doc. Ing. František Urban, CSc., Ing. Ľubor Kučák, CSc. Ing. Peter Fodor

doc. Ing. František Urban, CSc., Ing. Ľubor Kučák, CSc.

Ing. Peter Fodor

KOMBINOVANÁ VÝROBA ELEKTRINY A TEPLA

„KVET“

CONECO – RACIOENERGIA 2011 Teplárenské združenie na Slovensku

Odborný seminár

ÚSPORA ENERGIE KOMBINOVANOU VÝROBOU ELEKTRINY A TEPLA

Bratislava 30. marec 2011

2

ÚVOD

Zbierka zákonov č. 309 / 2009o podpore obnoviteľných zdrojov energie a vysoko účinnej kombinovanej výroby a o zmene a doplnení niektorých zákonov

Smernica Európskeho parlamentu a Rady 2004/8/ES zo dňa 11. februára 2004 o podpore kogenerácie založenej na dopyte po využiteľnom teple na vnútornom trhu s energiou a ktorou sa mení a dopĺňa smernica 92/42/EHS

3

ZÁKLADNÉ POJMY

Termická účinnosť teplárne

Teplárenský súčiniteľ

Q

QApTE

TE

Q

Qkogt

Teplárenský modul

Q

Ae

4

ÚVOD

Kombinovaná výroba elektriny, tepla (chladu), mechanickej energie

Technológie kombinovanej výroby:1. spaľovacia turbína s kombinovaným cyklom,2. protitlaková parná turbína,3. kondenzačná parná turbína s odberom pary,4. spaľovacia turbína s regeneráciou tepla,5. spaľovací motor,6. mikroturbína,7. Stirlingov motor,8. palivový článok,9. Rankinove organické cykly,10. iný typ technológie.

5

TECHNOLÓGIE KOMBINOVANEJ VÝROBY

Parná tepláreň s protitlakovou a kondenzačnou odberovou turbínou

CHÚV

QF

ESV ESV

QD

QD

6

TECHNOLÓGIE KOMBINOVANEJ VÝROBY

Kondenzačná elektráreň s odberom tepla

7

TECHNOLÓGIE KOMBINOVANEJ VÝROBY

Spaľovacia turbína s kombinovaným cyklom (tepláreň s paroplynovým cyklom) Spaľovacia turbína s regeneráciou tepla

8

TECHNOLÓGIE KOMBINOVANEJ VÝROBY

Tepláreň so spaľovacím motorom (kogeneračná jednotka)

~ Spaľovacímotor

vzduch

zemný plyn

chladiaci okruh

9

ROČNÝ DIAGRAM TRVANIA POTREBY TEPLA V SCZT

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

deň

P q

SC

ZT (

%)

10

SEPS Týždenné maximá zaťaženia elektrizačnej sústavy SR

11

ZÁVER

12

SEPS Podiel zdrojov na výrobe elektriny v SR v roku 2010

13

VÝSLEDKY ANALÝZY

•

Pq (MW) Pq / Pe c (%) 0 0,00 32,0 90 6,82 37,6 120 5,94 39,3 180 6,82 43,2 240 5,94 46,5

14

POROVNANIE TEPELNÝCH ZDROJOV Z TERMODYNAMICKÉHO HĽADISKA

Senkeyov diagram dodávky tepla a elektriny z teplárne s protitlakovou parnou turbínou

elektrickývýkon22 %

tepe lnývýkon58 %

tep lov pa live100 %

odpadnétep lo20 %

15

POROVNANIE TEPELNÝCH ZDROJOV Z TERMODYNAMICKÉHO HĽADISKA

Senkeyov diagram dodávky tepla a elektriny z teplárne s protitlakovou parnou turbínou

tep lov pa live204 %

elektrickývýkon45 %

dodanýtepe lnývýkon100 %

tepe lné stra tyv rozvodoch

18 %

odpadnétep lo41 %

tep

eln

ý vý

kon

na

pra

hu z

dro

ja11

8 %

16

POROVNANIE TEPELNÝCH ZDROJOV Z TERMODYNAMICKÉHO HĽADISKA

tepe lnývýkon90 %

( 100 % )

odpadnétep lo10 %

( 11 % )

tep lo v pa live100 %

( 111 % )

Senkeyov diagram dodávky tepla z domovej kotolne

17

POROVNANIE TEPELNÝCH ZDROJOV Z TERMODYNAMICKÉHO HĽADISKA

Senkeyov diagram dodávky elektriny z referenčnej elektrárne s účinnosťou 35 %

elektrický výkon 45 %

teplo v palive 128 %

odpadné teplo

83 %

18

POROVNANIE TEPELNÝCH ZDROJOV Z TERMODYNAMICKÉHO HĽADISKA

Tepelný zdroj Celková účinnosť tepelného zdroja (%)

Tepelné straty v rozvodoch (%)

Dodaný tepelný výkon (%)

Tepelný výkon na prahu zdroja (%)

Elekrický výkon tepelného zdroja (%)

Výkon dodaný palivom v tepelnom zdroji (%)

Výkon dodaný palivom v referenčnej elektrárni (%)

Redukovaný výkon dodaný palivom v tepelnom zdroji na dodávku 100 % tepelného výkonu (%)

elektrické vykurovanie 35 0 100 100 0 286 0 286 výhrevňa 85 18 100 118 0 139 0 139 bloková výhrevňa s kondenzačnými kotlami

100 11 100 111 0 111 0 111

decentralizované vykurovanie

90 0 100 100 0 111 0 111

tepláreň s protitlakovou parnou turbínou

80 18 100 118 45 204 128 76

kondenzačná elektráreň s odberom tepla

50 21 100 121 225 691 642 49

bloková tepláreň s kogeneračnými jednotkami

85 11 100 111 60 201 171 30

paroplynový cyklus 90 18 100 118 118 262 337 -75

19

POROVNANIE TEPELNÝCH ZDROJOV Z TERMODYNAMICKÉHO HĽADISKA

-100

-50

0

50

100

150

200

250

300

elek

tric

ké v

ykur

ovan

ie

výhr

evňa

blok

ová

výhr

evňa

ste

peln

ými č

erpa

dlam

i

blok

ová

výhr

evňa

sko

nden

začn

ými k

otla

mi

dece

ntra

lizov

ané

vyku

rova

nie

tepl

áreň

s p

rotit

lako

vou

parn

ou t

urbí

nou

kond

enza

čná

elek

trár

eň s

odb

erom

tepl

a

blok

ová

tepl

áreň

sko

gene

račn

ými

jedn

otka

mi

paro

plyn

ový

cykl

us

(% t

epla

v p

aliv

e /

100

% d

od

anéh

o t

epla

)

20

DELENIE NÁKLADOV NA TEPLO A ELEKTRINU

Podielov tepla v palive na výrobu tepla a elektrickej energie

Q.Q.QQQ pTE

ei

pTE

qi

e,pTE

q,pTE

pTE

Delenie spoločných nákladov na palivo

1ei

qi

n.n.nnn pei

pqi

e,pq,pp

21

DELENIE NÁKLADOV NA TEPLO A ELEKTRINU

HK1 HK2 HK3K6

8,8 M Pa 535 °C 1,3 M Pa 250 °C

0,12 M P a

K 4 K 5

doplňovanie

Tepelná schéma teplárne s protitlakovou parnou turbínou

22

DELENIE NÁKLADOV NA TEPLO A ELEKTRINU

spolu Horúcovodné

kotly Kogeneračná výroba tepla

Kogeneračná výroba el.

energie Teplo (GJ/r) / el. energia (MWh/r) 1 476 428 499 904 976 524 86 466 Max. ročná potreba / max. výkon (MW)

117,5 73,4 79,7 25,3

Ročný teplárenský súčiniteľ αt 0,661

Teplárenský modul e 0,211 0,319

Účinnosť teplárne (%) 89,4

0

20

40

60

80

100

120

1 31 61 91 121 151 181 211 241 271 301 331 361

deň

Pri

emer

ný

den

ný

výk

on (

MW

)

P q P q HK P q kog P e

23

DELENIE NÁKLADOV NA TEPLO A ELEKTRINU

Koeficienty delenia nákladov na teplo βq a elektrinu βetepláreň s protitlakovou parnou turbínou

0,820

0,694

0,289

0,430

0,6130,512

0,1800,249

0,306

0,711

0,570

0,3870,488

0,751

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

energetická, ERÚČR

energetická, ERÚČR, kog

energetická termodynamická exergetická rovnakýchúčinkov

rovnakýchúčinkov, kog

metóda delenia

bet

a q

+ b

eta

e

beta q beta e

24

VYSOKO ÚČINNÁ KOGENERÁCIAÚSPORA PRIMÁRNEJ ENERGIE

Úspora primárnej energie najmenej 10 % v porovnaní so samostatnou výrobou tepla a elektriny

Referenčné hodnoty účinností:- rovnaké palivo- najlepšia dostupná a ekonomicky zdôvodnená technológia samostatnej výroby tepla a elektriny v roku postavenia kogeneračnej jednotky

25

ZÁVER

KVET• úspora primárnych zdrojov energie,•referenčné hodnoty účinností samostatnej výroby tepla a elektriny,• delenie nákladov na teplo a elektrinu,• cena tepla,• cena elektriny,• cena zemného plynu,• optimalizácia návrhu a prevádzky teplárne.

26

ĎAKUJEM ZA POZORNOSŤ