AnalizAnalizAnalizAnalizAnalizAnalizAnalizAnaliză ă ă ă ă ă ă ă proiect de producereproiect de producereproiect de producereproiect de producereproiect de producereproiect de producereproiect de producereproiect de producere energie energie energie energie energie energie energie energie

termictermictermictermictermictermictermictermică ă ă ă ă ă ă ă şi electrică în cogenerare şi electrică în cogenerare şi electrică în cogenerare şi electrică în cogenerare şi electrică în cogenerare şi electrică în cogenerare şi electrică în cogenerare şi electrică în cogenerare --------

CHPCHPCHPCHPCHPCHPCHPCHP

Centrală de cogenerare

ObiectiveObiective

•• Bazele sistemelor de cogenerare (CHP) Bazele sistemelor de cogenerare (CHP)

•• Consideraţii cheie pentru analiza Consideraţii cheie pentru analiza

proiectelor CHPproiectelor CHP

•• Energie electricEnergie electricăă•• Agent termicAgent termic

� Clădiri

� Comunităţi

� Procese Industriale

…şi de asemenea…

•• Eficienţă energetică mărităEficienţă energetică mărită

•• Emisii & deşeuri reduseEmisii & deşeuri reduse

•• Pierderi reduse pe T&DPierderi reduse pe T&D

•• Posibilitatea utilizPosibilitatea utilizăării rii centralizate a energiei centralizate a energiei produse de sistemproduse de sistem

•• Agent de rAgent de răăcirecire

Ce anume oferCe anume oferă ă sistemele de producere sistemele de producere combinatcombinată ă de energie termicde energie termică ă şi şi electricelectricăă? (CHP) ? (CHP)

Centrală electrică pe bază de Biomasă, USA

Motivaţia sistemului de Motivaţia sistemului de cogenerare CHP cogenerare CHP •• Sistemul tradiţional de producere a energiei este ineficientSistemul tradiţional de producere a energiei este ineficient

� O jumătate sau două treimi din energie este folosită ca şi agent termic -pierdere pentru sistem

� Acest agent termic, altfel pierdut, poate fi folosit în procesele industriale, încălzire spaţială şi preparare apă caldă, procese de răcire, etc.

•• Energia electricEnergia electrică ă este mult mai este mult mai valoroasvaloroasăădecât decât ccăălduraldura

Biomasă geotermalăregenerabilă 1.024

Cărbune 17.075

Păcură 3.215

Gaz 8.384

Nuclear 7.777

Hidro 2.705

Intrarea de energie primară

totală pentru producţia de energie 40.180

Producţia brută de energie 15.454

Producţia netă de energie 14.491

Energia livrată

consumatorilor 13.153

Industrial 5.683

Ne industrial 7.470

Centrală proprie 963

Transmiterea şi distribuirea

pierderilor 1.338

Pierderile în urma producţiei termice

24.726

Conceptul de cogenerare CHP Conceptul de cogenerare CHP

•• Producerea simultanProducerea simultană ă a doua două ă sau mai multe tipuri de energie sau mai multe tipuri de energie utilizabilutilizabilă ă dintrdintr--o singuro singură ă surssursă ă (proces numit “Cogenerare”)(proces numit “Cogenerare”)

•• Utilizarea pierderilor de cUtilizarea pierderilor de căăldurldură ă de la echipamentul de generare al de la echipamentul de generare al energieienergiei

Eficienţa recuperării agentului termic (55/70=78,6%

Eficienţa totală (30+50)/100)=85,0%

Combustibil

100 unităţi Sistem de producere energie electrică

Generator Sarcină electrică

Sarcină termică

Energie

30 unităţi

Încălzire

55 unităţi

Gaz de

Exhaustare

15 unităţi

Încălzire şi exhaustare

70 unităţi

Recuperare

agent termic

Descriere CHP Descriere CHP Echipamente & TehnologiiEchipamente & Tehnologii

•• Echipament de rEchipament de răăcirecire� Compresor� Aparat frigorific cu absorbţie� Pompă de căldură, etc.

•• Echipament de încălzireEchipament de încălzire� Boiler / Cuptor / Încălzitor � Recuperarea pierderilor de căldură� Pompă de căldură, etc.

•• Echipament electricEchipament electric� Turbină cu gaz� Turbină cu gaz-ciclu combinat� Turbină cu abur� Motor cu piston� Pilă de combustie, etc.

Turbină cu gaz

Echipament de răcire

Descriere CHP (cont.)Descriere CHP (cont.)Tipuri de combustibilTipuri de combustibil

•• Combustibili fosiliCombustibili fosili� Gaz natural� Diesel (combustibil #2)� Cărbune, etc.

•• Combustibili regenerabiliCombustibili regenerabili� Reziduuri lemn� Gaz din biomasă (LFG)� Biogaz� Subproduse agricole� Bagasse� Recolte specifice, etc.

•• Energie GeotermicEnergie Geotermicăă

•• Hidrogen, etc.Hidrogen, etc.

Gheizer Geotermal

Biomasă pentru CHP

Descriere CHP (cont.)Descriere CHP (cont.)AplicaţiiAplicaţii

•• O singurO singură ă clclăădiredire•• Comercial şi industrialComercial şi industrial

•• Mai multe clMai multe clăădiridiri

•• Sisteme energetice Sisteme energetice centralizate (ex. comunicentralizate (ex. comunittăăţi)ţi)

•• Procese industrialeProcese industriale

Sistemul de încălzire prin CHP cu emisii de gaze (LFG), Suedia

Micro turbină la seră

Primăria Kitchener pentru CHP

•• CCăăldura de la o centralldura de la o centrală ă în cogenerare CHP poate fi distribuită în cogenerare CHP poate fi distribuită la o serie de clla o serie de clăădiri din apropiere pentru încălzire şi răcirediri din apropiere pentru încălzire şi răcire� Ţevile de oţel izolate sunt situate la 0,6 până la 0,8 m adîncime

•• Avantajele comparate cu situaţia în care fiecare clădire deţineAvantajele comparate cu situaţia în care fiecare clădire deţinecentralcentrală ă proprie:proprie:� Eficienţă ridicată� Controlul emisiilor pentru o

singură centrală� Siguranţă� Confort� Comoditate în operare

•• Costuri iniţiale mai ridicateCosturi iniţiale mai ridicate

Sector de sisteme energeticeSector de sisteme energetice

Centrală Energetică Conducte de apă caldă

Costul sistemelor decogenerare Costul sistemelor decogenerare CHPCHP

•• Costuri extrem deCosturi extrem de variabilevariabile

•• Costuri Iniţiale Costuri Iniţiale �Echipament de generare

a energiei�Echipament de încălzire�Echipament de răcire�Interconexiuni electrice�Căi de acces�Sistemul de conductecentralizat al energiei

•• Costuri periodice/cicliceCosturi periodice/ciclice�Combustibil�Operare & mentenanţă�Reparaţii & înlocuire

echipament

8.000 la 12.000Modul fotovoltaic

550 la 4.500 Turbină hidroelectrică

1.000 la 3.000 Turbină eoliană

4.000 la 7.700 Pilă de combustie

1.800 la 2.100Sistem geotermal

500 la 1.500 Turbină cu abur

700 la 1.500 Turbină cu gaz – ciclu combinat

550 la 2.500 Turbină cu gaz

700 la 2.000Maşină cu piston

Costuri tipice de instalare (€/kW)Tipul de echipament electric RETScreen

Considerente pentru proiect de Considerente pentru proiect de cogenerare cogenerare

•• Aprovizionare cu combustibil pe termen lung Aprovizionare cu combustibil pe termen lung

•• Costurile de capital trebuiesc monitorizateCosturile de capital trebuiesc monitorizate

•• Nevoia de “consumator” atât pentru căldură cât şi pentru energieNevoia de “consumator” atât pentru căldură cât şi pentru energie electricelectricăă� Este necesară negocierea vânzării prin reţea dacă nu este utilizată intern

•• O centralO centrală ă tipictipică ă este dimensionateste dimensionată ă pentru sarcina termicpentru sarcina termică ă de bazde bază ă (i.e. (i.e. SarcinSarcină ă termictermică ă minimminimă ă în condiţii normale de operare)în condiţii normale de operare)� În mod tipic, căldura ieşită este egală cu 100% până la 200% din energia electrică

produsă

� Agentul termic poate fi utilizat pentru răcire cu aparate frigorifice cu absorbţie

•• Riscul este asociat cu incertitudinea preţurilor viitoare ale enRiscul este asociat cu incertitudinea preţurilor viitoare ale energiei ergiei electrice electrice / gaz/ gaz naturalnatural

Exemplu: CanadaExemplu: Canada

O singurO singură ă clclăădiredire

•• ClClăădiri care necesitdiri care necesită ă surse de surse de încălzire, răcire şi alimentare sigură încălzire, răcire şi alimentare sigură cu energie electriccu energie electricăă� Spitale, şcoli, clădiri comerciale, clădiri

agricole, etc.

Motor cu piston Cazan de abur cu recuperator de căldură

Spital, Ontario, Canada

Exemplu: Suedia şi USAExemplu: Suedia şi USA

ClClăădiridiri Multiple Multiple

•• Grupuri de clGrupuri de clăădiri care sunt deservite de o centraldiri care sunt deservite de o centrală ă în în cogenerarecogenerare pentru rpentru răăcire/încălzirecire/încălzire� Universităţi, complexe comerciale, comunităţi,

spitales, complexe industriale, etc.� Sistem energetic centralizat

Turbina folosită la MIT, Cambridge, Mass. USACentrală de energie de sector

Exemplu: Brazilia Exemplu: Brazilia

Procese IndustrialeProcese Industriale

•• Industriile care au o cerere de agent Industriile care au o cerere de agent termic şi de răcire ridicată şi constantă termic şi de răcire ridicată şi constantă sunt candidaţi ideali pentru cogenerare sunt candidaţi ideali pentru cogenerare CHPCHP

Proces de încălzire prin Bagasse la Mill, Brazilia

•• De asemenea se poate De asemenea se poate aplica în industriile aplica în industriile producproducăătoare de toare de reziduuri care trebuie reziduuri care trebuie refolosite pentru refolosite pentru generarea de energie generarea de energie electricelectrică ă şi căldurăşi căldură

Combustibil

Cuptor

Compresor Turbină de gaz

Aer

Combustibil –canal de ardere

Recuperare ag. termic

Condensator

Sarcină termică

Sarcină termică

GeneratorTurbină cu abur

Sarcină electrică

Sarcină electrică

Gaz de exhaustare

Abur

Port de extracţiePort pentru

presiunea lateralăApă de alimentare

Generator

Sistem de încălzire pe bază de CHP cu emisii de gaze, Suedia

Exemplu: Canada şi SuediaExemplu: Canada şi Suedia

BiogazBiogaz

•• Pe mPe măăsursură ă ce deşeurile se ce deşeurile se descompun au loc emisii de gaze descompun au loc emisii de gaze care conţin o cantitate mare de care conţin o cantitate mare de metanmetan

•• Acesta poate fi folosit ca şi Acesta poate fi folosit ca şi combustibil pentru rcombustibil pentru răăcire, cire, încălzire sau proiecte energeticeîncălzire sau proiecte energetice

Colectare

biogaz

Sistem de conducte

pentru colectarea

biogazului Compresor

FiltruRăcire/

Uscare

Producţie abur

Proces

Producţie energie

Flacără

Model de proiect pe bazModel de proiect pe bază ă de de cogenerarecogenerare

•• Analiza mondialAnaliza mondială ă a producţiei de energie, costurile duratei a producţiei de energie, costurile duratei de viaţă şi reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră de viaţă şi reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră � Răcire, încălzire, energie electrică

precum şi toate combinate� Turbine cu gaz sau cu abur,

maşini cu piston, pile de combustie,cazane, compresoare, etc.

� Gamă variată de combustibili, de la combustibili fosili până la biomasă & combustibili geotermali� O varietate de strategii de operare� Prelucrarea bio gazului� Sisteme energetice centralizate

•• Mai include:Mai include:� Mai multe tipuri de limbaj,

dispozitiv de unitate, şi unelte ale utilizatorului

Model de proiect pe Model de proiect pe bazbază ă de cogenerare de cogenerare

•• Capabilitate pentru Capabilitate pentru diferite tipuri de diferite tipuri de proiecteproiecte

� Numai încălzire

� Numai energie electrică

� Numai răcire

� Energie termică şi electrică

� Energie electrică şi răcire

� Energie termică şi răcire

� Energie electrică, termică şi răcire

Combustibil Agent termicSistem de încălzire

Sarcinătermică

Agent termic

Căldură recuperată

Sistem de

răcire

Agent de

răcireSarcină de răcire

Energie

EnergieSistem de energie

Sarcină electrică

Combustibil

Model de proiect pentru sistemele de Model de proiect pentru sistemele de încălzire prin cogenerareîncălzire prin cogenerare

Sarcină (Kw)

Vârf de sarcină termică

Sarcină termică intermediară

Sarcină termică de bază

Ian Feb Mar Apr Mai Jun Iul Aug Sept Oct Nov Dec

Încălzire Energie Răcire

Lună

Model de proiect pentru sistemele de Model de proiect pentru sistemele de rrăăcire prin cogenerarecire prin cogenerare

Sarcină (kW)

Vârf de sarcină termică

de răcire

Sarcină termică de bază pentru răcire

Ian Feb Mar Apr Mai Iun Iul Aug Sept Oct Nov Dec

Lună

Încălzire Energie Răcire

Model de proiect pentru producere de Model de proiect pentru producere de energie electricenergie electrică ă în cogenerareîn cogenerare

Producere de energie electrică la vârf de

sarcină

Producere de energie electrică la sarcină

intermediarăProducere de

energie electrică la sarcina de bază

Sarcină (kW)

Ian Feb Mar Apr Mai Iun Iul Aug Sept Oct Nov Dec

Lună

Încălzire Energie Răcire

Calculul Calculul energiei prin energiei prin cogenerare CHGcogenerare CHG

DiagramDiagramă ă simplificatsimplificată ă pentru modelul de pentru modelul de energie CHP energie CHP

Estimarea sarcinilor şi necesarului:

• Proiect de încălzire

• Proiect de răcire

• Proiect de energie electrică

Definire caracteristici echipamente

Calcularea energiei livrate şi a consumului aferent de

combustibil

ConcluziiConcluzii

•• Sistemele de cogenerare (CHP) utiSistemele de cogenerare (CHP) utilizeazlizează ă mai eficeint mai eficeint agentul termic care altfel nu ar fi folosit agentul termic care altfel nu ar fi folosit

•• Se calculeazSe calculează ă necesarul şi alura curbelor de sarcină, necesarul şi alura curbelor de sarcină, energia livratenergia livratăă, consumul de combustibil pentru diferite , consumul de combustibil pentru diferite combinaţii pentru încălzire, răcire şi/sau producere de combinaţii pentru încălzire, răcire şi/sau producere de energie electricenergie electrică ă folosind date minime de intrare folosind date minime de intrare

Întrebări?Întrebări?

BibliografieBibliografie: : www.retscreen.netwww.retscreen.net