Kombinovaná výroba elektrické energie a tepla (KVET) Možnosti využití biomasy

Transkript

1 Kombinovaná výroba elektrické energie a tepla (KVET) Možnosti využití biomasy

2

3 Spotřeba PEZ svět 2004

4 Výroba el. energie svět 2004

5 Výroba el. energie ČR 2004

6 Využit ití tepla KVET Vytápění Ohřev TUV Technologie Chlazení

7 Význam KVET, proč použít? Vysoká celková účinnost přemp eměny (80-90 %) V případp padě decentralizované KVET odpadají ztráty ty při p i přenosu p a rozvodu

8 Charakteristické ukazatele KVET Teplárenský modul Účinnost výroby el. energie ve zdroji KVET Účinnost výroby tepla ve zdroji KVET Celková účinnost zdroje KVET Celková roční doba provozu zdroje KVET Doba využití maximálního výkonu zdroje KVET Výkonový teplárenský součinitel Roční teplárenský součinitel

9 Charakteristické ukazatele KVET Teplárenský modul σ = E KVET / Q KVET [-] kde : σ Teplárenský modul [-] E KVET Elektřina vyrobená v procesu KVET [GJ, MWh] Q KVET Teplo vyrobené v procesu KVET [GJ, MWh]

10 Charakteristické ukazatele KVET Účinnost výroby el. energie ve zdroji KVET η el KVET = (E KVET / Q pal-kvet ). 100 [%] Kde : E KVET - elektřina vyráběná ve zdroji KVET [GJ, MWh] Q pal-kvet - spotřeba tepla v palivu ve zdroji KVET [GJ, MWh]

11 Charakteristické ukazatele KVET Účinnost výroby tepla ve zdroji KVET η q KVET = (Q už-kvet / Q pal-kvet ). 100 [%] Kde : Q už-kvet - užitečné teplo vyráběné ve zdroji KVET [GJ, MWh] Q pal-kvet - spotřeba tepla v palivu ve zdroji KVET [GJ, MWh]

12 Charakteristické ukazatele KVET Celková účinnost zdroje KVET η celk KVET = [(E KVET + Q už-kvet ) / Q pal-kvet ]. 100 = = η el KVET + η q KVET [%]

13 Charakteristické ukazatele KVET Celková roční doba provozu zdroje KVET τ Celková doba provozu zdroje KVET představuje součet všech hodin provozu v průběhu celého roku bez rozlišení, zda se jednalo o provoz na částečný výkon nebo na trvalý výkon, zda se jednalo o provoz nepřetržitý v jednom časovém úseku, nebo přerušovaný, atd.

14 Charakteristické ukazatele KVET Doba využití maximálního výkonu zdroje KVET τmax - Doba využití maxima (maximálního výkonu) je fiktivní doba, za kterou by bylo při stálém maximálním výkonu vyrobeno (dodáno) stejné množství energie, jako je tomu při reálném provozu zdroje v průběhu celého roku.

15 Charakteristické ukazatele KVET Výkonový teplárenský součinitel: α = P max-kvet / P max-czt [-] Kde : P max-kvet - Maximální dosahovaný tepelný výkon zdroje KVET [MW] P max-czt - Maximální tepelný příkon soustavy CZT [MW]

16 Charakteristické ukazatele KVET Roční teplárenský součinitel: α r = Q KVET / Q CZT [-] Kde : Q KVET - Roční dodávky tepla do soustavy CZT ze zdroje KVET [GJ, TJ] Q CZT - Roční potřeby tepla soustavy CZT [GJ, TJ]

17 Využit ití tepla KVET

18 Využit ití tepla KVET

19 Využit ití tepla KVET

20 Využit ití tepla KVET

21 Využit ití el. energie KVET

22 Jak realizovat KVET? Již dříve běžb ěžné: hlavně centralizovaná KVET Oběhy s parní turbínou Parní protitlaká turbína Parní odběrov rová turbína ORC cyklus Oběhy s plynovou turbínou Plynová turbína s rekuperací tepla Kombinovaný cyklus (paroplyn( paroplyn) Paroplynové zařízen zení s dodávkou tepla Nové ale běžb ěžné: počátky decentralizované KVET KVET na bázi b pístových p spalovacích ch motorů Budoucnost: hlavně decentralizovaná KVET Mikroturbíny Stirlingův motor Parní motor (SteamCell( SteamCell)

23 Kogenerační jednotka Nepřímá přeměna: pal. tep. mech. el. en. motory s vnitřním m spalováním motory s vnější ším m spalováním Přímá přeměna: pal. el. en.

24 Účinnost Celková účinnost (využit ití paliva) pro všechny typy KJ vždy v cca 85 % Poměr r mezi elektrickou a tepelnou účinností je určen použitou technologií KJ: ηel = %, ηtep = % Modul teplárensk renské výroby (power( power-to-heat ratio): σ = ηel/ηtep = Pel/Ptep Ptep

25 Pístové spalovací motory

26 Pístové spalovací motory

27 Pístové spalovací motory

28 Pístové spalovací motory Pel = 10 kw 5 MW ηel = % (roste s výkonem) σ = 0,6-1 Palivo: zemní plyn, bioplyn, topný olej, nafta Výhody: spolehlivá a vyzkoušen ená technologie, široká výkonovářada, vysoká ηel Nevýhody: emise, údržba, hlučnost, nízkopotenciální teplo Cena: cca CZK/kWe

29 Rankinův cyklus RC

30 Rankinův cyklus RC

31 Organický Rankinův cyklus ORC

32 Organický Rankinův cyklus ORC Carnotův cyklus:

33 Organický Rankinův cyklus ORC

34 Organický Rankinův cyklus ORC

35 Organický Rankinův cyklus ORC

36 Organický Rankinův cyklus ORC

37 Organický Rankinův cyklus ORC

38 Organický Rankinův cyklus ORC Stadtwärme Lienz ORC teplárna Třebíč Teplárna Trhové Sviny Palivo dřevní štěpka dřevní štěpka dřevní štěpka Tepelný výkon kotle MWt 5,8 6,6 3,5 Výkon jednotky ORC tepelný elektrický MWt MWe 4,65 1 5,38 1 2,8 0,6 Účinnost zařízení při jm.výkonu tepelná elektrická % % , ,1 Roční využití jednotky ORC hod/rok Dodávka tepla z biomasy * MWh/rok Dodávka el. energie z biomasy MWh/rok Průměrná cena paliva Kč/t Celková investice ** mil. Kč Uvedení do provozu rok Celkový tepelný výkon teplárny *** MWt 24,5 44,4 14,8 Délka rozvodů SCZT m

39 ORC Pel = 100 kw 1 MW ηel = % σ = 0,2-0,25 0,25 Palivo: cokoliv (vnější spalování), biomasa, geotermáln lní e., solárn rní e. Výhody: nižší nároky na materiál, nižší provozní náklady, využit ití nízkopotenciálových zdrojů tepla Nevýhody: složit itější technologický systém nevhodný pro mikrokogeneraci,, nízký n teplárenský modul Cena: VYSOKÁ (2 pilotní provozy v ČR: TřebT ebíč,, Trhové Sviny CZK/kWe kwe)

40 Ekonomika RC a ORC

41 Ekonomika OC

42 Mikroturbíny Malé kompaktní spalovací turbíny (otáčky cca min - 1 )

43 Mikroturbíny

44 Mikroturbíny Pel = 30 kw 200 kw ηel = % σ = 0,5-0,7 0,7 Palivo: zemní plyn, odpadní plyny (i méněm kvalitní) Výhody: nízké emise, malá hlučnost, nízkn zké nároky na údržbu, veliká dynamika změny zátěžz ěže Nevýhody: závislost na vnější ších parametrech (t, p) Cena: EUR/kWe

45 Parní motor Uzavřený parní oběh, jinak jako parní stroj Vhodný tam, kde se používá pára, ale nevyplatí se parní turbína

46 Parní motor

47 Parní motor

48 Parní motor

49 Parní motor

50 Parní motor

51 Parní motor

52 Parní motor

53 Pel = kw ηel = % σ = 0,15-0,25 0,25 Parní motor Palivo: cokoliv (vnější spalování) Výhody: možnost použit ití páry o nízkých n parametrech, dlouhá životnost ( h) Nevýhody: hlučnost, náron ročná údržba Nevhodný pro nově budované KVET systémy

54 Parníčlánek nek SteamCell Nový typ parního motoru uzavřený parní cyklus, nízkoemisní hoření bez plamene v keramické pórovité látce

55 Parníčlánek nek SteamCell Dosud není komerční produkt Využití pro domácí mikrokogeneraci

56 Parníčlánek nek SteamCell Pel = 4,6 kw, Ptep = 22 kw ηel = 16,5 %, ηcelk = 95 % (!!!) Palivo: zemní plyn, do budoucna jiné plyny Výhody: nízké emise, malá hlučnost, nízkn zké nároky na údržbu, kompaktnost, vysoká dynamika změny zátěžz ěže, vysoká regulovatelnost (P( elmin = 0,5 kw) Cena:??? EUR/kWe

57 Stirlingův motor Horkovzdušný motor s vnějším spalováním

58 Stirlingův motor

59 Stirlingův motor

60 Stirlingův motor

61 Stirlingův motor

62 Stirlingův motor

63 Stirlingův motor

64 Stirlingův motor

65 Stirlingův motor

66 Pel = 1 kw 50 kw ηel = % σ = 0,15-0,6 0,6 Stirlingův motor Palivo: cokoliv (vnější spalování), geo, solár Výhody: nízké emise, malá hlučnost, nízkn zké nároky na údržbu, variabilita paliva Nevýhody: nízká dynamika změny zátěžz ěže Cena: EUR/kWe