wykład III: Elektrociepłownie

Elektrociepłownie (J. Paska)
1 . Skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła
Argumenty przemawiające za skojarzoną produkcją energii elektrycznej i ciepła w elektrociepłowniach są
następujące:
Konkurencyjność:
ta sama ilość energii pierwotnej w układzie skojarzonym jest przetworzona na większą ilość energii
wtórnej w porównaniu do tradycyjnych technologii rozdzielonych (rys. 1);
jest możliwa decentralizacja systemów wytwarzania energii elektrycznej, powodująca obniżenie
kosztów inwestycyjnych związanych z rozbudową elektroenergetycznych sieci przesyłowych;
mniejsza odległość źródła energii elektrycznej od odbiorcy finalnego wiąże się z minimalizacją strat
przesyłu energii.
Ekologia: układy realizujące wytwarzanie skojarzone (zwłaszcza układy gazowo-parowe) są najlepszym
rozwiązaniem, jeśli na danym terenie konieczne jest obniżenie emisji zanieczyszczeń.
Łatwość lokalizacji: układy skojarzone dzięki wysokiej sprawności i niskim wartościom emisji są bardzo
łatwe do zainstalowania nawet w regionach wysoce zurbanizowanych.
Rys. 1. Wytwarzanie energii elektrycznej
i ciepła: rozdzielone (a) w elektrowni
kondensacyjnej i ciepłowni
oraz skojarzone (b) w elektrociepłowni
z turbiną gazową i kotłem
odzysknicowym
2. Łańcuch przemian energetycznych i sprawność EC
Rys. 2. Schemat przemian
energetycznych
i uproszczony obraz strat energii
w konwencjonalnej
elektrociepłowni parowej
1
Elektrociepłownie (J. Paska)
Rys. 3. Uproszczony schemat elektrociepłowni z turbiną
przeciwprężną: K - kocioł z przegrzewaczem, TP - turbina
przeciwprężna, G - generator, Tr - transformator,
OC - odbiornik ciepła, Qpal - energia dostarczona w paliwie,
Qc - ciepło dla odbiorców, Ae - energia elektryczna
3. Podstawowe schematy cieplne EC i dane stosowanych urządzeń
Rys. 4. Uproszczone schematy elektrociepłowni: a) z turbiną przeciwprężną, b) z turbiną upustowo-przeciwprężną, c) z turbiną
upustowo-kondensacyjną; l - stacja redukcyjno-schładzająca, 2 - odbiory ciepła
Rys. 5. Uproszczony
schemat elektrociepłowni
komunalnej oraz fragment
instalacji c.w. i c.o. w
budynku mieszkalnym; pa >
pb - dwa różne ciśnienia pary
upustowej;
KW - kocioł wodny, PW podgrzewacz wody
sieciowej
Tablica 1. Parametry niektórych kotłów parowych i wodnych stosowanych w elektrociepłowniach
Typ kotła
Wydajność, kg/s
Moc cieplna, MJ/s
Ciśnienie, MPa
Sprawność, %
Temperatura, °C
OR-64
17,78
3,9
450
82
OP-100
27,8
3,9
450
82÷85
OP-215
59,7
10,8
540
86
WR-25
29,0
do 2,0
150
78
WP-120
139,5
do 2,45
155
85
WP-200
232,6
do 2,45
155
86
OR – kocioł parowy rusztowy opromieniowany, OP – kocioł parowy pyłowy opromieniowany, WR – kocioł wodny rusztowy,
WP – kocioł wodny pyłowy.
2
Elektrociepłownie (J. Paska)
Tablica 2. Parametry niektórych turbin parowych stosowanych w elektrociepłowniach
Moc
Typ
elektryczna, MW cieplna, MJ/s
TP
TP20
TC-30
13UP55
13P110
13C200
18K370
2,5÷6,0
19,5
30,0
52,3
110
200÷180
377÷275
107
190
365÷384
0÷504
Parametry pary
dolotowej
przeciwprężnej lub upustowej, kPa
MPa
°C
3,4
435
400÷600
8,8 510÷535
900
8,8
535
120÷150
12,7
535
1700; 1100; 200; 160
12,7
535
195; 110
12,7
535
55,2; 26,4
1000; 360; 160
17,6 535/535
Tablica 3. Parametry niektórych generatorów stosowanych w elektrociepłowniach
Typ
GT4n
GT4w
GT2
TGHW-63
Moc znamionowa
pozorna,
czynna, MW
MV⋅⋅A
0,63÷2,5
0,5÷2,0
1,0÷6,3
0,8÷5,0
6,25÷50
5÷40
78,75
63
Napięcie
stojana, kV
Prąd
stojana, kA
0,4
6,3
10,5
10,5
0,9÷3,6
0,09 ÷0,58
0,34÷2,75
4,33
Sprawność,
Napięcie
%
wzbudzenia, V
94,9÷96,3
95,5÷96,6
97÷97,8
98,3
Prąd
Chłodzenie
wzbudzenia, A
23÷18
30÷66
96÷203
196
175÷400
285÷494
293÷641
1500
powietrzem
powietrzem
powietrzem
wodorem
Rys. 6. Uproszczony schemat cieplny bloku BC-50:
1 – kocioł OP-230, 2 – turbina przeciwprężna 13UP55,
3 – turbogenerator, 4 – wymienniki ciepłownicze,
5 – wymiennik ciepła woda-woda, 6 – kocioł wodny WP-120,
7 – podgrzewacze regeneracyjne, 8 - pompy wody sieciowej,
9 – stacja redukcyjno-schładzająca
Tablica 4. Podstawowe parametry bloków ciepłowniczych
Parametry
BC-50
OP-230
13UP55
107
Typ bloku
BC-100 BC-200
OP-430 OP-750
13P110 13C200
190
365
BC-300
Typ kotła parowego
BP-1150
Typ turbiny parowej
18K370
Znamionowa moc cieplna1), MJ/s
493
Moc elektryczna, MW:
- przy znamionowej mocy cieplnej
52,3
105
199,8
295
- przy maksymalnej mocy kondensacyjnej
55
113
200
377
1)
– moc podstawowa, odbierana z turbozespołów. Szczytowa moc cieplna może być zwiększona przez
zastosowanie kotłów wodnych.
4. Wsparcie dla wytwarzania skojarzonego
Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 26 lipca 2011 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, uiszczenia opłaty zastępczej i obowiązku
potwierdzania danych dotyczących ilości energii elektrycznej wytworzonej w wysokosprawnej kogeneracji.
Dz. U. Nr 176, poz. 1052.
Directive 2004/8/EC of the European Parliament and of the Council of 11 February 2004 on the promotion of
cogeneration based on a useful heat demand in the internal energy market and amending Directive
92/42/EEC. Official Journal of the European Union, L 52/50, 21.2.2004.
3
Elektrociepłownie (J. Paska)
Rys. 7. Wysokość obowiązkowego udziału energii elektrycznej
ze źródeł skojarzonych w rocznej sprzedaży energii elektrycznej
wg rozporządzenia Ministra Gospodarki
25
20,6%
22,2%
21,3%
23,2%
19%
20
16,5%
15
10
3,5
1,3
1,5
1,8
Lata
Duża kogeneracja
Mała kogeneracja
Biogaz lub metan
2,3
2018
1,1
2016
2012
2011
2009
2010
2007
2008
0,9
0,6
0,4
0
2017
3,3
2014
3,1
2,9
2015
2,7
0,8
2013
5
Świadectwa pochodzenia z kogeneracji (ŚP z K), służące do
rozliczenia powyższego obowiązku, trzech rodzajów:
o
dla jednostek o łącznej mocy zainstalowanej elektrycznej
źródła do 1 MW lub opalanych paliwami gazowymi – żółte
certyfikaty (mała kogeneracja – specjalna grupa
technologiczna),
o
dla jednostek o mocy powyżej 1 MW innych niż opalane
paliwami gazowymi, metanem i gazem z przetwarzania
biomasy - czerwone certyfikaty (duża kogeneracja –
normalna grupa technologiczna);
o
dla jednostek opalanych gazem uzyskiwanym z przetwarzania
biomasy lub metanem uwalnianym i ujmowanym przy
odmetanowaniu kopalń – fioletowe certyfikaty.
Rys. 8. Realizacja wsparcia energii
elektrycznej z kogeneracji
Obliczanie ilości elektrycznej z kogeneracji przypisywanej na świadectwie pochodzenia ŚP CHP
Kryterium oceny
instalacji
Warunki
Kryterium mocy P
Czy instalacja jest o mocy P ≤ 1 MW?
TAK
NIE
(specjalna grupa technologiczna)
(normalna grupa technologiczna)
Kryterium
oszczędności
energii pierwotnej
PES
Kryterium
sprawności η
Czy instalacja daje oszczędność PES > 0?
TAK
(wysokosprawna kogeneracja)
Czy sprawność jest przynajmniej
równa progowej (η
η 1 ≥ 80% lub η2 ≥
75%)?
TAK
NIE
NIE
Czy instalacja daje oszczędność PES ≥
10%?
TAK
NIE
(wysokosprawna kogeneracja)
Czy sprawność jest przynajmniej
równa progowej (η
η 1 ≥ 80% lub η2 ≥
75%)?
TAK
NIE
Energia
Energia
Energia elektryczna
elektryczna z Energia elektryczna
elektryczna
z kogeneracji z kogeneracji na ŚP
kogeneracji z kogeneracji na ŚP
równa iloczynowi
równa iloczynowi
na ŚP równa
na ŚP równa
Ilość energii
Brak
Brak
współczynnika
współczynnika
wytworzonej
wytworzonej
z kogeneracji na
ŚP
ŚP
i ilości ciepła
i ilości ciepła
SP Esk
energii
energii
użytecznego
użytecznego
elektrycznej
elektrycznej
EE
EE
Abq = C×
×Quq/3,6
Abq = C×
×Quq/3,6
Abq = EE
Abq = EE
η1 - dla turbin upustowo-kondensacyjnych i układów parowo-gazowych;η2 - dla pozostałych technologii,
w tym turbin przeciwprężnych, C – współczynnik określający stosunek energii elektrycznej z kogeneracji
do ciepła użytkowego w kogeneracji, w GJ/GJ (wskaźnik skojarzenia).
4
Elektrociepłownie (J. Paska)
gdzie: PES – oszczędność energii pierwotnej, wyrażona w %;


ηqc - sprawność wytwarzania ciepła użytkowego w kogeneracji, w %;


1
η
refc – referencyjna wartość sprawności dla wytwarzania
 ⋅100
PES = 1 −
rozdzielonego
ciepła, w %; ηqe - sprawność wytwarzania energii
 ηqc η qe 
+
elektrycznej
w
kogeneracji, w %; ηrefe – referencyjna wartość
 η
ηrefe 
refc
sprawności dla wytwarzania rozdzielonego energii elektrycznej, w %.

CHP Wybrzeże
1 236 MW t
336 MWe
Dalkia Poznań
VHP S.A.
859 MWt
276 MWe
4 756 MWt
978 MWe
CHP Łódź
CHP Kogeneracja
2 478 MWt
493 MWe
1 047 MWt
350 MW e
CHP Kraków
1 397 MWt
460 MWe
Największe elektrociepłownie w Polsce
Elektrociepłownia Siekierki – największa polska elektrociepłownia, druga co do wielkości w Europie,
mieszcząca się w Warszawie przy ulicy Augustówka 30. Oddana do użytku w roku 1961.
Zakład dysponuje mocą cieplną 2081 MW i mocą elektryczną 622 MW. Podstawowe jednostki wytwórcze EC
Siekierki to cztery bloki, w tym trzy ciepłownicze o mocy elektrycznej 105 MW każdy i jeden kondensacyjny
z upustem ciepłowniczym o mocy elektrycznej 125 MW. Część kolektorową stanowią cztery kotły parowe
i pięć turbin. Dodatkowo przy bardzo niskich temperaturach zimą jest wykorzystywanych sześć kotłów
wodnych. Kotły węglowe posiadają elektrofiltry, które utrzymują emisję pyłu na poziomie 50% wielkości
dopuszczalnej polskimi normami ochrony powietrza. Kocioł nr 2 jest wyposażony w filtr workowy i instalację
odsiarczania spalin. Kotły są wyposażone również w palniki niskoemisyjne obniżające emisję NOx.
W roku 2000 elektrociepłownia Siekierki została przejęta przez szwedzki koncern Vattenfall, który kupił 55%
akcji Elektrociepłowni Warszawskich. Vattenfall miał 99 procent udziałów. Obecnie właścicielem EC jest
PGNiG (PGNiG TERMIKA).
Budowa akumulatora ciepła została rozpoczęta w roku 2008, a zakończona w marcu 2009 roku.
Srebrnoszary cylindryczny zbiornik został wykonany z blachy zaizolowanej wełną mineralną. Ma wysokość
47 metrów i pojemność 30,4 tys. metrów sześciennych. Jest to pierwszy tak duży obiekt w Polsce.
5