Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Fejlett körfolyamatok Nem szokványos munkaközegek alkalmazása.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Fejlett körfolyamatok Nem szokványos munkaközegek alkalmazása."— Előadás másolata:

1 Fejlett körfolyamatok Nem szokványos munkaközegek alkalmazása

2 hagyo- mányos SC USC kombinált ciklusok növelt paraméterek felépítés különleges techno- lógiák ORC Kalina komplex rend- szerek biomassza-földgáz megújulók+tárolók

3 Technológiai korszerűsítések Emelt paraméterek

4

5 Gőzkörfolyamatok kezdőparamétereinek fejlődése entrópia hőmérséklet USC 1940-es évek szubkrit. ÚH nélkül XX. század eleje szubkrit. ÚH nélkül 1960-as éves szubkrit. + ÚH SC

6 új szerkezeti anyagok elterjedése növekvő hatásfok szubkritikus szuperkritikus 167/540/ /540/565 (bar/°C/°C) 280/580/ /630/ /700/720/720 ultraszuperkritikus Gőz- jellemzők Korszerű szerkezeti anyagok

7 # = eset CO 2 leválasztással CO 2 leválasztás nélkül Demonstrációs egység megjelenésének éve

8 CO 2 leválasztással CO 2 leválasztás nélkül Demonstrációs egység megjelenésének éve

9 Forrás: Brennstoff-Wärme-Kraft, 61. k. 9. sz p °C erőmű referencia- erőmű ref. Irsching 4 ref. A nettó villamos hatásfok várható növekedése Gőz-körfolyamatú szénerőművek CCGT típusú gázerőművek Szénelgázosítós gázerőművek

10

11 SO 2 leválasztó (90%) NO x leválasztó (85%) pernyelev. (zsákos) NOx „szegény” égők

12

13 Lünen, Németország (üzembelép: 2012)  Tüzelőanyag: szén (porszéntüzelés)  Terhelési tartomány: %  Teljesítmény: 800 MW  Gőzjellemzők: 270 bar 600/ 60 bar,610 °C  600 kg/s gőzáram  egyszeres ÚH  turbina: Siemens SPP  kazán: IHI Corp. (Japán)  CO2 leválasztás: csak terv szinten

14 Lünen, Németország (üzembelép: 2012)  Hatásfok: 45,6% (alsó fűtőértékre)  Tápvízelőm. végh.: 308 °C (9 fokozat)  Szennyezőanyag kibocsátások:  CO2: 800 g/kWh  NOx, SOx < 200 mg/Nm 3 ▪ DeNOx (SCR), FGD (nedves mészköves)  por < 20 mg/Nm 3 ▪ elektrosztatikus pernyeleválasztás  Természetes szell. nedves hűtőtorony

15 G távfűtés 46°C 95°C 120 MW 50 bar 608°C 266 bar 597°C 276 bar 600°C 610°C 838 MW 27 mbar malomlevegő-hűtés 183°C 298°C 294°C Moorburg Erőmű (Hamburg), feketeszénre, 2x820 MW 13,4 MW folyóvíz-hűtés üzembe: 2011 és 2012

16

17

18  Ni bázisú szuperötvözetek  Inconel 625 ▪ hőm.: 1093 °C-ig  Inconel 718 (ausztenites) ▪ hőm.: 760 °C-ig Inconel 718 Elem, % Carbon 0.08 max Manganese 0.35 max Phosphorus max Sulfur max Silicon 0.35 max Chromium Nickel Molybdenum Columbium Titanium Aluminum Cobalt 1.00 max Boron max Copper 0.30 max Tantalum 0.05 max Iron Balance Inconel 625 Carbon max Manganese 0.50 max Phosphorus max Sulfur max Silicon 0.50 max Chromium Nickel Balance Molybdenum Columbium Titanium 0.40 max Aluminum 0.40 max Iron 5.0 max Tantalum 0.05 max

19 szénpor- szárítás szénpor- tartály szénpor- zsilipek nagynyomású gőz kisnyomású gőz szén gőz elgázo -sító hulladékhőt hasznosító kazán szén malom levegőbontó szétválasztó membrán O2O2 N2N2 He vízkezelő szén- gáz- telítő gázturbina kén COS hidrolízis MDEA savas gáz salak- eltávolító hő- hasznosít ó kazán gőzturbina hűtőtorony letárolás mesterséges gáz égő- tér tüzelőanyag-elem DC – AC mesterséges folyékony üzemanyag FC autó

20

21 barnaszén atom földgáz Forrás: Brennstoff-Wärme-Kraft, 62. k. 11. sz p. 51 feketeszén 100% 75% 50% 25% 0% min 100% 75% 50% 25% 0% min 100% 75% 50% 25% 0% min 100% 75% 50% 25% 0% min Niederaußem H, 600 MW, 1974 Száraz barnaszénre (fejlesztés alatt) Westfalen D&E, 2x800 MW, 2011 Westfalen C, 300 MW, 1969 Emsland, 1400 MW, 1988 Gersteinwerk F, 420 MW, 1970 Lingen, CCGT, 875 MW, 2009

22 Forrás: Strauss, Karl: Kraftwerkstechnik zur Nutzung fossiler, nuklearer und regenerativer Energiequellen, p barnaszén (~3%/min) feketeszén (~4%/min) Összehasonlításként: OCGT 20%/min (20-100%) CCGT 6%/min (33-100%)

23 23 Forrás: Brennstoff-Wärme-Kraft, 63. k. 11. sz p teljesítmény, MW idő, min 70 MW/min 30 MW/min 20 MW/min 35 MW/min új feketeszén-erőmű, 1000 MW meglévő feketeszén-erőmű, 1000 MW meglévő barnaszén-erőmű, 1000 MW új földgázerőmű, CCGT, 600 MW

24 Forrás: Brennstoff-Wärme-Kraft, 63. k. 11. sz p hatásfok, % hatásfok növelése teljesítmény növelése terhelés, % széntüzelésű blokk +1 gázturbina +2 gázturbina (GT+szénerőmű Ilyen megoldást használtak a Mátrai Erőműben is.)

25 Korszerű kombinált ciklusú erőművek Poligeneráció

26

27

28 Energetikai jellemzők  teljesítmény: 400 MW (villamos)  hatásfok: 60%  gőznyomások: 98 / / 2,8 bar  gőzhőm.: / / ≈kilépő gáz.

29 Forrás: Brennstoff-Wärme-Kraft, 63. k. 9. sz p G Duna Mért hatásfok:η = 60,75% Mért teljesítmény:P n = 578 MW Irsching 4 SCC5-8000H P=609 MW 600°C 180 bar 6-8 órás állásidő után 30 min alatt teljes terhelésre; a minimum 100 MW-ról 570 MW-ra 35 MW/min-mal. Az E.ON erőművén kívül a Siemens SGT5-8000H gázturbinájára további hét megrendelés érkezett.

30 Forrás:

31 Irsching 4 Erőmű, 2009-ben csak a gázturbina (200 indulás, 3000 üzemóra alatti vizsgálatokkal); Utána 2011-ben az egész CCGT, egy tengelyen, E.ON Kratwerke NOx < 25 ppm, CO < 10 ppm, napi indulások, 50%-ra való leterhelések, GT 15 MW/min, (gy. 35 MW/min). ~1500°C 625°C 820 kg/s 19,2 bar G η G =99% nettó LP tengely- kapcsoló IP HP 170 bar, 600°C 35 bar, 600°C 5 bar, 300°C 80°C 210°C földgáz tápszivattyú csapadékvíz- szivattyú csapadékvíz- tisztítás háromnyomású hőhasznosító kazán Forrás: Modern Power Systems, 29. k. 9. sz , p Siemens Gázturbina SGT5-8000H: 340  375 MW η=39%  η=40%; ……………………………. CCGT SCC5-8000H-1S: 530  570 MW η>60%  η>60%;

32 Forrás: VGB PowerTech,, 90. k. 9. sz szeptember p. 96 idő, min indítási idő ~ 30 min 762 MW 827 MW gázturbinák fordulatszáma gőzturbina fordulatszáma gázturbinák teljesítménye gőzturbina teljesítménye fordulatszám, min -1

33 Forrás: Brennstoff-Wärme-Kraft, 63. k. 7/8. sz p GGG A A B B C C Egytengelyes gázturbina a beszívott levegő hűtésével, belső hővisszanyeréssel (a sűrített levegő előmelegí- tésével) és hasznos hő kiadása kapcsolt energia-termelést lehetővé téve hőt hasznosító kazánnal Egytengelyes gázturbina a hőz hasznosító kazánnal gőzt termelve (Cheng-ciklus) és gőz befúvása a sűrített levegőbe (*) STIG-körfolyamat (Steam Injected Gas Turbie) Egytengelyes gázturbina a belső hővisszanyeréssel, víz előmelegítése, és a sűrített levegő telitett állapotba hozása HAT-körfolyamat (Humid Air Turbine) környező levegő tüzelőanyag víz gőz* * alternatíva (opció) sűrítő turbina generátor égő-kamra hő kiadása füstgáz

34 G levegő földgáz távhő 4,6 bar 20°C 514°C 565°C 811°C 261°C 65°C 202°C 28 kW 58 kW 11 Nm 3 /h (H u =10 kWh/Nm 3 ) Villamos hatásfok 25% Évi összhatásfok 79%

35 Tárolási technológiák Megújulók hasznosítása

36 a rendszer nagysága a névleges teljesítmény kisütési ideje másodperc perc óra szivattyús tárolós levegőtárolós H2H2 lendkerekes tárolás szupravezetős mágneses elektromágneses elektrokémiai mechanikus Tárolási formák: szünetmentes áramforrások szükség- áramforrások nagyüzemi energiatárolók NaS és más akkumulátorok kétréteges kondenzátor

37 tárolásvisszanyerésátalakítás medencevízturbinaszivattyú tároló tóvízturbina kavernagázturbinasűrítő kavernagázturbinasűrítő hőtároló kavernaCCGT**elektrolízis tartály staci. TC*** elektrolízis mobil TC akkumulátor kisütés töltés villany természetes hozzáfolyás villany rátüzelés villany villamos motor villany villamos motor szivattyús hozzáfolyós diabatikus* adiabatikus központi H 2 decentral. H 2 járműves hajtás * diabatikus= külső hőbevezetéses; ** CCGT= összetett körfolyamattal; *** TC = tüzelőanyag-cella Forrás: Energiewirtschaftliche Tagesfragen, 61. k. 6. sz p

38 hőtárolók turbina sűrítő szűrő tároló Németországban az RWE és a GE közösen épít egy új levegőtárolós megoldást ADELE néven – adiabatikus sűrítéssel levegő tárolása a villamos energia tárolása céljából. A megvaló-síthatósági tanulmány (2007) alapján a szerződést 2010 januárjában megkötöt-ték, és a bemutatóra szánt létesítmény 2013-ra készül el (1 GWh tárolási és 200 MW-os kisütési teljesítménnyel). C M E G termikus energia- tároló levegőtároló (kaverna) levegő be töltéskisütés sűrítés expanzió Forrás: Modern Power Systems,, 30. k. 3. sz március, p. 10.

39 Forrás: Brennstoff-Wärme-Kraft, 61. k. 10. sz p. 25. M sűrítő sótároló 800°C nagynyomású levegő csöves tárolója 50 MW levegő 115 kg/s, 350°C 330°C 72 kg/s, 300°C G gőzturbina G gázturbina Opció: földgáz Opció: 1140°C 780°C 538°C 100 bar, 500°C 0,05 bar 60°C Szélpark, csöves nyomottlevegő-tároló, villamos fűtésű sótároló, összetett gáz- és gőzkörfolyamat Tárolási hatásfok: 55%

40 Forrás: Brennstoff-Wärme-Kraft, 61. k. 10. sz p. 26. sótároló 600°C 50 MW gőzturbina G 100 bar, 550°C 0,05 bar Szélpark, villamos fűtésű sótároló, gőzkörfolyamat A sótárolóval mind az érezhető, mind a rejtett hőt fel lehet venni. A só a szilárd és a folyékony halmazállapot között változik, ezért a tárolót PCM 1) -tárolónak nevezik. Ilyen sókeveréket használnak a spanyol Andasol-1 parabolacsatornás naperőmű-nél. Nátrium- és kálium-klorid keveréke 600°C-hoz megfelelő, mert a sónak csak 50%-a kristályosodik. 1) PCM = Phase Change Material 17,5 MW Tárolási hatásfok: 35%

41 Forrás: Brennstoff-Wärme-Kraft, 63 k. 5. sz p Fajlagos kapacitás kWh/t Teljesít- mény, MW Tárolási hatásfok Tárolási idő Beruházás €/kWh Megjegyzés Szivattyús % nap, hónap 50 Jó hatásfok, nagy kapacitás, korlátozott lehetőségek, nagy helyigény Levegős 2 kWh/m %nap Diabatikusnál fosszilis igény van, adiabatikusnál hőtárolás szükségessége Ólom akku.40 ütemez- hető 85% nap, hónap 200 Kis ciklikus állékonyság és kis fajlagos kapacitás, alacsony költségek Lítium-ion akku.130 ütemez- hető 90% nap, hónap 1000 Nagy fajlagos teljesítmény, drága megoldás, fejlődő NaS akku.110 ütemez- hető 85%nap300 Nagy nyugalmi veszteség, veszélyességi potenciál Redox-Flow250, % nap, hónap 500 Nagy tárolási kapacitás, problémás a környezettel Szenzibilis , %nap, év0,1 Piacérett, olcsó megoldás, kis fajl. tárolókapacitás Latens , %óra, hét10-50 Drágábbak, mint az előző, de nagyobb fajlagos tároló képességűek Termokémiai , %óra, nap Hidrogén , %nap, év 1000 €/kW Igen nagy tárolókapacitás, kis tárolási hatásfok, drága Mechanikus Elektrokémiai Termikus Vegyi

42 Fajlagos beruházás €/kW Fajlagos beruházás €/kWh Segéd- költségek €/kW Hatásfok % Élettartam év Fajlagos CO2-em. g/kWh Szivattyús tárolós Levegőtárolós 2) , ,7 NaS akkumulátor Vanádium Redox Forrás: Energiewirtschaftliche Tagesfragen, 60. k. 9. sz p. 74. Fajlagos beruházás €/kW Fajlagos beruházás €/kWh Segéd- költségek €/kW Hatásfok % Élettartam év Fajlagos CO2-em. g/kWh Szivattyús tárolós Levegőtárolós 1) NaS akkumulátor Vanádium Redox Megjegyzés: 1) diabatikus (külső tüzelőanyaggal) 2) adiabatikus (külső hőforrás nélkül) 2007-ben 2030-ban

43 Forrás: Brennstoff-Wärme-Kraft, 63. k. 7/8. sz p A megújuló forrásokból eredő villamos energia egyenirányítva elektrolízissel vízbontáshoz használható (ma mintegy 70% hatásfokkal). A termelt oxigén leválasztható, de a hidrogén tovább kezelhető. Tisztítás és szárítás után egyrészt bekeverhető a földgáz vezetékébe, másrészt szén-dioxiddal metán állítható elő vele. Az exotherm reakcióból hő adódik, amely hasznosítható. A CO metánosítása hagyományos megoldás a szénelgázosításnál, és itt 250°C felett már 75-85% hatásfokot elértek. A CO 2 metánosításával hasonló hatásfokot várnak a kísérleti berendezésekben. A fő feladat a hő elvezetése, a leg-jobb hőmérséklet, katalizátor megtalálása. villamos energia megújuló forrásokból H 2 földgázvezeték CH 4 hidrogén (H 2 )oxigén (O 2 ) elektrolízis egyenirányítótrafó tápvíz-tároló elektrolitszűrő hőtároló hűtés gáztisztító, gázszárító gázsűrítő, gáztároló metánosító gáztisztító GDRM* szén-dioxid CO 2 GDRM* kondicionálás opció: közvetlen betáplálás *GDRM = gáznyomás-szabályozó és mérő (Gasdruckregel- und Messanlage)

44 Forrás: Brennstoff-Wärme-Kraft, 63. k. 4. sz p. 8. elektrolízis, H 2 -tároló CO 2 -tároló metánosítás Villamos hálózat Földgázhálózat szél nap CO 2 gáztároló villamosenergia-termelés villamosenergia-tárolás SOLARFUEL H2H2 CH 4 H2H2 CO 2 kapcsolt termelés Az új technológia vizet és szén-dioxidot a szél- vagy naperőműből származó villamos energiával közvetlenül szintetikus földgázzá alakítja. Első lépésben a vizet elektrolízis segítségével hidrogénre és oxigénre bontják. A második lépésben a hidrogént és a széndioxidot metánná egyesítik. Az energiasűrűség háromszorosára növekedik.

45 Forrás: Brennstoff-Wärme-Kraft, 63. k. 10. sz p Tömbfűtő-erőmű (30 kW el, 40 kW hő ) Hőtároló (2 m 3 ) Kompressziós hűtőgép (15 kW hő ) Kompressziós légsűrítő (4 kW el ) Abszorpciós hűtőgép (15kW hő ) Hidegtároló (2 m 3 ) Levegőtároló (0,2 m 3 ) villany sűrített levegő hideg meleg tüzelőanyag (bioeredetű) t t t t

46 Organikus Rankine és Kalina-körfolyamat

47 Munkaközegek  Szénhidrogének  telített (n-pentán)  telítetlen (toluol, metilbenzol)  Fluorozott (halogénezett) szénhidrogének  perfluorpentán  részlegesen halogénezett (Heptafluorpropán: R227ea)  Szilikonoljaok  Siloxane (Octamethyltrisiloxane)

48

49 hőmérséklet entrópia 1 2 KP p l p u T e T c irreverzibilis szivattyúzás 3 nyomásesés 4 nyomásesés 5 irreverzibilis expanzió 6 nyomásesés 1 nyomásesés valós elméleti (ideális)

50 Feltételek, korlátok m Forrás: T b,in, tömegáram, fajhő m Hűtőközeg: T CW,in, T CW,out, fajhő Szabad paraméterek m munkaközeg választás m T e m  T min,in,  T min,out

51 Forrás: BWK – Brennstoff-Wärme-Kraft, 59. k. 3. sz p. 59. tűztér kazán eco G biomassza levegő távfűtés szilikon-olaj elgőzö- lögtető kondenzátor regenerátor hőcserélő eco generátor turbina hőteljesítmény 4,6 MW erdei faapríték tüzelése kb m 3 /év 650 kW, ~ 4 GWh/év hőkiadás 3,3 MW fűtésre 100 TJ/év η =16,7+71,7=87,4%

52

53 Wärtsilä gázmotor (pl. 9 MW) G °C 95°C S pl kW A villamos teljesítőképesség 11%-kal nő; A hatásfok 45%-ról 55%-ra növekedik.

54 Forrás: Modern Power Systems, 30. k. 4. sz április, p. 43. A MicroCHP egységek terjedését támogatja az angol kormány. A 2 kW-nál kisebb egységekből termelt villanyt 10 p/kWh-ért (kb. 35 Ft/kWh) írja jóvá tíz éven át. Ha pedig nem otthon használják, hanem eladják a hálózatnak, még 3 p/kWh-t kapnak. Ezért fejlesztik „Kingston” néven a szerves Rankin-körfolyamat (ORC) egységét, amely a fűtés mellett 1 kW villamos teljesítményt ad – kondenzációs kazánnal és 10%-os villamos hatásfokkal – igen jó energiaátalakítás mellett, decentralizáltan. G hűtőközeg fűtőközeg hőátadó közeg visszatérő földgáz előremenő kondenzációs kazán evaporátor kondenzátor villamos energia hőcserélő

55 Aleksander Kalina, 1983 Legfőbb előnye: változó hőmérsékletű elgőzölgés, alacsony hőmérsékletű hőforrásokhoz is alkalmazható

56

57

58 HT-preheater ’ 8 Q re LT- preheater

59

60


Letölteni ppt "Fejlett körfolyamatok Nem szokványos munkaközegek alkalmazása."

Hasonló előadás


Google Hirdetések