ORC sistemi za soproizvodnjo in povečanje

ORC sistemi za soproizvodnjo in
povečanje izkoristka enot na OVE
Uroš Glavina u.d.i.s.,
INEA d.o.o.
Tehnologije ORC - uvod
●
Rankinov krožni proces, z organsko delovno snovjo in ne vodo
●
Izbor najustreznejše (fizikalne in termodinamične lastnosti)
delovne snovi je odvisen od temperature toplotnega vira
Organske snovi se uparjajo pri visokih tlakih pri nižjih temperaturah
●
Delitev ORC enot
Visoko-temperaturni ORC –
možnost rabe kondenzacijske
toplote:
- Soproizvodnja na biomaso
- Neizkoriščena toplota
2
26. 1. 2011
(c) INEA d.o.o.
Nizko-temperaturni ORC –
kondenzacija pri temperaturah
okolice:
- Neizkoriščena toplota
- Geotermalna energija
Tehnologije ORC - uvod
turbina
generator
toplote/pare
rezervoar
črpalka
G
kondenzator
Visoko - temperaturni (VT) ORC
●
Soproizvodnja na lesno biomaso za daljinsko ogrevanje ali za
potrebe tehnologije – lesna industrija (sušenje lesa…)
●
Preverjena tehnologija z velikim številom obratovalnih ur
4
26. 1. 2011
(c) INEA d.o.o.
Prednosti VT ORC sistemov
●
Primerne za decentralizirano proizvodnjo električne energije
●
●
Obratujejo lahko brez stalnega nadzora – ni zahteve za
strokovnega operaterja, nizki stroški osebja
Večji masni pretoki delovne snovi in posledično večje turbine –
višji notranji izkoristki turbine (do 85 %) in zelo dobra
prilagodljivost na delne obremenitve (do 10 % nazivne moči)
●
Majhna obraba materiala zaradi nizkih hitrosti turbine
●
Delovna snov se pri ekspanziji pomika v področje pregrete pare –
turbina ni podvržena mehanski eroziji materiala zaradi odsotnosti
kapljic; dolga življenjska doba in nizki vzdrževalni stroški
●
Kratki zagonski časi postrojenja
5
26. 1. 2011
(c) INEA d.o.o.
VT ORC v Evropi
Avstrija: več kot 25 enot s skupno električno močjo nad 29 MW
Nemčija: več kot 60 enot s skupno električno močjo nad 66 MW
Italija: več kot 15 enot s skupno električno močjo nad 13 MW
●
●
●
6
26. 1. 2011
(c) INEA d.o.o.
Tehnični podatki (VT ORC)
●
Enote različnih velikosti in tehničnih karakteristik.
Električne moči [kW]
50 – 2300
Bruto električni izkoristki [%]
15 – 20
Temperature dovoda toplote [ C]
≈310
Toplotne moči za soproizvodnjo [kW]
250 – 9700
Celotni izkoristki (z upoštevanjem 85 %
izkoristka kotla) [%]
82
Temperatura vroče vode [ C]
80 – 110
7
26. 1. 2011
(c) INEA d.o.o.
Izračun ekonomskih kazalcev (VT ORC)
Uredba o podporah električni energiji proizvedeni iz OVE
(upravičenost do podpor 15 let)
Upoštevani so investicija v termooljni kotel, ORC sistem, gradbena
dela, instalacije in dokumentacija, brez sistema daljinskega
ogrevanja
●
●
Dimenzioniranje
ustrezne velikosti
postrojenja glede na
potrebe po toploti je
ključno za
ekonomsko
upravičenost
investicije
8
26. 1. 2011
(c) INEA d.o.o.
Izračun ekonomskih kazalcev (VT ORC)
9
26. 1. 2011
(c) INEA d.o.o.
Nizko - temperaturni ORC sistem
●
●
●
●
Področje intenzivnih raziskav
Povečevanje pomena učinkovite rabe energije in povečevanje
energetske učinkovitosti
Razvoj in testiranje novih delovnih snovi
Raziskave in projekti na področjih izrabe neizkoriščene toplote,
geotermalne energije in tudi solarne energije
10
26. 1. 2011
(c) INEA d.o.o.
Nizko-temperaturne ORC tehnologije
●
Glavne smeri razvoja tehnologije:
●
●
●
●
Turbinski – visokohitrostni
Turbinski – nizkohitrostni
Vijačni
Značilnosti posamezne tehnologije:
11
Turbinski:
Vijačni:
Višje temperature
toplotnega vira, višji
izkoristki, večinoma za
električne moči nad
100 kW
Nižje temperature
toplotnega vira,
patentiranje rešitev za
zagotavljanje tesnjenja
med vijaki in mazanja
ležajev
26. 1. 2011
(c) INEA d.o.o.
INEA in ORC tehnologije
●
●
Razvoj sistema ORC za proizvodnjo električne energije iz
neizkoriščene toplote
V sodelovanju s partnerji na projektu smo implementirali ORC na
eno lokacijo, v teku so še implementacije na treh lokacijah
Razvoj metodologije za določanje
referenčnih stroškov za proizvodnjo
električne energije iz neizkoriščene toplote
12
26. 1. 2011
(c) INEA d.o.o.
INEA in ORC tehnologije
●
Tehnični podatki sistema NT ORC:
●
Turbinski, visokohitrostni – okoli 30.000 obr/min
Obratovalni podatki:
13
Bruto električna moč:
125 kW
Toplotna moč na vstopu:
Vsaj 870 kW
Temperatura uparjanja
medija:
Vsaj 115 °C
Temperatura kondenzacije
medija:
16 °C oz. ustrezno višja
26. 1. 2011
(c) INEA d.o.o.
INEA in ORC tehnologije
Vgrajena naprava na lokaciji
Eko energetika v Kamniku –
preko 3000 obratovalnih ur
14
26. 1. 2011
(c) INEA d.o.o.
NT ORC - opis sistema
●
Magnetni ležaji – visok izkoristek in zanesljivost (preverjena
tehnologija – mikroturbine, vztrajniki…):
●
●
●
●
●
Spremenljiva obodna hitrost turbine – optimalni izkoristek v
različnih obratovalnih točkah
Močnostna elektronika – enostavna sinhronizacija z EL mrežo
Možnost izkoriščanja raznovrstne toplote:
●
●
●
●
Brez mazalnega sistema
Ni izgub zaradi trenja in ni obrabe delov
Para
Dimni plini
Vroča voda
Kondenzacija glede na danosti okolice:
●
●
15
Zračni kondenzator + hlajenje zraka z vlaženjem
Reke, potoki
26. 1. 2011
(c) INEA d.o.o.
NT ORC in bioplinske soproizvodnje
●
Ob analizah potenciala za implementacijo ORC-a v različna okolja,
se je soproizvodnja na bioplin izkazala kot najprimernejša
●
Bioplinske naprave – motor z notranjim zgorevanjem na bioplin:
●
●
●
Za fermentacijo potrebno okoli 20 % do 25 % nastale
nizkotemperaturne toplote iz hlajenja bloka motorja
ORC omogoča povečanje energetske učinkovitosti na celoletni ravni
Naprave dislocirane od strnjenih naselij:
●
16
Toplovodi za daljinsko ogrevanje so večinoma ekonomsko neupravičeni
26. 1. 2011
(c) INEA d.o.o.
Implementacija NT ORC
Turbina z
generatorjem
≈80 %
toplote
Uparjalnik izpuh
Kondenzator
Regenerator
≈20 %
toplote
Rezervoar
Predgrelnik – blok
motorja
●
●
Nazivna moč dosežena pri toplotni moči izpuha vsaj 700 kW
Omogoča prilagodljivost obratovanja pri manjših toplotnih močeh
17
26. 1. 2011
(c) INEA d.o.o.
Implementacija NT ORC
(kontejnerska izvedba)
●
Zaključek projekta predviden konec februarja 2011
18
26. 1. 2011
(c) INEA d.o.o.
Izračun ekonomskih kazalcev NT ORC
●
Parametri izračuna za primer integracije k motorju na bioplin:
●
●
●
Upoštevana investicija za vzorčni primer
Cena toplote 0 EUR/MWh (neizkoriščena toplota)
Razpoložljivost velika (odvisna od obratovanja motorja – 8000 ur)
Ekonomski izračun
Cena ZO (srednja naprava): 141,42 EUR/MWh
Rok vračila:
19
26. 1. 2011
(c) INEA d.o.o.
4,3 let
Zaključek
●
Učinki sistemov za proizvodnjo električne energije iz neizkoriščene
toplote:
●
●
●
Povečanje učinkovite rabe energije (izraba toplote, ki se sicer odvaja
v okolico, tudi iz OVE naprav)
Sistemi so ob aktualnih tržnih cenah EE nekonkurenčni
Uporaba stranskih produktov lesne biomase v energetske namene
20
26. 1. 2011
(c) INEA d.o.o.
Hvala za vašo pozornost!
Uroš Glavina u.d.i.s.
uros.glavina@inea.si
INEA d.o.o.
Stegne 11
1000 Ljubljana
21
26. 1. 2011
(c) INEA d.o.o.