczności demontażu specjalistycznej zabudowy. Kompozytowy zbiornik gazu ziemnego w autobusach umieszczany jest najczęściej na dachu. Kompozyty . nowoczesne materiały charakteryzujące się jednocześnie sprężystością, wytrzymałością i lekkością. Wykorzystują szczególne właściwości mechaniczne cienkich włókien, które jednak są wiotkie, dlatego usztywnia się je zazwyczaj za pomocą polimerowej osłony. Na początku używano włókien szklanych, potem kewlarowych (aramid), węglowych, boronowych . W pełni nienaruszone zbiorniki CNG po pożarze w zajezdni autobusów w Utrecht, Holandia, 6 lipca 1990 r.. W zajezdni znajdowały się autobusy CNG oraz z silnikami Diesla. . Holenderskie służby pożarnicze stwierdziły, że autobusy zasilane gazem ziemnym są wyraźnie bezpieczniejsze od swoich odpowiedników z silnikiem Diesla. Napęd CNG jest bezpieczniejszy od paliw płynnych z dwóch podstawowych powodów: . Szczelność instalacji paliwowej NGV pracującej przy nadciśnieniu . Właściwości fizyczne gazu ziemnego jako paliwa. . Brak znaczącej ilości aldehydów oraz innych toksyn w produktach spalania gazu ziemnego w porównaniu do paliw płynnych, również niektórych innych paliw alternatywnych . Większa wytrzymałość na uszkodzenia mechaniczne zbiorników na sprężony gaz ziemny niż zbiorników na paliwo płynne. Testy odporności na ciepło, ciśnienie, przestrzelenie, pożar. Upadki samochodów ze zbiornikami CNG z wysokości 10, 17, 23 i 30 metrów nie spowodowały rozszczelnienia zbiorników. Testy zbiorników: Test cyklicznego obciążania zbiornika - zachowanie się zbiornika w codziennej eksploatacji.Polega na napełnianiu zbiornika w temperaturze otoczenia i obejmuje ilość cykli napełniania równą ilości lat użytkowania pomnożonej przez 1000. Podczas prób nie może nastąpić zniszczenie lub rozszczelnienie zbiornika. Test odporności na działanie kwasu - wytrzymałość zbiornika na niekorzystne warunki eksploatacji. Zbiornik pod ciśnieniem 260 atmosfer poddawany jest działaniu kwasu siarkowego (podobnym do kwasu akumulatorowego o stężeniu 30 %) przez czas 100 godzin, a następnie na zbiorniku przeprowadza się próbę ciśnieniową. Test ciśnieniowy - odporność zbiornika na wysokie ciśnienie. Polega na napełnianiu zbiornika do ciśnienia przekraczającego trzykrotnie ciśnienie robocze zbiornika. Zbiornik CNG musi więc wytrzymać ciśnienie rzędu 600 atmosfer (60 MPa)! Test ogniowy - warunki przypominające np. pożar pojazdu. Zbiornik napełnionysprężonym gazem ziemnym jest przetrzymywany w ogniu przez 30 min. Stacje tankowania CNG Projekt budowy stacji tankowania CNG wymaga uwzględnienia wielu ważnych czynników, takich jak: właściwy dobór sprężarek,. wymagania instalacji w zakresie infrastruktury (dojazdy, obsługa, uzbrojenie terenu), atesty, dopuszczenia dla urządzeń, konieczność budowy urządzeń w klasie Ex, wymagany czas tankowania, Koszty eksploatacji (ceny gazu i energii elektrycznej, wymagania w zakresie serwisu, itp.). Ekonomiczne aspekty wykorzystania CNG do napędu pojazdów 1. Nakłady inwestycyjne w przypadku samochodów z fabrycznymi instalacjami CNG 2. Koszty eksploatacyjne na przykładzie Fiata Multipla 3. Koszty instalacji CNG i LPG na polskim rynku 4. Nakłady inwestycyjne i ceny urządzeń związanych z budową stacji tankowania. Orientacyjne ceny urządzeń związanych z budową stacji tankowania. Sprężarka na potrzeby małej floty pojazdów (10 m3/h, średnie zużycie energii przy jednym cyklu napełnienia 3.6-4.8 kWh) . ok. 25 tys. USD. Sprężarka domowa (3 m3/h, średnie zużycie energii przy jednym cyklu napełnienia 0.9-1.2 kWh) 5-7 tys. USD. Sprężarka garażowa o mocy 800W (Fuel Maker). ok. 2 tys. USD. CNG (sprężony gaz ziemny) jest korzystniejszyz ekonomicznego punktu widzenia od LPG i od paliw płynnych. W porównaniu do benzyny CNG jest do 60 % tańszy. Dla przykładu na stacji tankowania CNG w Gdańsku przy ul. Wałowej 18 aktualnie za 1 m3 gazu (stanowiący ekwiwalent energetyczny około 1.1 litra benzyny) kierowca zapłaci 1,72 PLN brutto . Kluczową kwestią w rozwoju rynku CNG będzie zaangażowanie sektora gazowego (PGNiG) w rozwój sieci stacji tankowania sprężonym gazem ziemnym na terenie Polski.