Elektrownie ORC

Elektrownie małych mocy
Dr hab. inż. Aleksandra Borsukiewicz-Gozdur
Katedra Techniki Cieplnej
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki
KLASYCZNA METODA WYTWARZANIA ENERGII
ELEKTRYCZNEJ
turbogenerator
~
przegrzewacz
skraplacz
woda
paliwo
kocioł
pompa
obieg porównawczy
Clausiusa-Rankina
medium
chłodzące
Elektrownie ORC
temperatura źródła ciepła jest niska
(zamiast klasycznej siłowni parowej z wodą jako płynem roboczym)
można zastosować inną substancję roboczą
o odpowiednio dobranych właściwościach termodynamicznych i
eksploatacyjnych (najlepiej organiczną)
Obieg ORC (technologia ORC) jest stosowany w celu konwersji
ciepła nisko i średniotemperaturowego (90-280oC) na prąd
elektryczny.
Elektrownia taka może również pracować jako moduł
kogeneracyjny.
ORGANICZNY OBIEG RANKINA (ORC)
czynnik
niskowrzący
nośnik
energii
Ts1
medium
chłodzące
Tn1 turbogenerator
~
parowacz
Ts2
Tn5
Tn2s
skraplacz
podgrzewacz
Ts3
Tn4s
Tn3
pompa
Schemat instalacji ORC
Fot. Uruchomienie pierwszej,
eksperymentalnej elektrowni
geotermalnej w Niemczech Neuestad –
Glewe, 2003 r., temperatura wody
geotermalnej 98oC
Czynniki robocze stosowane w elektrowniach geotermalnych
Rok
1965
1970
R-12
Rosja
1975
ibutan, R11
1980
1985
1990
1995
2000
2005
Chiny
R-123, R-114
R-123
Japonia
NH3-H2O
ibutan , propan USA (East Mesa)
CO2
USA (Wabuska)
Rumunia
R-114
ibutan-ipentan
ipentan
USA
Islandia
Obecnie na świecie pracuje
ponad 80 elektrowni
geotermalnych z
czynnikami organicznymi i
ok. 300 zasilanych biomasą
Austria
Austria
NH3-H2O
olej silikonowy
FC-87
6
Przykłady źródeł energii, które mogą
zasilać elektrownie ORC
 wody geotermalne
 woda chłodzącej silnik/ spalin z tłokowego silnika –
biogazownia,
 ciepło odpadowe z różnych procesów np. z chłodzenia klinkieru
- cementownia
 ciepło ze spalania biomasy
 nośniki ciepła o temperaturze od 85 °C
Zwiększenie mocy elektrycznej silnika biogazowego
poprzez zastosowanie modułu siłowni ORC
Elektrownia geotermalna
Analiza termodynamiczna:
• woda geotermalna 120 m3/h, temperatura 84 oC,
• maksymalna moc jest uzyskiwana dla pary o
temperaturze 58 oC,
• moc 200 kWel
Elektrownia geotermalnobiomasowa
9
Badania w zakresie ORC prowadzone w Katedrze Techniki
Cieplnej
Elektrownia o mocy 9 kWel,
zasilana wodą o temperaturze 84°C
pracująca na czynniku R227ea
w 2016 zastosowano czynnik R1234ze
10
turbina +generator
wymiennik ciepła
gorąca woda/czynnik organiczny
czynnik roboczy
R227ea
skraplacz
gorąca woda
z/do miejskiej
sieci
ciepłowniczej
woda chłodząca
skraplacz
zbiornik cieczy
organicznej
pompa
11
TURBOGENERATOR HERMETYCZNY
Wynalazek zgłoszony do opatentowania (luty 2010) i prezentowany w czasie
Światowej Konwencji Inżynierów (WEC 2011) Genewa, 4-8 września 2011
Instalacji ORC zasilanej strumieniem ciepła o temperaturze
140°C wytwarzanym w kotle opalanym ziarnem owsa
13
ENERGIA GEOTERMALNA
BIOMASA
CIEPŁO ODPADOWE
ENERGIA SŁONECZNA
ORC
Zdjęcie układu
IC60MT firmy
INTEC GMK
Wizualizacja agregatu Eco+Energy
ORC 350 HT produkowanego przez
Durr-Cyplan
Wizualizacja agregatu T 1500
produkowanego przez TURBODEN