Kapcsolt energiaátalakítás

Az előadások a következő témára: "Kapcsolt energiaátalakítás"— Előadás másolata:

1 Kapcsolt energiaátalakítás
Ellennyomású és kondenzációs fűtőblokk Gázturbinás és gázmotoros hőkiadás

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

3 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

4 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

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

6 Elvételes-kondenzációs hőkiadás

7 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

8 Kondenzációs fűtőturbina
v Fűtési hőcserélők Tápvízelőmelegítő rendszer Szabályozatlan elvétel

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

10 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

11 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

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

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

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

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

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

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

18 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

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

20 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

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

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

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

24 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)

25 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.

26 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

27 Hőtárolás Forróvíztároló beépítése ellennyomású fűtőerőműben

28 Turbinaszabályozás Turbina-teljesítmény szabályozás elvételes-kondenzációs FE-ben

29 Turbinaszabályozás Turbina-teljesítmény szabályozás ellennyomású FE-ben

30 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

31 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

32 Gáz/gőz fűtőerőmű Kelenföld 1. ütem

33 Gázturbinás fűtőerőmű szabályozása

34 Gázmotoros fűtőerőmű

35 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 %

36 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.

37 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.

38 Mikro-gázturbinás fűtőerőmű

39 Kiserőművek elterjedtsége, 2003

40 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).

41 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.