Microsoft Word - Kogen. energetski sustavi- 5. pogl..doc

Транскрипт

1 List: KOGNRACIJSKI NRGSKI SUSAVI Kogeneracija Uvjet (ograničenje) suproizvodnja električne i toplinske energije s ciljem da se smanje gubici topline koji se kod odvojene proizvodnje nepovratno gube u okolinu. trebaju biti osigurana trošila električne i toplinske energije. ipovi kogeneracijskih sustava : Kogeneracijski sustav s parnom turbinom - protutlačnom - kondenzacijskom s oduzimanjima Kogeneracijski sustav s plinskom turbinom - bez dodatna loženja - s dodatnim loženjem Kogeneracijski sustav s motorom s unutrašnjim izgaranjem - bez dodatna loženja - sa dodatnim loženjem Integrirani kogeneracijski sustav Kogeneracijski sustav s gorivim ćelijama Kogeneracijski sustav s magnetohidrodinamskim (MHD) generatorom.

2 List: 2 Parni kogeneracijski sustav s protutlačnom turbinom Generator pare Parni turbogenerator Potrošači topline Parni kogeneracijski sustav s kondenzacijskom turbinom uz oduzimanje pare Generator pare Parni turbogenerator Potrošači topline Kondenzator

3 List: 3 Kogeneracijski sustav s plinskom turbinom bez dodatna loženja Plinski turbogenerator Utilizator Potrošači Potroša topline či Kogeneracijski sustav s plinskom turbinom uz dodatno loženje Plinski turbogenerator Dodatno loženje Utilizator Potrošači topline

4 List: 4 Kombinirani kogeneracijski sustav s plinskom i parnom turbinom te dodatnim loženjem u struji dimnih plinova Plinski turbogenerator Dodatno loženje Parni turbogenerator Utilizator Potrošači topline Kogeneracijski sustav s dizelskim motorom uz dodatno loženje u struji dimnih plinova Dodatno loženje Dizelski generator Utilizator Potrošači topline

5 List: 5 Shema industrijskoga kogeneracijskog sustava s plinskom turbinom niskotlačna Z. V. ISP. P.P.

6 List: 6 Shema utilizacijskoga sustava s dodatnim loženjem PARA U PROCS DIMNI PLINOVI NAPOJNA VODA PARNI BUBANJ ZAGRIJAČ VOD ISPARIVAČ 2 ISPARIVAČ CIRKULACIJSK PUMP PRGRIJAČ PAR GORIVO ZA DODANO IZGARANJ ISPUŠNI DIMNI PLINOVI IZ PLINSK URBIN

7 List: 7 Integrirani kogeneracijski sustav u procesnoj industriji ispušna para vanjska mreža l. energija u tehnološki proces V.. para u tehnološki proces S.. para u u tehnološki proces N.. para u tehnološki proces

8 List: 8 Princip energetskoga sustava s magnetohidrodinamskim generatorom (MHD) električna struja protok ionizirana plina električno polje Shema energetskoga sustava s magnetohidrodinamskim generatorom (MHD) materijal za pospješivanje ionizacije predgrijač zraka rekuperacija materijala za pospješivanje ionizacije dimnih plinova zrak električna energija

9 List: 9 Osnovni principi rada sustava s MHD generatorom Direktna pretvorba toplinske energije plina u električnu djelovanjem magnetskoga polja na strujni tok ionizirana plina (plazme) pod visokim temperaturama ( C); eoretski je proces sličan Joule/Brayton-ovom procesu u plinskoj turbini. Stlačeni ionizirani plin (plazma) adijabatski ekspandira kroz MHD kanal (difuzor) gdje se usporava djelovanjem elektromagnetske sile (kod plinske turbine se unutar lopatica kinetička energija plina pretvara u mehaničku); Iskoristivost procesa proizvodnje el. energije je oko 50 %; Zbog visoke izlazne temperature plinova potrebna je rekuperacija toplinske energije (kogeneracija ili kombinirani proces s parnim ciklusom), čime se dodatno povećava ukupna energetska iskoristivost; ehnički problemi MHD generatora Vrlo visoke radne temperature, te uslijed toga problem tehničko/komercijalne izvedivosti; MHD generator proizvodi istosmjernu struju pa je potreban pretvarač (invertor), što povećava složenost i troškove; Za postizanje visokih temperatura izgaranja potreban je kisik ili zrak obogaćen s kisikom; potreban je sustav za proizvodnju kisika; Potrebno je koristiti materijal za pospješivanje ionizacije plina (soli cezija ili natrija) što povećava pogonske troškove; Potrebno je magnetsko polje vrlo visoke gustoće koje ima velike gubitke s konvencionalnom izvedbom magneta. Rješenje je u razvoju super-provodljiva magneta pri visokim temperaturama, što je tehnički problem još u fazi razvoja; Zbog navedenih problema, ovaj energetski sustav je još u fazi razvoja i nije u komercijalnoj primjeni.

10 List: 0 KOGNRACIJSKI SUSAV S GORIVIM ĆLIJAMA Gorive ćelije transformacija kemijske energije goriva (plina) uz oksidacijsko sredstvo u električnu i toplinsku energiju elektrokemijskom reakcijom bez klasičnoga izgaranja. nergetski sustav s gorivim ćelijama se u principu sastoji od: sustava za dobivanja vodika iz prirodnoga plina pomoću vodene pare i topline, što se odvija prema jednadžbi CH 4 + 2H 2 O + toplina CO 2 + 4H 2 sklopa odgovarajućeg broja gorivih ćelija ureñaja za pretvaranje istosmjerne u izmjeničnu struju (inverter) sustava za rekuperaciju toplinske energije (proizvodnju tople vode i vodene pare). 2e - el. trošilo gorivo H 2 2e - H 2 O H + +OH - H + +OH - H 2 O H 2 O OH - OH - 2e - H 2 0+/2O 2 OH - OH - zrak /2O 2 ANODA OPLINA LKROLI (LUŽINA) KAODA

11 List: Podjela gorivih ćelija prema radnoj temperaturi i vrsti elektrolita: niskotemperaturne (oko C); srednjotemperaturne ( C); visokotemperaturne (oko C). Vrste elektrolita za gorive ćelije: VRSA LKROLIA RADNA MP. ( 0 C) Kruti polimer 80 Lužina 00 Fosforna kiselina 200 ekući karbonat 650 Kruti oksid 000 Prednosti gorivih ćelija: vrlo visoka iskoristivost energije goriva; 40% na električnome dijelu, 25-45% na toplinskome dijelu, ukupno 65-85%; nema pokretnih (rotirajućih) dijelova; zanemarivo onečišćenje okoliša; zanemariva buka. Nedostaci gorivih ćelija: visoka cijena po jedinici instalirane snage; tehnička izvedivost za relativno male snage (do 500 kw); tehničko-tehnološka neusavršenost (još u fazi razvoja).

12 List: 2 Principijelna shema kogeneracijskoga sustava s gorivim ćelijama lektrična mreža Inverter Gorive ćelije Proizvodnja vodika Visokotemperaturna izmjena topline Niskotemperaturna izmjena topline Parni apsorpcijski rashladni ureñaj/grijač Zrak opla voda Ulaz prirodna plina

13 List: 3 HNO-KONOMSKA ANALIZA I USPORDBA KOGNRACIJSKIH SUSAVA Kogeneracijski sustavi proizvode istovremeno električnu i toplinsku energiju u različitim omjerima te ih se stoga ne može jednoznačno meñusobno usporediti. Kvaliteta električne i toplinske energije bitno se razlikuje, odnosno: ksergija el. en. ksergija topl. en. ehnički pokazatelji, odnosno karakteristične veličine za analizu i usporedbu različitih kogeneracijskih sustava jesu:. Iskoristivost proizvodnje električne energije 2. Ukupna energetska iskoristivost 3. Ukupna eksergetska iskoristivost 4. Udjel pretvorbe toplinske energije 5. Faktor pretvorbe toplinske energije 6. Faktor vrijednosti proizvedene energije 7. Udjel uštede goriva

14 List: 4 ) Iskoristivost proizvodnje električne energije G gdje je: - proizvedena električna energija G - utrošena energija goriva Napomena: uzima se u obzir samo proizvedena električna energija, odnosno ne vrjednuje se toplinska energija koja se istovremeno proizvodi. Stoga, usporedba prema ovom kriteriju ne daje realne pokazatelje. 2) Ukupna energetska iskoristivost iskorištena utrošena + G ( + ψ G ) gdje je: proizvedena (iskorištena) toplinska energija ψ Napomena: izjednačuje se vrijednost (kvaliteta) dviju različitih oblika energije (toplinske i električne).

15 List: 5 3) Ukupna eksergetska iskoristivost eks e + e e G gdje je: e - eksergija električne energije e - eksergija toplinske energije e G - eksergija goriva e e G G ( na bazi gornje toplinske vrijednosti) 0 e ( ) eks + G eks O ( + ( + G 0 ) ψ O ) ψ Napomena: Usporedbom prema ovom pokazatelju uzima se o obzir i vrjednuje kvaliteta (eksergija) oba oblika proizvedene energije (električne i toplinske) kao i omjer njihove proizvodnje (ψ).

16 List: 6 gdje je: 4) Udjel pretvorbe toplinske energije goriva ε G GP - ekvivalentno smanjenje potrošnje goriva u GP kogeneracijskome sustavu u usporedbi sa sustavom za odvojenu proizvodnju toplinske i električne energije; GP iskoristivost generatora pare. Napomena: uzima se u obzir ušteda goriva za proizvodnju električne energije u kogeneracijskom sustavom u odnosu na odvojenu proizvodnju električne energije (u termoelektrani). GP G GP GPψ ψ 5) Faktor pretvorbe toplinske energije goriva F G GP ψ GP ε Napomena: predstavlja udjel utroška energije goriva pa jedinici proizvedene električne energije u kogeneracijskome sustavu.

17 List: 7 6) Faktor vrijednosti proizvedene energije F C C C G + C G gdje je: C jedinična cijena električne energije C jedinična cijena toplinske energije C G jedinična cijena energije goriva Napomena: u razmatranje se uvode ekonomske veličine, odnosno tržišne vrijednosti utrošene i proizvedene energije. 7) Udjel uštede goriva kvivalentna ušteda goriva u kogeneracijskome sustavu u odnosu na odvojenu proizvodnju električne i toplinske energije može se izraziti kao: G + G GP,odv Udjel uštede goriva u odnosu na odvojenu proizvodnju je: ε G GP G +,odv GP G +,odv ( + ψ GP,odv gdje je:,odv iskoristivost proizvodnje električne energije u odvojenom sustavu (u termoelektrani). )

18 List: 8 USPORDBA KOGNRACIJSKOGA SUSAVA S ODVOJNOM PROIZVODNJOM LKRIČN I OPLINSK NRGIJ gorivo 00 K O G N R A C I J A 85 % 5 gubici el.en. 35 toplina 50 52,5 gubici el.en. 35 toplina 50 RMOLKRANA 40 % OPLANA 90 % gorivo 87,5 gorivo 55,5 gubici 5,5 Razlika potrošnje goriva (87,5 +55,5) % (87,5+ 55,5) 00 Relativna ušteda goriva 00 30% 87,5+ 55,5 Gubici kogeneracije 5 (5 %) Gubici odvojene proizvodnje 58 (40,5 %)