Kapcsolt energiaátalakítás Ellennyomású és kondenzációs fűtőblokk Gázturbinás és gázmotoros hőkiadás

primer energia megtakarítás: 25 azonos tüzelőanyag bázis! Gőzkörfolyamat fűtőmű + kond. erőmű ellennyomású fűtőerőmű primer energia megtakarítás: 25 azonos tüzelőanyag bázis!

Előnyök és hasznosság A kapcsolt energiaátalakítás legfontosabb előnye a primerenergia-megtakarítás gazdasági hasznosság: olcsóbb energiaellátás társadalmi hasznosság: környezetvédelmi előny egészségvédelmi előny ellátásbiztonsági előny fenntartható fejlődés

Lehetőségek Gőzturbinás - hagyományos - típusok: ellennyomású gőzkörfolyamattal elvételes, kondenzációs gőzkörfolyamattal Gázturbinás - hagyományos - típusok: egyszerű hőhasznosítással (CHP-GT) összetett körfolyamattal (CHP-CCGT) Gázmotoros Tüzelőanyag-elemes (üzemanyag-cellás) Mikro-gázturbinás - korszerűbb - típus Összetett - korszerűbb - típusok

Ellennyomású hőkiadás A „magyar fűtőturbina” 16 MW ~1,2 bar ~0,5 bar

Elvételes-kondenzációs hőkiadás

Összehasonlítás Elvételes-kondenzációs Ellennyomású Továbbfejlesztés rugalmas, hő és villamos energia széles tartományban szabályozható; fojtási veszteség, egyfokozatú vízmelegetés → alacsony hatásfok Ellennyomású nincs fojtási veszteség rugalmatlan Továbbfejlesztés kondenzációs fűtőturbina aszimmetrikus ikeráramú fűtőturbina

Kondenzációs fűtőturbina v Fűtési hőcserélők Tápvízelőmelegítő rendszer Szabályozatlan elvétel

Aszimmetrikus fűtőturbina v Fűtési hőcserélők Tápvízelőmelegítő rendszer Nagynyomású turbina Kisnyomású turbinák Fűtőturbina öblítőgőz

Fűtőerőmű rendszerstruktúra H T E . P T P Q Tr FE ü . GK Q 1 T Ellenyomású fűtőerőmű G P e NE önfogyasztás GTT . . Q Q Q TSZ F FE FH2 FH1 KSZ t v t e SZ KE CSSZ

Fűtőerőmű energiafolyam . Q η = 1 - . vH P η = 1 - vE mH Q mE H ü T E P T η = , 77… , 84 T . T P = ( 1 - ell ) P = P h Q T T0 T P T0 1 T FE . . 1 Q Q ü 1 . . . . T . Q = Q + ( 1 - η ) P Q Q = ell Q T T0 T T0 FE T0 1 T 1 . Q Q η = 1 - vQ . ≈ 1 mQ Q T

Energetikai mutatók Mennyiségi (bruttó) hatásfok: Villamos energetikai „hatásfok”: Hőfejlesztési „hatásfok”:

Energetikai mutatók - 2 Fajlagos villamos energia: Villamos energia arány: kond. erőmű fűtőmű Fajlagos hőfelhasználás

Energetikai mutatók - 3 Minden haszon a hőn kapcsolt itt már rosszabb Minden haszon a hőn kapcsolt határa Minden haszon a villamos energián

Értékelés Minden haszon (megtakarítás) a hőre könyvelve: Minden haszon a villamos energián: Szélső pontok: tüzelőhő az egyik termékre terhelve hőre: vill.e.-re:

Értékelés - 2 Tüzelőhő megtakarítás Referencia fűtőmű hatásfok (pl. gázkazán): Referencia kond. erőmű hatásfok: (a VER átlagos hatásfoka, ~35..37%) Komplex értékelés kívánatos!

Értékelés - 3 Értékelhető villamos teljesítmény (ellenny.) Merev kapcsolat a hőigénnyel (ellennyomásúnál): Értékelhető (a villamosenergia-rendszer szempontjából): Általában:

Segédkondenzáció, segédhűtés Cél az Pért növelése; Q és P közötti merev kapcsolat feloldása Tápvízelőmelegítő rendszer pótvíz CSGYT SK visszatérő kondenzátum t e v Tápvízelőmelegítő rendszer FH1 FH2 SH Segédkondenzáció Segédhűtés

Kondenzációs fűtőblokk GK H NE GTT FH2 FH1 T E t v e Q Q2 KE

Kondenzációs fűtőblokk . . Részleges hőkiadás: QFE/Qkond<1 P e t v f m . Q P e1 p e2 Fojtás p e . Q Gőzfogyasztó szabályozott elvétel szabályozatlan elvétel

Kondenzációs fűtőblokk . . Teljes hőkiadás: QFE/Qkond>1 . torlasztócsappantyú m ög P zárva: ellennyomású üzem nyitva: kondenzációs üzem t . v . Q m f t e

Energetikai jellemzők Fajlagos kiesett villamos energia: Fajlagos kiesett villamos energia éves átlagban:

Energetikai jellemzők Értékelhető villamos teljesítmény: Cél: PFE,ért legyen maximális!

Alapfeltételek Legyen megfelelő hőigény! távhőigény (távfűtés, ipari gőzellátás) közelhőigény (lakótömb fűtése) központi hőigény (egy épület hőellátása) saját, egyedi hőigény: saját üzem, ipar hőellátása közintézményi hőigény lakossági fűtés és használati melegvízkészítés hűtési igény (abszorpciós hűtőgépekkel)

Üzemeltetési problémák Melyik termék (a hő vagy a villany) szerint irányítsák az energiatermelést, tehát hogyan szabályozzák a kapcsolt energiaátalakítást? Melyik a „fő” termék (a hő vagy a villany), melyik hoz nagyobb hasznot a tulajdonosnak? A hő az elsődleges? (ez “értéktelenebb” termék) A villany az elsődleges? (ára legalább 3-szor nagyobb) Megjegyzések: A hőigény és a villamosenergia-igény időben általában nem szinkronban változik. A hő tárolható, a villany nem tárolható.

Szabályozás . Rugalmasság javítás → vegyes kapcsolás P Q Kondenzációs blokk Ellennyomású blokk P max. üzemi tartomány kondenzációs ellenyomású min. max. min. . turbinaszabályozás; fojtás; segédhűtés; kazánszabályozás; több fűtési hőcserélő Q

Hőtárolás Forróvíztároló beépítése ellennyomású fűtőerőműben

Turbinaszabályozás Turbina-teljesítmény szabályozás elvételes-kondenzációs FE-ben

Turbinaszabályozás Turbina-teljesítmény szabályozás ellennyomású FE-ben

Gázmotor / Gázturbina Alkalmazási tartomány 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 10 100 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 10 100 1000 10000 100000 GM GT Villamos hatásfok Villamos teljesítmény, kW

Gázturbinás fűtőblokk Kouvola-i fűtőerőmű, Finnország 115 °C Füstgáz hőcserélő Városfűtés 70 MW KSZ 50 °C 130 MW Földgáztüzelésű csúcskazánok nyomástartás G 95 °C Gázturbina 50 °C 3x16 MW Hőtároló 10000 m 3

Gáz/gőz fűtőerőmű Kelenföld 1. ütem

Gázturbinás fűtőerőmű szabályozása

Gázmotoros fűtőerőmű

Gázmotoros fűtőerőmű . Villamos energia Hasznosítható hő 34,5% 58,2 % Q ü Tüzelőanyaggal bevezetett energia: 100% Sugárzási veszteség Mechanikai Hő (füstgáz+hűtővíz+olaj) 1,5 % energia: 36 % 62,5 % Hűtővíz+ Füstgáz olaj 36,5 % 26 % Veszteség GENERÁTOR 1,5 % 10 % Vízhűtésű turbótöltő FÜSTGÁZ HŐCSERÉLŐ Veszteségek 4 % HŰTŐVÍZ HŐCSERÉLŐ Veszteség 0,3 % . P GM Q GM Villamos energia Hasznosítható hő 34,5% 58,2 %

Gázmotoros fűtőerőmű Alkalmazási terület: Alacsony hőmérsékletszinten történő fűtési hőfejlesztés az egyidejűleg biztosított villamosenergia-ellátás mellett, pl. fedettuszodák, sportlétesítmények, iskolák, kórházak, nagyobb lakónegyedek. A magas villamosenergia-árak – leginkább közepes méretű üzemeknél – jó lehetőséget teremtenek a gázmotoros fűtőblokkok létesítéséhez. Nagyobb ipari létesítmények esetében elsősorban a villamosenergia-ellátás az elsődleges az egyidejű hőhasznosítás mellett. A 2 MWe feletti teljesítményű gázmotorok különösen fűtőerőművi bővítéseknél alkalmazhatók, ha ez együtt jár a fűtőerőműhöz tartozó körzet villamosenergia-önellátásának kiépítésével.

Gázmotoros fűtőerőmű Alkalmazási terület A forróvizes távhőrendszerek néhány MWt teljesítményű, egész éves üzemű használati melegvíz hőigényének kielégítése gázmotoros fűtőblokkal. A gázmotoros fűtőblokkok létesítése szennyvíztisztító-biogáz és szemétlerakó depóniagáz hasznosítására mindinkább előtérbe kerülő kérdés. Ennek oka egyrészt a tüzelőanyag lényegében ingyenes rendelkezésre állása, másrészt az elfáklyázás túlzottan nagy károsanyag kibocsátása. A rothasztótornyok fűtése valamint az iszap és az elfolyó szennyvíz kezelése állandó hőterhelést biztosít. A viszonylag alacsony hőmérsékletszinten rendelkezésre álló termálvizek gázmotor – és esetenként hőszivattyú – alkalmazásával felhasználhatóvá tehetők fűtési célokra.

Mikro-gázturbinás fűtőerőmű

Kiserőművek elterjedtsége, 2003

Rendszerhatások A kötelező átvételek miatt nagyon megnehezült a villamosenergia-rendszer szabályozása (főleg a kisterhelésű időszakban): Gyakran vissza kell terhelni a Paksi Atomerőmű egységeit – pedig mostanában csak 3 egység működik (gazdaságtalan, nem erre méretezték őket, romolhat az üzemkészségük). Az import – gazdasági okokból – megnőtt, és a piac nem nagyon szereti a kényszereket. Megdrágult a szabályozási energia, és ez az irányzat folytatódni fog (pl. szélerőmű-építéssel).

Rendszerhatások - elvárások Szükség van a kapcsolt energiatermelésre, de csak meghatározott mennyiségben. Támogatni kell a kapcsolt termelést, de csak a fogyasztói elfogadhatóság mértékéig. Rendszerelemzés nélkül nem lehet kimutatni a közérdekű hasznosságot.