Turbina eco ksišżek

WSPÓŁPRACA UKŁADU SKOJARZONEGO
Z TURBINĄ GAZOWĄ Z SYSTEMEM
ELEKTROENERGETYCZNYM I SYSTEMEM
CIEPŁOWNICZYM MIASTA OPOLA
MODERNIZACJE
• LIKWIDACJA DO 1998 ROKU PONAD 500 KOTŁOWNI LOKALNYCH
• BUDOWA NOWYCH I WYMIANA STARYCH SIECI NA SIECI
PREIZOLOWANE
• STWORZENIE SYSTEMÓW NADZORU I ZDALNEGO STEROWANIA
PRACĄ SIECI I WĘZŁÓW CIEPLNYCH
• WDRAŻANIE SYSTEMÓW STEROWANIA PRODUKCJĄ ENERGII
• MODERNIZACJA POMPOWNI SIECIOWEJ
• BUDOWA UKŁADU SKOJARZONEGO
Elektrociepłownia ECO S.A. Opole
WP120 + WR-40
• 2 kotły WR25
• Turbina gazowa
TEMPEST
z kotłem
odzysknicowym HRB
• kocioł gazowy GFB
•
WP120-2
WP120-1
od 2002
WR-40
WR25/4
WR25/3
HRB
HRB
GTU
GFB
Modernizacja Elektrociepłowni ECO S.A. Opole
I Etap modernizacji
• kotły WP120-1, WP120-2
• układ wodny elektrociepłowni (pompy + układ tyrystorowy)
• kocioł WR25-4
• instalacja systemu sterowania „CHANCE 2000”
II Etap modernizacji
Budowa nowego układu obejmującego:
• układ skojarzony turbiny gazowej z kotłem odzysknicowym
• kocioł gazowy (likwidacja 2*WR-25 – 1999 rok)
• budowa gazociągu i stacji redukcyjnych gazu
• instalacja systemu sterowania
• likwidacja WP-120 i montaż WR-40 (2002 rok)
Schemat blokowy układu skojarzonego
i kotła gazowego GFB
Potrzeby
własne
Zakład
Gazowniczy
Prąd el.
Stacja
redukcyjna
gazu I st.
GZ50
spaliny
TG
HRB
energia
cieplna
Prąd el.
Zakład
Energetyczny
GZ50
stacja
redukcyjna
gazu II st.
GZ50
GFB
energia
cieplna
Sieć
ciepłownicza
Turbina gazowa TEMPEST
• zasilana gazem GZ50
o ciśnieniu 2MPa
• 10-stopniowa sprężarka o
współczynniku kompresji 14:1
i prędkości obrotowej wału
13907rpm
• dwustopniowa turbina
• 6 komór spalania
Parametry turbiny TEMPEST
• moc elektryczna
przy warunkach:
wysokość npm
temp. wlotowa powietrza
wilgotność względna
straty na kanale wlotowym
straty na kanale wylotowym
sprawność przekładni
sprawność generatora
7,352 MW -3%
161 m
15oC
60%
75 mm H2O
254 mm H2O
99%
97%
• sprawność elektryczna
30%
• zużycie gazu
2600 Nm3/h
• temperatura spalin wylotowych
558oC
• strumień masy spalin wylotowych
28,57 kg/s
• emisja NOx
<25 ppm
Generator
Bezszczotkowa prądnica o biegunach wydatnych i prądnica
z magnesami trwałymi do źródła automatycznego
regulatora napięcia elektrycznego.
Parametry generatora
• moc elektryczna
• napięcie elektryczne
• znamionowy prąd liniowy
• prędkość
• znamionowy współ. mocy
przy obciążeniu indukcyjnym
9500 kVA
6000 V, 50 Hz
914 A
1500 obr./min
0,8
Połączenie generatora z siecią
110 kV
110 kV
6 kV
6 kV
SEKCJA A
Cementownia
Odra (2005)
SEKCJA B
ZE
ECO
Rozdzielnie ECO
G
Kocioł odzysknicowy HRB
• Moc
14,2 MW
• Przepływ
206 t/h
• Temperatura wody wylotowej
130oC
• Temperatura spalin wylotowych
82oC
Kocioł gazowy GFB
• Moc minimalna
5 MW
• Moc maksymalna
25 MW
• Przepływ
356 t/h
• Ciśnienie gazu
0,4 MPa
Energia Cieplna
Parametry systemu cieplnego miasta Opola:
•
•
•
•
•
•
•
•
Zapotrzebowanie dla warunków obliczeniowych
parametry pracy
ilość węzłów
długość sieci magistralnych
długość sieci przyłączeniowych
całkowita pojemność zładu
udział węzłów zautomatyzowanych
rok rozpoczęcia montażu liczników
276 921 kW
150/80-135/70
796
31 918 mb
61 670 mb
9 908 m3
100% ECO tj. 216 MW
1992
Uporządkowane wykresy
obciążeń latach 1995-2000
MW
270
250
230
1995
210
1996
190
1997
170
150
130
110
90
1998
70
1999
50
30
10
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
h
ZASADY OPTYMALIZACJI
ŹRÓDŁA SKOJARZONEGO
GAZOWEGO DLA POTRZEB
CIEPŁOWNICTWA
Przykład obliczeń optymalizacyjnych z wykorzystaniem
przedstawionego algorytmu optymalizacyjnego
KW0
KW1
KW2
KW1
KW3
KW2
KW0
KW1
KW2
KW2
KW1
KW1
KW3
KW3
KW2
KW1
KW2
KO**
KO
KW1
Wybrane wyniki optymalizacji: ∆NPV = f (Nel)
Dla różnych cen
zakupu miału węglowego
60
60
40
40
20
20
0
∆ NPV, mln zł
∆ NPV, mln zł
Dla różnych cen
zakupu gazu ziemnego
-20
-40
-80
-20
-40
260 zł/t (40%)
(-40%)
(-20%)
warunki bazowe
(20%)
(40%)
-60
0
-60
223 zł/t (20%)
warunki bazowe
149 zł/t (-20%)
-80
112 zł/t (-40%)
-100
-100
0
5
10
15
20
25
30
Moc elektryczna układu Nel, MW
Cena bazowa: (E1) kf_GZ50 = 0,625 zł/m3n
zł/m3
(E2) kf_GZ50 = 0,603
n
(E3) kf_GZ50 = 0,598 zł/m3n
0
5
10
15
20
25
Moc elektryczna układu Nel, MW
30
Cena bazowa: kf_W = 186 zł/tonę
Wybrane wyniki optymalizacji: ∆NPV = f (Nel)
Dla różnych cen
zakupu energii elektrycznej
60
60
40
40
20
20
∆ NPV, mln zł
∆ NPV, mln zł
Dla różnych cen
sprzedaży energii elektrycznej
0
-20
c
-40
0
-20
-40
294 zł/kWh (40%)
189 zł/kWh (40%)
-60
252 zł/kWh (20%)
-60
162 zł/kWh (20%)
warunki bazowe
warunki bazowe
-80
-80
108 zł/kWh (-20%)
168 zł/kWh (-20%)
81 zł/kWh (-40%)
126 zł/kWh (-40%)
-100
-100
0
5
10
15
20
25
30
Moc elektryczna układu Nel, MW
Cena bazowa: cel = 135 zł/MWhel
0
5
10
15
20
25
30
Moc elektryczna układu Nel, MW
Cena bazowa: kel = 210 zł/MWhel
Źródło skojarzone oparte o turbinę gazową
charakteryzuje się:
•
•
•
•
stosunkowo dużą niezawodnością
dużą elastycznością
zmienną sprawnością zależną od ciśnienia atmosferycznego, temperatury
zewnętrznej, obciążenia i zabrudzenia łopatek
koniecznością wykonywania przeglądów i prac kresowych
KOSZTY
STAŁE
• koszty inwestycji
• prace serwisowe
• koszty osobowe
•.opłaty stałe paliwowe
ZMIENNE
• koszty paliwa
Minimalizacja kosztów stałych
• optymalny dobór mocy układu skojarzonego
• zamówienie odpowiedniej ilości gazu
• wynegocjowanie dobrych warunków kontraktu serwisowego
Koszty zmienne mają znaczenie przy obliczaniu
kryterium sprzedaży
Opłata zmienna za gaz
Cena zakupu energii elektrycznej z systemu elektroenergetycznego
Sposób produkcji ciepła w okresie letnim
W systemie opolskim istniały następujące możliwości
akumulacji energii cieplnej:
•
•
•
•
praca ze zmienną temperaturą zasilania +10oC, -5oC w stosunku do temperatury
normatywnej
montaż nowego zasobnika ciepła wraz z kompletnym wyposażeniem
wykorzystanie możliwości akumulacji ciepła w zasobnikach (istnieje około 160 węzłów
z zasobnikami ciepłej wody użytkowej)
adaptowanie odcinka rurociągu o dużej średnicy do pełnienia roli zasobnika ciepła i
doposażenie go w niezbędną armaturę
Sposób współpracy elektrociepłowni z
systemem ciepłowniczym w sezonie letnim
W elektrociepłowni sprawdziła się najprostsza z metod akumulacji,
a mianowicie praca ze zmienną temperaturą zasilania.
Podczas mniejszego zapotrzebowania na ciepło energia jest akumulowana
w sieci (wzrost temperatury czynnika grzewczego). Wykorzystywana jest
ona w sposób probablistyczny.
Wielkością limitującą jest minimalne temp. czynnika konieczna do
podgrzania ciepłej wody użytkowej do temp. 55oC.
Wykres temperatury i przepływu wody sieciowej (lipiec - wtorek)
20/07/99 - wtorek
20/07/99 - wtorek
MOC KOTŁA HRB = 14 MW
MOC KOTŁA HRB = 14 MW
[ oC]
[t/h]
[t/h]
1000
100
90
900
76,2
80
75,6
75,6
76,2
800
750
750
71
71
70
70
70
700
70
70
720
67
67
720
60
530
530
630
600
630
540
540
50
500
480
480
40
400
30
300
20
200
10
100
0
0
0.00
4.00
8.00
12.00
16.00
20.00
24.00 [h]
Wykres temperatury i przepływu wody sieciowej (wrzesień - czwartek)
9/09/99 - -czwartek
09/09/99
czwartek
MOC KOTŁA HRB = 14,3 MW
MOC KOTŁA HRB = 14,3 MW
[t/h]
[oC]
100
1000
890
890
90
80
900
790
790
71
71
72,9
72,9
74,6
74,6
720
720
7070
70
700
68,8
68,8
60
800
640
640
530
530
64
64
67,7
67,7
600
600
600
50
500
500
500
40
400
30
300
20
200
10
100
0
0
0.00
4.00
8.00
12.00
16.00
20.00
24.00 [h]
Udział energii cieplnej
produkowanej w skojarzeniu do energii
cieplnej ogółem w 2000 roku
100
90
80
70
%
60
50
40
wartość średnia 24%
30
20
10
0
I
II
III
IV
V
VI
miesiąc
VII
VIII
IX
X
XI
XII
Wskaźniki emisji zanieczyszczeń
na 1 GJ energii cieplnej produkowanej
ciepłowni centralnej w 2000 roku
w
kg/G
J
700
SO2
600
500
NO2
400
300
pył
200
CO
100
0
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
Wnioski i efekty zainstalowania
układu skojarzonego
• Moc turbiny została dobrana optymalnie
• Zapewnione są odpowiednie parametry wody sieciowej w okresie letnim
• Moc elektryczna generatora pokrywa w 100% zapotrzebowanie na
energię elektryczną Elektrociepłowni ECO S.A. a nadwyżki są
sprzedawane
• Oszczędności związane z energią elektryczną:
obniżenie kosztu zużywanej przez nas energii elektrycznej o 30%
zmniejszenie kosztów produkcji ciepłej wody w sezonie letnim o 20%
• Zmniejszenie do minimum emisji zanieczyszczeń do atmosfery
Wysokość emisji SO2 i NO2 w sezonach
letnich w ciepłowni centralnej w Opolu
140
120
tony
100
80
dwutlenek siarki
60
dwutlenek azotu
40
20
0
92 93
94
95 96
97
98 99