modelowanie wymiany pędu i ciepła w dwufazowym przepływie
advertisement
Zagospodarowanie energii odpadowej w energetyce na przykładzie współpracy bloku gazowo-parowego z obiegiem ORC. Dariusz Mikielewicz, Jan Wajs, Michał Bajor Politechnika Gdańska Wydział Mechaniczny Polska Akademia Nauk Instytut Maszyn Przepływowych PGE EC Gorzów EC I blok gazowo - parowy •turbina gazowa GT8C - 54,5 MW •turbina przeciwprężna DDM -55 - 5 MW •turbina upustowo - przeciwprężna 3P6-6 - 6 MW •kocioł odzyskowy 83,5/140 t/h •podgrzewacz wody sieciowej - 11 MW 2 Koncepcja współpracy bloku gazowo - parowego z obiegiem ORC •temperatura gazów przed wymiennikiem: 100 °C •temperatura gazów za wymiennikiem : 60 °C •strumień masy gazów: 182,3 kg/s •ciepło właściwe: 1,075 kJ/kgK Strumień ciepła możliwy do zagospodarowania: 7,84 MW Proponowane czynniki: •R134a •etanol 3 Temperatura parowania – metoda pinch czynnik jednostka parowanie (temp. nasycenia) skraplanie (temp. nasycenia) C kPa C kPa R134a etanol 62 1763 20 572 53 34 20 6 4 Zestawienie wyników czynnik etanol R134a etanol 62 °C / 20 °C 53 °C / 20 °C 62 °C / 20 °C ciśnienie początku ekspansji [kPa] 1763 34 52 ciśnienie końca ekspansji [kPa] 572 6 6 stosunek ciśnień p1/p2 [–] 3,08 5,67 8,70 spadek entalpii w turbinie [kJ/kg] 22,31 94,72 117,61 sprawność Carnota [%] 12,53 10,12 12,53 sprawność teoretyczna obiegu [%] 10,74 9,68 11,85 strumień masy czynnika [kg/s] 39,46 8,02 7,91 moc teoretyczna turbiny [kW] 880 759 930 teoretyczna moc pompy [kw] 38,3 0,3 0,5 teoretyczna moc cieplna skraplacza [MW] 7,00 7,08 6,91 energia produkowana przez obieg ORC [MWh/rok] 6737 6073 7434 5 Wzrost sprawności wytwarzania energii Sprawność całego bloku gazowo - parowego: 41,18% Założenia dla obiegu ORC: sprawność wewnętrzna turbiny: sprawność mechaniczna turbiny: sprawność generatora: Sprawność bloku gazowo - parowego przy współpracy z ORC: 41,59% Wzrost sprawności: 0,41% 6 Analiza egzergetyczna obiegu ORC Bilans przepływu strumieni egzergii Bz Bt Bc B p Bv gdzie: B z – strumień egzergii dostarczony do wytwornicy pary, Bt – strumień egzergii izentropowej ekspansji w turbinie, B c – strata egzergii wynikająca z transportu ciepła skraplania do otoczenia, B p – strumień egzergii izentropowego podnoszenia ciśnienia w pompie, B v – strata egzergetyczna wymiany ciepła w wytwornicy pary. Egzergia właściwa bi hi hot Tot si sot gdzie: bi – egzergia właściwa w charakterystycznym punkcie węzłowym, hi – entalpia właściwa w charakterystycznym punkcie węzłowym, hot – entalpia właściwa dla temperatury otoczenia, Tot – temperatura otoczenia, si – entropia właściwa w charakterystycznym punkcie węzłowym, sot – entropia właściwa dla temperatury otoczenia. 7 Analiza egzergetyczna obiegu ORC Sprawność egzergetyczna B Pg N p B z gdzie: Pg - moc na zaciskach generatora, Np - moc potrzebna do napędu pompy, B z - strumień egzergii dostarczony do układu. 8 Analiza egzergetyczna obiegu ORC Strumień egzergii dostarczony do obiegu ORC: Strumienie strat egzergii: Sprawność egzergetyczna: 9 Analiza ekonomiczna L.P. Składowa inwestycji 1 2 3 4 5 6 7 8 Turbina Generator Skraplacz Pompa Wytwornica pary Armatura, instalacja automatyki Dokumentacja i pozwolenia Robocizna SUMA: Koszt [zł] (netto) 1 450 000 220 000 745 000 55 000 850 000 495 000 90 000 350 000 4 255 000 10 Analiza ekonomiczna założenia dla analizy ekonomicznej nakład inwestycyjny 4 255 000 zł roczna produkcja energii elektrycznej 5 191 MWh okres referencyjny 15 lat cena energii elektrycznej 195,52 zł/MWh jednostkowa opłata zastępcza 297,35 zł/MWh finansowanie inwestycji kapitał obcy kapitał własny koszt kapitału obcego koszt kapitału własnego roczne zmiany cen i kosztów cena energii elektrycznej cena certyfikatu koszty eksploatacyjne 60 % 40 % 11 % 6% +1% +1% +5% 11 Analiza ekonomiczna 12 Analiza ekonomiczna IRR = 22,60 % NPV = 4,4 mln zł Okres zwrotu inwestycji: 4 lata i 7 miesięcy 13 Podziękowania Przedstawione wyniki zostały uzyskane w badaniach współfinansowanych przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach umowy SP/E/1/67484/10 – Strategiczny Program Badawczy – Zaawansowane technologie pozyskiwania energii: Opracowanie technologii dla wysokosprawnych „zero-emisyjnych” bloków węglowych zintegrowanych z wychwytem CO2 ze spalin 14
