Janusz KOTOWICZ, Aleksander SOBOLEWSKI, Łukasz BARTELA, Anna SKOREK-OSIKOWSKA, Tomasz ILUK

Janusz KOTOWICZ, Aleksander SOBOLEWSKI, Łukasz BARTELA, Anna SKOREK-OSIKOWSKA, Tomasz ILUK

PORÓWNANIE EFEKTYWNOŚCI EKONOMICZNEJ UKŁADÓW KOGENERACYJNYCH Z GENERATOREM GAZU

PROCESOWEGO GAZELA

Instytut Maszyn i Urządzeń EnergetycznychPolitechnika Śląska

Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla

Rynek Ciepła, Nałęczów, 17-19 października 2012

Układ generacji gazu procesowego

Janusz KOTOWICZ, Aleksander SOBOLEWSKI Łukasz BARTELA, Anna SKOREK-OSIKOWSKA, Tomasz ILUKPORÓWNANIE EFEKTYWNOŚCI EKONOMICZNEJ UKŁADÓW KOGENERACYJNYCH Z GENERATOREM GAZU PROCESOWEGO GAZELA

C % 41,63H % 4,93O % 38,22N % 0,16S % 0,03Wilgoć % 14,60Popiół % 0,43Wd kJ/kg 14200

Ech_01 kW 1500 H2 % 5,9CH4 % 1,7

CO % 19,8CO2 % 7,5

N2 % 44,3

H2O % 20,8

t11 ºC 950

t12 ºC 40

ηGG % 63 ηIOG % 95

01_d01

11_d11GG Wm

Wm

21_d12

13_d13IOG Wm

Wm

Układ generacji energii elektrycznej oraz ciepła użytecznego

A. Układ z silnikiem tłokowym

B. Układ z turbina gazową e =

90%t12 =40°C tg/tz=90°C/70°C h =

97%


Układ z silnikiem tłokowym – rezultaty


Układ z turbiną gazową – rezultaty


Analiza ekonomiczna - metodologia

Przyjęte wskaźniki oceny efektywności ekonomicznej:

Zaktualizowana wartość netto:

Wskaźnik zaktualizowanej wartości netto:

gdzie: CF – strumień przepływu gotówkiJ – poniesiony nakład inwestycyjny,

tt

Nt

t r

CFNPV

)1(0

oJ

NPVNPVR


Oszacowanie nakładów na realizację projektu inwestycyjnego

Zaktualizowana wartość netto:

gdzie: kJ – jednostkowy nakład inwestycyjnyX – charakterystyczna wielkość

XkJ J

Analiza ekonomiczna - założenia

Tabela. Wybrane założenia analizy ekonomicznej


Analiza ekonomiczna - rezultaty

Tabela. Wybrane rezultaty analizy ekonomicznej

Rys. Struktura przychodów dla analizowanych inwestycji


zielonych

żółtych


Rys. Wpływ zmiany ceny certyfikatów zielonych oraz ceny certyfikatów żółtych na wartość

wskaźników NPV dla układu z silnikiem tokowym (linia ciągła) oraz turbiną gazową (linia przerywana)


Rys. Wpływ zmiany ceny energii elektryczne oraz ceny ciepła na wartość wskaźników NPV dla układu

z silnikiem tokowym (linia ciągła) oraz turbiną gazową (linia przerywana)


Ech_01, kW.

NPV

NPVR

NPV

, mln

PLN

NPV

R, -

Rys. Wpływ wielkości instalacji (strumienia energii chemicznej podawanej biomasy) na wskaźniki NPV oraz NPVR (linia ciągła – układ z silnikiem tłokowym, linia przerywana – układ z turbiną gazową)


Wnioski

Z przeprowadzonych analiz wynika, iż sprawność ogólna instalacji z silnikiem tłokowym jest wyższa o około 8,5 punktów procentowych niż dla instalacji z turbina gazową. Zasadniczym powodem tego jest konieczność użycia w układzie z turbina gazową sprężarki paliwa gazowego.

Z uzyskanych rezultatów analiz ekonomicznych wynika, że układ silnika tłokowego zintegrowanego z instalacją zgazowania biomasy charakteryzuje się wyższą opłacalnością inwestycyjną niż układ z turbiną gazową. Niemniej jednak dla obu układów uzyskano dodatnie wartości zaktualizowane netto.

Analizowany gaz ze zgazowania biomasy charakteryzuje się niską wartością opałową. Może to powodować trudności w jego spalaniu zarówno w silniku spalinowym, jak i turbinie gazowej. Ponadto wykorzystanie gazu wiąże się z koniecznością jego głębokiego oczyszczenia, zwłaszcza w przypadku zastosowania turbin gazowych.


Dziękuję

Układ z silnikiem tłokowym - założenia

Praca silnika przy zasilaniu paliwem niskokalorycznym:

wskaźnik względnej zmiany sprawności wytwarzania energii elektrycznej:

wskaźnik względnej zmiany temperatury spalin opuszczających silnik:

Podstawowe założenia dla silnika tłokowego:(dla obciążenia nominalnego)

Paliwo projektowe: CH4=98%, N2=2%

Sprawność wytwarzania energii elektrycznej 35,0%

Sprawność ogólna silnika 90,0%

Współczynnik nadmiaru powietrza 1,3

Temperatura spalin wylotowych z silnika 500ºC

Temperatura spalin wylotowych z układu 120ºC

*el_S

el_S

*32

32

T

TT

919,0 979,0T


Układ z turbiną gazową - założenia

Podstawowe wskaźniki efektywności turbiny gazowej:

Sprawność wytwarzania energii elektrycznej:

Sprawność wytwarzania energii elektrycznej ujmująca energochłonność sprężarki paliwa:

Sprawność wytwarzania ciepła użytecznego:

Sprawność ogólna:

ch_13

elel_TG E

N

ch_13

el_Spalel*el_TG E

NN

ch_13

W_TGq_TG E

Q

q_TGel_TGq_TGel

q_TG*

el_TG*

q_TGel

Podstawowe założenia dla turbiny gazowej:(dla obciążenia nominalnego)

Paliwo projektowe: CH4=98%, N2=2%

Temperatura spalin za komorą spalania 900ºC

Sprawność wewn. sprężarki i ekspandera 90,0%Temperatura spalin za wymiennikiem regeneracyjnym 350ºC

Efektywność wymiennika regeneracyjnego 60%

Temperatura spalin wylotowych z układu 120ºC


Układ z turbiną gazową – rezultaty


Documents

Janusz KOTOWICZ, Aleksander SOBOLEWSKI, Łukasz BARTELA, Anna SKOREK-OSIKOWSKA, Tomasz ILUK